串级控制系统设计毕业论文与串级控制系统设计毕业论文内容
串级控制系统在工业生产中应用广泛。它的主要思想是两个控制器串联工作。一个控制器负责外层控制。另一个控制器负责内层控制。外层控制器的输出作为内层控制器的设定值。这种设计能够有效改善控制品质。本设计针对一个具体的过程对象进行。
过程对象是一个加热炉。加热炉的温度需要严格控制。温度不稳定会影响产品质量。加热炉有两条主要回路。主回路控制炉膛温度。副回路控制燃料流量。炉膛温度是最终控制目标。燃料流量是控制手段。串级控制系统非常适合这个场景。
系统设计需要确定控制目标。加热炉温度必须稳定在设定值。设定值是六百五十摄氏度。允许的偏差范围是正负五摄氏度。燃料流量需要平稳变化。流量剧烈波动对设备有害。系统需要抵抗各种干扰。常见的干扰有燃料压力变化。还有入口物料温度变化。
控制方案选择串级结构。主控制器选择比例积分控制。副控制器选择比例控制。主控制器输出决定副控制器的设定。副控制器输出直接操作执行器。执行器调节燃料阀门开度。阀门开度改变燃料流量。燃料流量影响炉膛温度。
系统硬件需要选型。温度检测选用热电偶。热电偶测量炉膛温度。流量检测选用孔板流量计。流量计测量燃料流量。变送器将信号转换为标准信号。标准信号是四到二十毫安。控制器选用可编程逻辑控制器。执行器选用气动调节阀。
控制算法需要设计。主控制器是温度控制器。副控制器是流量控制器。主控制器采用比例积分算法。比例积分算法消除静差。副控制器采用比例算法。比例算法响应快速。控制器参数需要整定。参数整定影响控制效果。
参数整定采用两步法。第一步整定副控制器参数。此时主控制器置于手动状态。副回路单独投入运行。改变副控制器比例带。观察流量控制曲线。找到最佳的比例带数值。第二步整定主控制器参数。主副回路一起投入运行。改变主控制器比例带和积分时间。观察温度控制曲线。找到合适的参数组合。
系统需要进行仿真测试。仿真软件模拟加热炉特性。建立加热炉的数学模型。模型包括热平衡方程。还有流量传递函数。仿真测试各种工况。测试设定值变化时的响应。测试干扰作用下的恢复能力。
仿真结果需要分析。串级系统与单回路系统对比。串级系统超调量更小。串级系统调节时间更短。串级系统抗干扰能力更强。燃料压力扰动时效果明显。温度波动幅度显著降低。系统达到设计指标要求。
系统实施考虑安全措施。安装温度报警装置。超温时自动切断燃料。阀门设置限位保护。防止过度开启或关闭。控制系统设置手动模式。紧急情况下人工干预。
系统维护需要定期进行。检查热电偶是否老化。检查流量计是否堵塞。校准变送器输出信号。测试控制器运算功能。检查阀门动作是否灵活。记录系统运行数据。分析控制性能变化趋势。
串级控制系统设计完成。系统满足加热炉控制要求。温度控制稳定可靠。抗干扰性能良好。这种设计方法可以推广。适用于类似的过程控制场合。