化工廠煙氣處理控制系統(tǒng)的設計

1、本科生課程設計（論文）課程設計（論文）任務及評語課程設計（論文）任務及評語院（系）： 教研室： 學 號學生姓名專業(yè)班級設計題目化工廠煙氣處理控制系統(tǒng)的設計 課程設計（論文）任務課題完成的設計任務及功能、要求、技術參數(shù)課題完成的設計任務及功能、要求、技術參數(shù)在環(huán)境保護工程中，為了消除煙道氣中 SO2等有害氣體對大氣的污染，其方法之一是將煙氣送入高速旋轉(zhuǎn)的吸收塔中并用霧狀石灰水即 Ca(OH)2與 SO2產(chǎn)生化學反應，生成 CaSO4沉淀，以消除 SO2，以保護環(huán)境衛(wèi)生。為提高吸收 SO2的效率，在煙氣進入吸收塔之前，必須使其溫度控制在 150。當煙氣溫度過低時，則用蒸氣對其進行加熱；當煙氣溫度過

2、高時，可用冷空氣對其進行調(diào)節(jié)，以滿足生產(chǎn)工藝要求。試設計工業(yè)煙氣處理控制系統(tǒng)。設計任務及要求設計任務及要求1、確定控制方案并繪制原理結(jié)構(gòu)圖、方框圖；2、選擇傳感器、變送器、控制器、執(zhí)行器，給出具體型號和參數(shù)；3、確定控制器的控制規(guī)律以及控制器正反作用方式；4、若設計由計算機實現(xiàn)的數(shù)字控制系統(tǒng)應給出系統(tǒng)硬件電氣連接圖及程序流程圖；5、按規(guī)定的書寫格式，撰寫、打印設計說明書一份；設計說明書應在 4000 字以上。技術參數(shù)技術參數(shù)測量范圍：0-200；控制溫度：1502；最大偏差：8；進度計劃1、布置任務，查閱資料，理解掌握系統(tǒng)的控制要求。 （2 天 ）2、確定系統(tǒng)的控制方案，繪制原理結(jié)構(gòu)圖、方框圖

3、。 （1 天 ）3、選擇傳感器、變送器、控制器、執(zhí)行器，給出具體型號和參數(shù)。 （2 天 ）4、確定控制器的控制規(guī)律以及控制器正反作用方式。 （ 1 天）5、上機實現(xiàn)系統(tǒng)的模擬運行、答辯。 （3 天 ）6、撰寫、打印設計說明書（1天 ） 指導教師評語及成績平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日本科生課程設計（論文）I注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算本科生課程設計（論文）II摘 要經(jīng)濟發(fā)展使得人們的生活水平不斷提高，但也使人們周圍環(huán)境不斷惡化。我國每年因酸雨和二氧化硫污染造成的直接和間接的損失高達上億元人民幣。消減二氧化硫的排放量，控制大氣二

4、氧化硫污染，保護大氣環(huán)境質(zhì)量，是我國目前及未來相當長時間內(nèi)環(huán)境保護的重要問題。本文首先簡述了煙氣脫硫工藝的技術發(fā)展狀況，對濕式鈣鎂煙氣脫硫工藝進行了相關介紹，并對工藝流程設計進行相關描述。采用分程控制系統(tǒng)，將煙氣送入高速旋轉(zhuǎn)的吸收塔中并用霧狀石灰水即 Ca(OH)2與 SO2產(chǎn)生化學反應，生成CaSO4沉淀，以消除 SO2，以保護環(huán)境衛(wèi)生。傳感器對煙塵的溫度進行檢測，通過對溫度大小的檢測進行 PID 控制，使其溫度控制在 150，該系統(tǒng)實現(xiàn)煙氣脫硫工藝的控制與監(jiān)視功能，上位機通過組態(tài)軟件進行煙氣脫硫工藝系統(tǒng)的狀態(tài)控制、工藝以及數(shù)據(jù)顯示。本設計系統(tǒng)性能穩(wěn)定，安全可靠，提高了脫硫系統(tǒng)的脫硫效率和自

5、動化程度，并具有一定的環(huán)保意義、社會意義和經(jīng)濟效益。關鍵詞：濕法鈣脫硫；PID 控制；分程控制本科生課程設計（論文）III目 錄第 1 章 緒論.1第 2 章 設計系統(tǒng)的方案論證.22.1 煙氣脫硫的工藝原理 .22.2 控制系統(tǒng)的選擇 .22.3 分程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 .3第 3 章 儀表選擇.53.1 溫度傳感器選型 .53.2 控制器選型 .63.3 執(zhí)行器選擇 .73.3.1 冷凝水閥的選型 .73.3.2 蒸汽閥的選型 .83.3.3 調(diào)節(jié)閥的輸出信號 .8第 4 章 軟件設計.104.1 PID 運算的算法.104.2 PID 參數(shù)整定方法.124.3 調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)影響 .1

6、3第 5 章 系統(tǒng)測試與仿真.14第 6 章 課程設計總結(jié).16參考文獻.17本科生課程設計（論文）0第 1 章 緒論隨著我國工業(yè)的迅猛發(fā)展，各地由于工業(yè)廢氣引起的污染已不可小視。二氧化硫是我國主要面臨的大氣污染源，我國火電廠每年向大氣排放的二氧化硫高達17001800 萬噸，其中 80%是由燃氣排放的。我國能源構(gòu)成以煤炭為主，占了71%。由此可見，我國目前的污染主要是由煤炭燃燒后產(chǎn)生二氧化硫引起的。煤炭的大量燃燒產(chǎn)生了很多有害物質(zhì)，二氧化硫的大量排放使我國很多地區(qū)出現(xiàn)酸雨，植物減產(chǎn)，牲畜死亡，危害人們的身體健康。目前我國是世界三大酸雨區(qū)之一，PH 小于 5.6 的區(qū)域面積已占全國國土面積的

7、40%,兩控區(qū)面積占全國面積的11.4%。中國國際環(huán)境保護總局污染控制司副司長李新民指出，我國二氧化硫排放量的 90%，氮氧化物排放量的 70%來自燃煤。2005 年中國二氧化硫排放總量高達 2549.3 萬噸，比 2000 年增加了 27%，居世界第一。我國政府已將二氧化硫污染的治理提到了議事日程，由建立兩控區(qū)，實施總量控制、濃度控制，到排放收費，超標罰款，再到實施強制性脫硫，其執(zhí)法力度越來越大。控制二氧化硫的排放已成為不可忽視、不可回避的問題。因此解決好燃煤排放煙氣脫硫問題對于解決大氣二氧化硫的污染具有極為重要的意義，煙氣脫硫技術必將成為大氣環(huán)境改善提供強有力的保障。世界燃煤電廠控制二氧化

8、硫排放最有效、應用最廣的技術為燃燒后脫硫即煙氣脫硫（Flue gas desulfurization，縮寫 FGD） 。該法可達到很高的脫硫率，技術化較成熟，是目前世界上已經(jīng)完成大規(guī)模商業(yè)化應用的主要脫硫技術之一。煙氣脫硫術可分為濕法、半干法和干法三類工藝。濕法脫硫技術以其脫硫效率高運行穩(wěn)定可靠及沒有二次污染獨占鰲頭。在發(fā)達國際，90%以上的煙氣脫硫采用濕法脫硫技術，濕法脫硫技術已成為我國燃煤電廠煙氣脫硫的首選工藝。濕式的石灰石石膏法煙氣脫硫工藝是目前世界上燃煤電廠應用最廣泛、技術最成熟的濕法脫硫技術。該技術采用石灰石漿液作洗滌劑，在反應塔中對煙氣進行洗滌，從而出去煙氣中的二氧化硫。本科生課程

9、設計（論文）1第 2 章 設計系統(tǒng)的方案論證2.1 煙氣脫硫的工藝原理石灰石（石灰）-石膏濕法脫硫工藝系統(tǒng)主要有：煙氣系統(tǒng)、吸收氧化系統(tǒng)、漿液制備系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、排放系統(tǒng)組成。其基本工藝流程如下： 鍋爐煙氣經(jīng)電除塵器除塵后，通過增壓風機、GGH(氣體-氣體換熱器)降溫后進入吸收塔。在吸收塔內(nèi)煙氣向上流動且被向下流動的循環(huán)漿液以逆流方式洗滌。循環(huán)漿液則通過噴漿層內(nèi)設置的噴嘴噴射到吸收塔中，以便脫除SO2、SO3、HCL 和 HF，與此同時在“強制氧化工藝”的處理下反應的副產(chǎn)物被導入的空氣氧化為石膏（CaSO42H2O） ，并消耗作為吸收劑的石灰石。循環(huán)漿液通過漿液循環(huán)泵向上輸送到噴淋層中，通

10、過噴嘴進行霧化，可使氣體和液體得以充分接觸。每個泵通常與其各自的噴淋層相連接，即通常采用單元制。在吸收塔中，石灰石與二氧化硫反應生成石膏，這部分石膏漿液通過石膏漿液泵排出，進入石膏脫水系統(tǒng)。脫水系統(tǒng)主要包括石膏水力旋流器（作為一級脫水設備） 、漿液分配器和真空皮帶脫水機。經(jīng)過凈化處理的煙氣流經(jīng)兩級除霧器除霧，在此處將清潔煙氣中所攜帶的漿液霧滴去除。同時按特定程序不時地用工藝水對除霧器進行沖洗。進行除霧器沖洗有兩個目的，一是防止除霧器堵塞，二是沖洗水同時作為補充水，穩(wěn)定吸收塔液位。煙氣脫硫技術屬于燃燒后的脫硫。在吸收塔出口，煙氣一般被冷卻到4655左右，且為水蒸氣所飽和。通過氣-氣換熱器將煙氣加

11、熱到 80以上，以提高煙氣的抬升高度和擴散能力。最后，潔凈的煙氣通過煙道進入煙囪排向大氣。2.2 控制系統(tǒng)的選擇基于煙氣脫硫的要求，本設計采用以反應器內(nèi)溫度為被控參數(shù)，以蒸汽流量和冷凝水流量為控制變量的分程控制系統(tǒng)。在一般的反饋控制系統(tǒng)中，通常是一臺調(diào)節(jié)器只控制一個調(diào)節(jié)閥。但在某些工業(yè)生產(chǎn)中，根據(jù)工藝要求，需將調(diào)節(jié)器的輸出信號分段，去控制兩個或者兩個以上的調(diào)節(jié)閥，以便使每個調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)器輸出的某段信號范圍內(nèi)作全行程動作，本科生課程設計（論文）2這種控制系統(tǒng)成為分程控制系統(tǒng)。在本次設計中由于發(fā)生間歇式化學反應，在反應過程中每次投料完畢后，為使其達到反應溫度，需要先對其加熱引發(fā)化學反應。一旦化學反

12、應開始進行，就會持續(xù)產(chǎn)生大量的反應熱，如果不及時將熱量釋放，物料溫度會越來越高，以至于有發(fā)生爆炸的危險。因此，必須用冷卻劑對其冷卻，以保證化學反應在規(guī)定的溫度下進行。為此，設計以反應器內(nèi)溫度為被控參數(shù)、以蒸汽流量和冷凝水流量為控制變量的分程控制系統(tǒng)，利用 A、B 兩臺調(diào)節(jié)閥分別控制泠凝水流量和蒸汽流量，以滿足生產(chǎn)工藝對冷卻和加熱的不同需求，是系統(tǒng)溫度維持在 150左右。為保證安全，蒸汽閥采用氣開式，冷凝水閥采用氣關式，溫度調(diào)節(jié)器為反作用。當煙氣進入反應器后，化學反應開始前，溫度測量值小于設定值。調(diào)節(jié)器輸出氣壓大于 0.06MPa，A（冷凝水）閥關閉，B（蒸汽）閥開啟，反應器夾套中流進的蒸汽使反

13、應物料溫度上升。待化學反應開始以后，反應物料溫度逐漸升高。由于調(diào)節(jié)器是反作用，隨著溫度升高，調(diào)節(jié)器輸出下降，B（蒸汽）閥逐漸關?。划敺磻锪蠝囟冗_到并高于設定值時，調(diào)節(jié)器輸出氣壓小于 0.06MPa，B 閥完全關閉，A 閥逐漸打開，反應器夾套中流過的冷凝水將反應熱帶走，使反應物料溫度保持在設定值。 煙氣 A 冷凝水 脫硫煙氣輸出B蒸汽 、 圖 2.1 反應器溫度分程控制系統(tǒng)2.3 分程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖當煙氣進入反應器后 A（冷凝水）閥關閉，B（蒸汽）閥開啟，反應器夾套中流進的蒸汽使反應物料溫度上升。待化學反應開始以后，反應物料溫度逐漸升高，由于調(diào)節(jié)器是反作用，隨著溫度升高，調(diào)節(jié)器輸出下降，B（

14、蒸汽）閥逐漸關小。反應器TTTC本科生課程設計（論文）3 圖 2.2 分程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖本科生課程設計（論文）4第 3 章 儀表選擇3.1 溫度傳感器選型 溫度傳感器（temperature transducer）是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。 本設計基于要求采用 WZPB 系列 PT100 熱電阻作為溫度傳感器。熱電阻的測溫原理是基于純金屬導體的電阻值隨被測點溫度增加而增加的這一特性來測量溫度的；在一定的溫度范圍內(nèi)純金屬導體的電阻值與被測溫

15、度 呈線性的關系，所以通過測量純金屬的電阻值就可測出被測點的溫度。 性能特點 熱電阻的測溫原理是基于純金屬導體的電阻值隨被測點溫度增加而增加的這一特性來測量溫度的；在一定的溫度范圍內(nèi)純金屬導體的電阻值與被測溫度呈線性的關系，所以通過測量純金屬的電阻值就可測出被測點的溫度。目前應用最多的是鉑和銅，如Pt100、Cu100、Cu50等。WZPB 系列 PT100 熱電阻通常和顯示儀表、記錄儀表、電子計算機等配套使用，輸出 4-20mA，直接測量生產(chǎn)現(xiàn)場存在碳氯化合物等爆炸物的范圍內(nèi)液體、蒸汽的氣體 質(zhì)以及固體表面溫度。采用二線制輸出 4-20mA，抗干擾能力強； 節(jié)省補償導線及安裝溫度變送器費用；

16、安全可靠，使用壽命長；冷端溫度自動補償，非線性校正電路。技術參數(shù)：測量范圍：-200+500輸出信號：4-20 mA負載電阻：250傳輸導線電阻：100 輸出方法：二線制 供電電源：24V.DC10% 圖 3.1 WZPB 系列熱電阻本科生課程設計（論文）53.2 控制器選型控制器也叫調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器的選型與調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇對過程控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)有著至關重要的影響，也是過程控制系統(tǒng)設計的核心內(nèi)容之一。調(diào)節(jié)器的輸出決定于被控參數(shù)的測量值與設定值之差，被控參數(shù)的測量值與設定值變化，對輸出的作用方向是相反的。當設定值不變時，隨著測量值的增加，調(diào)節(jié)器的輸出也增加，稱為“正作用”方式。反之，如果測量值增加

17、或設定值減小時，調(diào)節(jié)器輸出減小，則稱為“反作用”方式。調(diào)節(jié)器正、反作用方式的選擇是在調(diào)節(jié)閥氣開、氣關方式確定之后進行的，其確定原則是使整個單回路構(gòu)成負反饋系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中，主對象的放大倍數(shù)為符號“正”，所以主控制器應選“負”作用。本設計選用 JCS-33A-R/M 型號 PID 智能溫度控制調(diào)節(jié)器。由于儀表采用高性能芯片，從而保證了儀表基本性能的穩(wěn)定、可靠，可任選自整定PID、PD、ON/OFF 控制方式，大大的提高了抗超調(diào)或欠調(diào)，抑制擾動力。針對儀表經(jīng)常使用在工礦企業(yè)中，考慮到電網(wǎng)電壓及工作環(huán)境的惡劣，在儀表的軟、硬件設計上均采取了必要措施，大大提高了儀表的抗干擾性、穩(wěn)定性，使之對工作環(huán)境的

18、要求降低為零，具有更廣泛的使用價值。技術參數(shù)：工作電壓：AC 100-240（V） 溫度范圍：0-400自由輸入：用戶通過操作鍵自由選擇 10 種熱電偶，2 種熱電阻（Pt100、JPt100） 主控輸出：可配備雙輸出功能，繼電器、無觸點電壓、直流電流方式任選。串行通訊：儀表具有 RS-485 通訊接口，支持 Modbus 協(xié)議。 圖 3.2 JCS 系列 PID 調(diào)節(jié)器本科生課程設計（論文）63.3 執(zhí)行器選擇 在過程控制系統(tǒng)設計中，確定控制閥的口徑尺寸是選擇控制閥的重要內(nèi)容之一，在正常工況下要求調(diào)節(jié)閥的開度在 15%85%之間。調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇也很重要，一般分為兩步進行。首先要根據(jù)生產(chǎn)

19、過程的工藝參數(shù)和對控制系統(tǒng)的工藝要求，確定工作流量特性，然后根據(jù)工作流量特性相對于理想流量特性的畸變關系，求出對應的理想流量特性，確定閥門類型。調(diào)節(jié)閥開關作用方式的選擇主要以不同生產(chǎn)工藝條件下，人員安全、生產(chǎn)安全、系統(tǒng)及設備安全的需呀為首要依據(jù)。氣開式調(diào)節(jié)閥隨著控制信號的增加而開度加大，當無壓力控制信號時，閥門處于完全關閉狀態(tài)；與之相反，氣關式調(diào)節(jié)閥隨著信號壓力增加，閥門逐漸關小，當無信號時，閥門處于全開狀態(tài)。為保證安全，蒸汽閥采用氣開式，冷凝水閥采用氣關式，溫度調(diào)節(jié)器為反作用。3.3.1 冷凝水閥的選型ZJHS 精小型氣動薄膜角形單座調(diào)節(jié)閥采用頂導向結(jié)構(gòu)，配用多彈簧執(zhí)行機構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、重

20、量輕、動作靈敏、閥容量大、流體通道呈流線型、壓降損失小、閥容量大、流量特性精確、拆裝方便等優(yōu)點。廣泛應用于精確控制氣體、液體等介質(zhì)工藝參數(shù)如壓力、流量、溫度、液位保持在給定值。特別適用于允許泄漏量小閥前事壓差不大的高粘度，含有懸浮物和顆粒狀物質(zhì)流體的調(diào)節(jié)，可避免結(jié)焦、堵塞，便于自凈與清洗的場合。調(diào)節(jié)閥有標準型、調(diào)節(jié)切斷型、波紋管密封型、夾套保溫型等多種品種。主要規(guī)格參數(shù):公稱通徑 DN(mm):20100公稱壓力 PN():1.6、4.0、6.4MPa固有流量特性:直線、等百分比壓力調(diào)節(jié)范圍():20100、40200、80240 KPa氣源壓力 Ps():0.140.4MPa流體溫度由-20

21、250 圖 3.3 ZJHS 氣動調(diào)節(jié)閥本科生課程設計（論文）73.3.2 蒸汽閥的選型ZJHP、ZJHM 精小型氣動薄膜單座、套筒調(diào)節(jié)閥采用頂部導向結(jié)構(gòu),配用多彈簧執(zhí)行機構(gòu)和低流阻調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、動作靈敏、流體通道呈 S 流線型、壓降損失小、閥容量大、流量特性精確、拆裝方便等優(yōu)點。廣泛應用于精確控制氣體、液體等介質(zhì)的工藝參數(shù)對壓力、流量、溫度、液位保持在給定值。 主要規(guī)格參數(shù):公稱通徑 DN(mm):2040公稱壓力 PN():1.6、4.0、6.4MPa固有流量特性:直線、等百分比壓力調(diào)節(jié)范圍():20100、40200、80240 段幅:2060、60100KPa氣源

22、壓力 Ps():0.140.4MPa工作溫度 t():-20200 常溫型、-40450 中溫型 圖 3.4 ZJHM 精小型氣動調(diào)節(jié)閥3.3.3 調(diào)節(jié)閥的輸出信號閥門開度（%） 100 A 閥 B 閥B 閥 A 閥 0 0.02 0.06 0.10 輸出信號（MPa） 圖 3.5 調(diào)節(jié)閥分程關系曲線本科生課程設計（論文）83.5 電/氣閥門控制器選型由于啟動調(diào)節(jié)閥能用于易燃易爆現(xiàn)場的優(yōu)點，還不能被電動調(diào)節(jié)閥所取代。為了使氣動調(diào)節(jié)閥能夠接受電動調(diào)節(jié)閥的輸出信號，必須使用電/氣轉(zhuǎn)換器把調(diào)節(jié)器輸出的標準電流信號轉(zhuǎn)換為 20-100kPa 的標準氣壓信號，因此需要電/氣轉(zhuǎn)換器。T-1000 轉(zhuǎn)換器是

23、電氣轉(zhuǎn)換裝置，它降低供給壓力，產(chǎn)生一個與輸入電信號成比例的壓力輸出。供給壓力范圍 125kPa700kPa。自帶體積增大器提供大流量能力(可達 20.4m3/h)。供給壓力為 175kPa 時，流量為 7.6m3/h, 供給壓力為 700kPa時，流量為 20.0m3/h。此轉(zhuǎn)換器為防爆型，當供給壓力為 175kPa 時，流量為3.2m3/h, 供給壓力為 700kPa 時，流量為 3.1m3/h。供給壓力：供給壓力應超過輸出壓力 21kPa，但最大為 700kPa。供給壓力的敏感性：0.15%量程，供給壓力每變化 10kPa。排氣量：在中間量程時為 0.2 m3/h。 圖 3.6 T-100

24、0 電氣轉(zhuǎn)換器本科生課程設計（論文）9第 4 章 控制算法4.1 PID 運算的算法PID(比例-積分-微分)調(diào)節(jié)在工業(yè)控制中得到了廣泛的應用，對系統(tǒng)的模型要求低，調(diào)節(jié)方便，適用范圍廣，PID 調(diào)節(jié)是比例、積分、微分調(diào)節(jié)規(guī)律的線性組合，PID 調(diào)節(jié)把比例調(diào)節(jié)的快速性、積分調(diào)節(jié)的消除靜差的能力、微分調(diào)節(jié)的預見性結(jié)合起來。PID 基本算式有：位置式、增量式、和速度式。 圖 4.1 PID 調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖（1）位置式 PID 算法 （4-1） （2）增量式 PID 算式 （4-2）（3）速度式 PID 算式 （4-3）在過程控制中，按偏差的比例（P） 、積分（I）和微分（D）進行控制的 PID控制器（

25、亦稱 PID 調(diào)節(jié)器）是應用最為廣泛的一種自動控制器。它具有原理簡單，易于實現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨立，參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點；而且在)1()()()()(neneTTdneTiTneTKpTnu)1()()()()(neneTTdneTiTneKpnu)1()()()()(0neneTTdieTiTneKpnuni本科生課程設計（論文）10理論上可以證明，對于過程控制的典型對象“一階滯后+純滯后”與“二階滯后+純滯后”的控制對象，PID 控制器是一種最優(yōu)控制。PID 調(diào)節(jié)既能改善系統(tǒng)穩(wěn)定性，又可以消除靜差。對于負荷變化大、容量滯后大、控制品質(zhì)要求高的控制對象均能適應。其傳遞函數(shù)為： （

26、4-4）其中是比例系數(shù)，為積分時間常數(shù)，為微分時間常數(shù)。由式（4-4）pKiTdT可知，PID 控制器的比例系數(shù)增大，則控制器對偏差反應靈敏；積分時間減pKiT小，則對偏差的積累量靈敏；微分時間常數(shù)增大，則對偏差的變化靈敏，PIDdT控制各個校正環(huán)節(jié)的介紹與作用如下：比例（P）控制：比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出信號c(t)能夠成比例地反應其輸入信號 (t)。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。比例調(diào)節(jié)作用：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號 e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例，是系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造

27、成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分（I）控制：在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差或簡稱有差系統(tǒng)。未來消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項” 。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便是誤差很小，積分項也會隨著時間增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此比例積分（PI）控制器可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高誤差度。因為有誤差，積分調(diào)節(jié)就進行，直至無差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出為常值。積分作用的強弱取決

28、于積分時間常數(shù)，越大，積分作用越弱，反之越強。加入積分調(diào)節(jié)可使系iTiT統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成 PI 調(diào)節(jié)器或 PID 調(diào)節(jié)器。微分（D）控制：在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分成正比關系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性環(huán)節(jié)或由滯后組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法使抑制誤差的作用變化“超前” ，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用為零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項是不夠的，11 1)()(sTsTPsEsUGdi本科生課程設計（論文）11比例項的作用僅

29、是放大誤差的幅值，而目前需要加的是“微分項” ，它能預測誤差變化的趨勢。對有較大慣性或滯后的被控對象，比例微分（PD）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。微分調(diào)節(jié)作用：具有預見性，能預見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。在微分時間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時間。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強的加微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反應的是變化率，而當輸入沒有時，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成 PD 或 PID 控制器。因此，通過選擇，可使控制量

30、中的三個部分合理組合，從而達到pKiTdT控制目的。 4.2 PID 參數(shù)整定方法 PID 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定 PID 控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID 控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：理論計算整定法和工程整定法。其中理論計算整定法包括根軌跡法、對數(shù)頻率特性法、擴充頻率特性法、M圓法等。要求獲得對象的特性參數(shù)，建立對象的數(shù)學模型，通過計算方法求得控制器參數(shù)。但計算而得的參數(shù)并不可靠，還需在現(xiàn)場進行驗證；而且計算非常復雜和繁瑣，在工程實際中很少使用，僅用于理論分析。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參

31、數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接使用，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。工程整定方法包括穩(wěn)定邊界法、衰減曲線法、響應曲線法和經(jīng)驗法。它避開對象的數(shù)學描述，有的基于對象的階躍響應曲線，有的直接在現(xiàn)場整定，其方法簡單，計算方便，容易掌握。這種近似的方法得到的參數(shù)不一定是最佳參數(shù)，但非常實用，可以解決一般的實際問題。它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。（1）穩(wěn)定邊界法又稱臨界比例度法，是目前應用較廣泛的一種用調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法。臨界比例帶法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)時，先要切除積分和微分作用，讓控制系統(tǒng)以較大的比例帶，在純比例控制作用下運行，然后

32、逐漸減小，每減小一mP次都要認真觀察過程曲線，直到達到等幅振蕩時，記下此時的比例帶(稱為臨mP界比例帶)和波動周期，然后按給出的經(jīng)驗公式求出調(diào)節(jié)器的參數(shù)值。按該表mT本科生課程設計（論文）12算出參數(shù)值后，要把比例帶放在比計算值稍大一點的值上，把和放在計算值iTdT上，進行現(xiàn)場觀察，如果比例帶可以減小，再將放在計算值上。這種方法簡單，mP應用比較廣泛。 （2）衰減曲線法是以 4：1 衰減作為整定要求的，先切除調(diào)節(jié)器的積分和微分作用 ，用湊試法整定純比例控制作用的比例帶，使之符合 4：1 衰減比例的mP要求，記下此時的比例帶和振蕩周期。如果加進積分和微分作用，可按表mPmT3-4-2 給出經(jīng)驗公

33、式進行計算。若按這種方式整定的參數(shù)作適當?shù)恼{(diào)整。對有些控制對象，控制過程進行較快，難以從記錄曲線上找出衰減比。這時，只要被控量波動 2 次就能達到穩(wěn)定狀態(tài)，可近似認為是 4：1 的衰減過程，其波動一次時間為。 mT（3）響應曲線法，前三種整定調(diào)節(jié)器參數(shù)的方法，都是在預先不知道控制對象特性的情況下進行的。如果知道控制對象的特性參數(shù)，即時間常數(shù) T、時間遲延 和放大系數(shù) K，則可按經(jīng)驗公式計算出調(diào)節(jié)器的參數(shù)。利用這種方法整定的結(jié)果可達到衰減率 =0.75 的要求。（4）經(jīng)驗法實質(zhì)上是經(jīng)驗試湊法，它不需要進行試驗和計算，而是根據(jù)運行經(jīng)驗和先驗知識，選確定一組調(diào)節(jié)參數(shù)，然后人為加入階躍擾動，觀察被控參

34、數(shù)的響應曲線，并按照調(diào)節(jié)器各個參數(shù)對調(diào)節(jié)過程的影響，逐次改變相應的整定參數(shù)值，一般按先比例度 P，再積分時間、微分時間的順序逐一進行整定，iTdT直到獲得滿意的控制品質(zhì)為止。4.3 調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)影響 （1）比例系數(shù)對系統(tǒng)性能的影響pK比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小。偏大，pK振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時間加長。太大時，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定。太小，又會pKpK使系統(tǒng)的動作緩慢。可以選負數(shù)，這主要是由執(zhí)行機構(gòu)、傳感器以控制對象pK的特性決定的。如果的符號選擇不當對象狀態(tài)(值)就會離控制目標的狀態(tài)(pKpv值)越來越遠，如果出現(xiàn)這樣的情況的符號就一定要取反。svpK（2）積分控制對

35、系統(tǒng)性能的影響iT積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，?。ǚe分作用強）會使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能iT消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。（3）微分控制對系統(tǒng)性能的影響dT微分作用可以改善動態(tài)特性，偏大時，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時間較短。偏dTdT小時，超調(diào)量也大，調(diào)節(jié)時間也長。只有合適，使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時間。dT本科生課程設計（論文）13本科生課程設計（論文）14第 5 章 系統(tǒng)測試與仿真MATLAB 是由美國 mathworks 公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境

36、中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。MATLAB 和 Mathematica、Maple 并稱為三大數(shù)學軟件。它在數(shù)學類科技應用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB 可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來解算問題要比用 C，F(xiàn)ORTRAN 等語言完成相同的事情簡捷得