計控第二次大作業(yè)-氧化爐

寧波大學(xué)答題紙（2012—2013學(xué)年第1學(xué)期）課號：103Z01A07課程名稱：計算機控制技術(shù)改卷教師：學(xué)號：姓名：得分：大作業(yè)（二）下圖為氧化爐對象，工藝要求氧化爐內(nèi)的反應(yīng)溫度恒定，一般通過氧化爐的氨氣和氧氣比恒定來實現(xiàn)，但氨管壓力波動會影響氨氣流量變化，空氣含氧量會隨環(huán)境發(fā)生變化。被控量為氧化爐溫度，調(diào)節(jié)量為氨氣管道閥門。緒論在硝酸銨生產(chǎn)過程中，氨氧化爐是關(guān)鍵設(shè)備。其工藝流程：氨氣和空氣混合氣體進入氧化爐，在鉑金觸煤的作用下進行氧化反應(yīng)，生成所需要的一氧化氮，這是一個多種參數(shù)相互制約的復(fù)雜過程，工藝控制指標(biāo)的好壞關(guān)系到生產(chǎn)能否穩(wěn)定運行，生產(chǎn)效益以及設(shè)備安全問題。氨氧化法制硝酸是硝酸生產(chǎn)中比較普遍的方法，氨氣和空氣混合氣體經(jīng)靜化后，進入氧化爐，在鉑金網(wǎng)的作用下，在絕壓0．45MPa，溫度850℃的條件下，將氨氧化成一氧化氮氣體，影響氧化反應(yīng)過程的因素有氨的體積分?jǐn)?shù)，壓力，氧化率，反應(yīng)溫度，混合氣流量，鉑網(wǎng)活性等，氧化率是氧化反應(yīng)的指標(biāo)，但目前沒有有效的檢測手段。在一定條件下，氧化率正比于反應(yīng)溫度，而氨氣是氧化反應(yīng)的主要成分，反應(yīng)的溫度取決于氣體中氨的體積分?jǐn)?shù)，而氨的體積分?jǐn)?shù)又無法測量，只有氧化爐溫度能間接反應(yīng)出氧化率。為了獲得更高的氧化率，氧化爐溫度與氨的體積分?jǐn)?shù)均控制在極值，而爐溫超到11001、確定被控對象，輸出量和控制參數(shù)分析：由緒論可知氨空比與爐溫的實時檢測與穩(wěn)定控制是氧化爐控制的關(guān)鍵。以爐溫為主調(diào)節(jié)回路，氨空比值為副調(diào)節(jié)回路，構(gòu)成變比值控制系統(tǒng)。串級比值調(diào)節(jié)回路中，當(dāng)出現(xiàn)直接引起氨氣，空氣流量變化的干擾時，通過比值系統(tǒng)，可以得到及時克服，以保持爐溫不變，對于其他干擾如氨氣、溫度壓力變化，觸媒活性變化等引起的爐溫變化，可通過主調(diào)節(jié)器對氨空比值進行修正，以保證爐溫恒定。串級比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，快速而有效地克服各種干擾，可使溫度控制精度達到恒定。由圖可知被控對象：氨氣調(diào)節(jié)閥輸出量：溫度控制參數(shù)：氧化爐溫度和氨空比控制系統(tǒng)方框圖如圖所示：主控制器主控制器副控制器調(diào)節(jié)閥副對象主對象除法器氨流量測量變送空氣測量變送溫度變送———2、給出對象模型的建立方法分析：就工業(yè)過程或裝置而言,所謂系統(tǒng)就是由元件、部件相互聯(lián)系而組成的具有某種特定功能的整體。不同的系統(tǒng)對應(yīng)著不同的學(xué)科領(lǐng)域。每個學(xué)科領(lǐng)域都要研究這一領(lǐng)域所包含的所有系統(tǒng)內(nèi)部的以及與之相聯(lián)系的外部因素之間比較精確的定量關(guān)系,即數(shù)學(xué)模型。所謂系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,就是利用數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)(表格、圖形以及各種數(shù)學(xué)方程:代數(shù)方程、積分方程、微分方程、它們的方程組、傳遞函數(shù)、狀態(tài)方程、差分方程等)來反映系統(tǒng)內(nèi)部之間、內(nèi)部與某些外部因素之間的精確的定量關(guān)系。建立數(shù)學(xué)模型有兩種方法:一種是從基本物理定律,即利用各個專門學(xué)科領(lǐng)域提出來的物質(zhì)和能量的守恒性和連續(xù)性原理,以及系統(tǒng)(設(shè)備)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)推導(dǎo)出模型。種方法得出的數(shù)學(xué)模型稱之為機理模型或解析模型,這種建立模型的方法,稱之為解析法;另一種方法是從系統(tǒng)的運行和試驗數(shù)據(jù)建立系統(tǒng)模型(模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)),這種方法稱之為系統(tǒng)辨識。由實驗法建立的數(shù)學(xué)模型——傳遞函數(shù),來描述單輸入單輸出線性系統(tǒng)的方法,可以為更復(fù)雜的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的辨識作預(yù)備性試驗,它是系統(tǒng)辨識的基礎(chǔ)。所設(shè)計數(shù)字調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)如下：，式中，＝0.8。系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)式中，為采樣周期，取L=2，可得。為期望閉環(huán)系統(tǒng)的時間常數(shù)。則廣義工業(yè)對象脈沖傳遞函數(shù)為：則所設(shè)計數(shù)字調(diào)節(jié)器形式為：因此可求得在單位階躍輸入下，系統(tǒng)期望輸出序列：系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：由以上傳遞函數(shù)，通過MATLAB求其伯德圖，程序如下：給出MATLAB下的最少拍和PID控制的對比效果假設(shè)已測得對象的模型為，采樣時間為15sPID控制Simulink仿真Kp=0.11Ki=0.001Kd=0輸出響應(yīng)：（2）最小拍控制所謂最少拍系統(tǒng)或最少調(diào)整時間系統(tǒng)，是指對下圖所示的隨動系統(tǒng)，在給定某種典型輸入條件下，設(shè)計一個控制規(guī)律D（z），使閉環(huán)系統(tǒng)具有最快的響應(yīng)速度，也就是能在最少個采樣周期時間內(nèi)準(zhǔn)確跟蹤輸入給定值，即達到無靜差的穩(wěn)定狀態(tài)。由于最小拍設(shè)計的廣義對象不能有純滯后環(huán)節(jié)，所以只考慮比例慣性環(huán)節(jié) 由于，取，