電冰箱溫度控制設(shè)計(jì)

第一章電冰箱的溫度控制原理液體化為氣體時(shí)要吸熱。反之，氣體化為液體時(shí)要放熱。電冰箱是利用蒸發(fā)致冷或氣化吸熱的作用而達(dá)到制冷的目的。電冰箱的喉管內(nèi)，裝有一種商業(yè)上稱為氟利昂freon,俗稱雪種的致冷劑。常用的一種為二氟二氯甲烷(CCL2F2)，是一種無(wú)色無(wú)臭無(wú)毒的氣體，沸點(diǎn)為29°C。氟利昂在氣體狀態(tài)時(shí)，被壓縮器加壓，如圖下方所示。加壓后，經(jīng)喉管流到電冰箱背部的冷凝器，借散熱片散熱(物質(zhì)被壓縮后，溫度就會(huì)升高)后，冷凝而成液體。液體的氟里昂進(jìn)入蒸發(fā)器的活門之后，由于脫離了壓縮器的壓力，就立即化為蒸汽，同時(shí)向電冰箱內(nèi)的空氣和食物等吸取汽化潛熱(latentheatofvaporization)，引致冰箱內(nèi)部冷卻。汽化后的氟里昂又被壓縮器壓回箱外的冷凝器散熱，再變?yōu)橐后w，如此循環(huán)不息，把冰箱內(nèi)的熱能泵到箱外。此次設(shè)計(jì)通過電機(jī)與傳感器之間通過控制系統(tǒng)對(duì)電冰箱進(jìn)行自動(dòng)控制。其工作原理圖如下所示。圖1.1第二章系統(tǒng)的部件選擇2.1溫控器的數(shù)學(xué)模型熱力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。圖2.4是一個(gè)電加熱熱水器的示意圖。我們現(xiàn)在來建立熱水器出口水溫受加熱器加熱量影響的微分方程，為了使問題簡(jiǎn)化，假設(shè)沒有熱量向周圍環(huán)境散失，加熱器容器中的溫度是均勻的，都具有和出口溫度相同的溫度。設(shè)加熱器出口水溫相對(duì)于穩(wěn)定狀態(tài)下的增量為外（用） ，M為熱水器中水的質(zhì)量3切，4為水的比熱容@可虺?巴，幺為電加熱器傳輸給水的熱流量的增量（肘溝），G為水的流量脳曲,根據(jù)熱量平衡關(guān)系整理后為根據(jù)熱量平衡關(guān)系整理后為若要考慮水入口溫度的影響，設(shè)入口水溫的變化量為哼若要考慮水入口溫度的影響，設(shè)入口水溫的變化量為哼，則有若要考慮更多的因素，微分方程將變得更加復(fù)雜。

若要考慮更多的因素，微分方程將變得更加復(fù)雜。2.2熱電偶的傳遞函數(shù)計(jì)算熱電偶溫度計(jì)的傳遞函數(shù)。圖3是用熱電偶測(cè)量流體溫度的示意圖。設(shè)被測(cè)介質(zhì)溫度為氐，熱電偶輸出電勢(shì)為E,熱電偶溫度為JR為被測(cè)介質(zhì)與熱電偶間的放熱熱阻,C為熱電偶的熱容量，憨為熱電偶的比例系數(shù)。

2.3控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及方框圖通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析及計(jì)算得出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為1130気筒7（沁（沁気筒7（沁（沁2）=第三章時(shí)域分析+ +10s+2=03.1系統(tǒng)+ +10s+2=0已知系統(tǒng)的特征方程為『斗財(cái)斗1加用勞斯判據(jù)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性如下10507 58 57勞斯表第一列系數(shù)符號(hào)相同，故系統(tǒng)是穩(wěn)定的。顯然，26x12-1x1510507 58 57勞斯表第一列系數(shù)符號(hào)相同，故系統(tǒng)是穩(wěn)定的。顯然，26x12-1x153.23.2控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差I(lǐng)型系統(tǒng)Ka=0 抵=g對(duì)II型系統(tǒng)Ka=Kg*=7?K為系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)。在拋物線函數(shù)輸入下，0型、I型系統(tǒng)都不能使用。II型系統(tǒng)則是有差的。若要消除穩(wěn)態(tài)誤差，必須選擇III型以上的系統(tǒng)。但系統(tǒng)中積分環(huán)節(jié)太多，動(dòng)態(tài)特性就會(huì)變壞，甚至使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。工程上很少應(yīng)用II型以上的系統(tǒng)。表3.2給出了典型輸入函數(shù)作用下各型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。從以上討論中可以得出結(jié)論：積分環(huán)節(jié)具有消除穩(wěn)態(tài)誤差的作用。這就是許多控制系統(tǒng)中引入積分環(huán)節(jié)的原因。3.3擾動(dòng)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差圖2.4y(t)稱為被控量或輸出變量，它是被控對(duì)象需要被控制的量；r(t)稱為輸入變量或給定值，是輸出變量的希望值°f(t)稱為反饋量，它是輸出變量的一部分或全部，反映了輸出變量的變化；e(t)稱為偏差變量；u(t)稱為控制變量，它是根據(jù)偏差變量由控制器按一定的函數(shù)關(guān)系產(chǎn)生的，u(t)對(duì)輸出變量y(t)有直接的影響?？刂破?、反饋裝置等都是自動(dòng)控制裝置。在多數(shù)情況下，反饋裝置就是輸出變量的測(cè)量變送裝置。被控量與自動(dòng)控制裝置的組合，就構(gòu)成了一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)。圖5所示的控制系統(tǒng)稱為反饋控制系統(tǒng)。由于信息的傳遞可以構(gòu)成一個(gè)閉合回路，所以又稱閉環(huán)控制系統(tǒng)。從輸入端到輸出端的信號(hào)傳遞途徑稱為前向通道，從輸出端到輸入端的信號(hào)傳遞途徑稱為反饋通道。反饋控制的原理是將輸出變量經(jīng)反饋裝置傳送到輸入端并且與給定值比較，產(chǎn)生偏差變量e(t)=r(t)-f(t)這種反饋稱為負(fù)反饋。控制器根據(jù)偏差產(chǎn)生相應(yīng)的控制變量u(t),從而把控制作用加在被控量上，使輸出變量向消除偏差的方向變化。因此，反饋控制是按偏差進(jìn)行控制的，即輸入變量與輸出變量共同參與了控制過程。圖5中還有一個(gè)變量d(t),稱為擾動(dòng)變量。凡作用在控制系統(tǒng)中，可以引起輸出變量變化的除了控制變量u(t)以外的其他因素，都可以稱為擾動(dòng)。擾動(dòng)變量可以分為內(nèi)擾和外擾兩類。有反饋控制系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的擾動(dòng)，如元件的參數(shù)的變化，成為內(nèi)擾。而由于反饋控制系統(tǒng)外部引起的擾動(dòng)，如負(fù)載變化，能源變化等，稱為外擾。擾動(dòng)對(duì)控制系統(tǒng)的影響是反饋控制系統(tǒng)的主要任務(wù)之一。擾動(dòng)變量d(t)對(duì)整個(gè)反饋控制系統(tǒng)來說也是一種輸入變量。為了區(qū)別，把給定值稱為控制輸入變量，把擾動(dòng)值稱為擾動(dòng)輸入變量。第四章控制器的設(shè)計(jì)4.1控制器的校正為了滿足特定任務(wù)的要求，總是預(yù)先給出系統(tǒng)的性能指標(biāo)，要求設(shè)計(jì)出一個(gè)良好性能的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的性能指標(biāo)，主要反映了對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，控制過程的快速性、超調(diào)量和控制精度方面的要求。組成控制系統(tǒng)的被控對(duì)象、傳感器、信號(hào)變換器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等是控制系統(tǒng)的重要設(shè)備和裝置。但這些設(shè)備和裝置的性能往往不可變動(dòng)或只能允許稍作變動(dòng)。我們可以認(rèn)為這是控制系統(tǒng)的不可變部分。如果只由這些設(shè)備組成控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的性能當(dāng)然也是不可變動(dòng)的。這個(gè)系統(tǒng)的性能很難滿足預(yù)先給定的性能指標(biāo)，但又無(wú)法調(diào)整。解決這個(gè)問題的辦法就是在系統(tǒng)中人為引入一個(gè)可以調(diào)整的附加裝置，稱為控制器。通過調(diào)整控制器的參數(shù)，使系統(tǒng)最終滿足性能指標(biāo)的要求?？刂破饔行┣闆r下也稱為校正裝置。由此可見，控制器的設(shè)計(jì)是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。確定控制器的功能、結(jié)構(gòu)和參數(shù)的過程稱為控制系統(tǒng)的校正。圖6是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中的是被控對(duì)象的傳遞函數(shù)，代表了系統(tǒng)的不可調(diào)整部分。圖中白護(hù)“⑷就是控制器。由于控制器&⑷和。⑷串聯(lián)在系統(tǒng)的前向通道上，我們稱這種連接方法為串聯(lián)校正。圖4.1圖4.1串聯(lián)校正有時(shí)，把校正裝置連接成系統(tǒng)內(nèi)部反饋回路，也可以起到校正作用試設(shè)計(jì)反饋校正裝置使系統(tǒng)的性能指標(biāo)為:蟲艸--傾。校正前系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為1B0^(0.06^1B0^(0.06^+對(duì)應(yīng)25%時(shí)，叫'1-匕，按“左秒，由式（5—109），得叫。取叫一〔°，期望特性的交接頻率由2可求得。

取 。為簡(jiǎn)化校正裝置，取中高頻段的轉(zhuǎn)折頻率。過c=10作-20dB/dec的直線過OdB線，低端至處的A點(diǎn)，高端至處的B點(diǎn)。再由A點(diǎn)作-40dB/dec的直線向低頻段延伸與L°相交于C點(diǎn)，該點(diǎn)的頻率為A=0.009,過B點(diǎn)作-40dB/dec的直線向高頻段延伸與L相交于D點(diǎn)，該點(diǎn)的頻率為D=190。由以上步驟得到的期望對(duì)數(shù)幅頻特性如圖7中Lk所示。將L0-Lk得到20lg|G2(jw)H(jw)|,如圖中L所示，其傳遞函數(shù)為 'H(牛斗1)込"1)其中,=1/0.009=m=1/1.1=0.9T=1/0.009=m=1/1.1=0.9T2=1/2.7S=0.36弘：W)

%)0.487scm繪制原系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性L00圖鑒21?制系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性結(jié)論此次對(duì)冰箱系統(tǒng)的溫度控制設(shè)計(jì)，通過對(duì)原系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與時(shí)域分析，對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行串級(jí)控制，使系統(tǒng)的工作特性滿足工藝生產(chǎn)要求。的設(shè)計(jì)經(jīng)過查閱多方面的質(zhì)料把設(shè)計(jì)的原理和方法都比以前有所進(jìn)步，此次設(shè)計(jì)對(duì)我過程控制的學(xué)習(xí)又深入了一步。設(shè)計(jì)體會(huì)經(jīng)過一個(gè)多星期的課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多知識(shí)，首先感謝老師和同學(xué)們對(duì)我的幫助，感謝我寢室的同學(xué)一直默默的支持我。在這段課程設(shè)計(jì)期間，我在查閱大量課外質(zhì)料的同時(shí)學(xué)到了一些科技前沿的一些知識(shí)，同時(shí)也讓我把此次課程設(shè)計(jì)圓滿