1、自动化专业综合设计任务书大 时 滞 过 程 控 制 研 究东南大学自动控制系2006 年 3 月1 综合设计任务1.1 设计背景在现代工业生产过程中，有不少的过程特性具有较大的纯时延时间，其特点是当控制作用产生后，在时延时间 范围内，被控参数完全没有响应。在纯时延过程中，由于过程控制通道中存在的时延，使得被控量不能及时的反映系统受到的扰动，从而产生较明显的超调量和较长的调节时间，给控制带来困难。大时延系统难以控制的主要原因有：（1）控制作用所依据的测量信号提供不及时，在输出（即被控量）发生变化一段时间后，控制器才发出校正作用；（2）干扰作用不能及时发现；由控制理论可知，纯时延的增加会引起开环相
2、频特性相角滞后的增大，其开环频率特性包围（-1，j0）点的可能性也增大，从而使闭环系统的稳定裕度下降。为解决纯滞后时间对系统控制性能带来的不利影响，本次设计决定对过程控制实验室的锅炉温度大滞后对象进行控制研究。1.2 设计平台本课题实验平台包括：1. QXLPC3 过程控制实验装置2. PC 机及 AB 相应软件或组态王软件3. MicroLogix1500 PLC详见过程控制平台介绍和使用说明及相关参考资料。1.3 设计任务本设计基于 QXLPC3 过程控制实验平台的温度大滞后对象，采用PLC 及相关软件研究解决纯滞后时间对系统控制性能带来的不利影响，改善此类系统的控制品质，以期得到理想的温
3、度控制方案。任务要求：1) 稳定锅炉温度大滞后对象出口温度；2) 仿真及试验研究时滞过程控制算法。2 综合设计要求与指标通过本课题的研究，了解大时延在工业生产中的产生原因及其弊端，掌握大时延系统的常见控制方法及原理，会用飞升曲线法对系统进行建模，掌握大时延系统的控制方法，如 smith 预估控制算法，串级控制法等。2.1 系统功能要求与指标采用 PLC，并基于相关软件研究锅炉温度纯滞后过程的控制方案，改善此类系统的控制品质，以期得到较为理想的温度控制指标。指标要求：要求控制大时滞过程出口温度 352oC。2.2 硬软件设计、制作与调试要求1. 硬件设计：1) 控制系统原理图2) 控制系统电气接
4、线图3) 工艺流程管路接线图2. 软件设计：1) PLC 应用软件编程2) 基于相关组态软件的上位机界面、趋势曲线等程序设计3. 制作：根据控制系统电气接线图和工艺流程管路接线图，完成电气主回路、控制回路、管路图的连接。注意电压极性、信号类型、管路流体方向等。4. 调试要求：1) 先行对控制对象建模，辨识对象特性参数，给出计算依据2) 采用相关控制方案及算法对过程进行仿真（MATLAB ） ，给出曲线等仿真结果3) 调试时，参数修改通过上位机界面输入并下传，要求界面灵活友好4) 比较不同控制方案或算法在解决大时滞过程中的控制效果2.3 硬软件性能指标1. 硬件指标：正确设计电气接线及相关管路连
5、接图，并能根据图纸完成电气主回路、控制回路、管路图的连接。2. 软件指标：开发 PLC 应用软件， MATLAB 仿真程序，上位机界面、趋势曲线程序。要求软件程序结构合理，代码效率高，功能完善。上位机人机接口程序要求灵活高效，控制系统参数整定调节方便。3 原始资料与参考文献原始资料：过程控制实验对象（含大时滞过程） ，1 台PLC 及上位机控制系统，1 台套相关使用手册：1 Rockwell.Micro1500 Users Guide.Rockwell Automation Publication.20002 Rockwell.RSView32 Users Guide.Rockwell Aut
6、omation Publication.20003 上海齐鑫科教实业公司. QXLPC-3 实验装置实验指导手册, 2000参考文献：1 邵裕森，戴先中.过程控制工程M. 第 2 版.北京:机械工业出版社，20002 金以慧，方崇智. 过程控制M. 北京:清华大学出版社, 19933 田玉平，蒋岷，李世华.自动控制原理M.第 1 版.北京:电子工业出版社,20024 钱晓龙，李鸿儒.智能电器与 Micrologix 控制器M.第 1 版.北京:机械工业出版社，20035 钱晓龙.MicroLogix 控制器应用实例M.第 1 版.北京:机械工业出版社,20036 王勤.计算机控制技术M.第 1 版.南京：东南大学出版社,20037 刘金锟.先进 PID 控制及其 MATLAB 仿真M.北京:电子工业出版社，20038 易继锴.现代控制系统设计M.北京：北京工业大学出版社，19929 王树青等.先进控制技术及应用M.北京：化学工业出版社，200110 陶永华.新型 PID 控制及其应用M.北京：机械工业出版社，2002
