廢液中和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　廢液中和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本廢液中和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了分程控制的方法，該系統(tǒng)由控制器，執(zhí)行器，變送器、傳感器和調(diào)節(jié)器組成。系統(tǒng)的基本工作過程為，分程控制通過一個控制器同時控制兩個執(zhí)行器A(酸)和B(堿)，剛開始時先用pH計(jì)來測量費(fèi)也氫離子濃度，看pH值是否滿足7，氫離子濃度過大，也就是

2、pH值小于7，廢液呈酸性，此時打開B執(zhí)行器，加入適量堿液使廢液中和，此時加酸的閥門關(guān)閉。氫離子濃度過小，也就是pH值大于7，廢液呈堿性時，此時打開A執(zhí)行器，加入適量酸使廢液呈中性，此時加堿的閥門關(guān)閉，直到pH值等于7或接近于7時停止。溫度測量范圍在0-80℃，pH測量范圍在0-10。最后pH值控制在7±0.5。控制算法選擇PI控制算法，對于非線性以及純滯后系統(tǒng)來說PI控制器是一種最方便也最常用的控制方法。</p>

3、<p>　　關(guān)鍵詞：廢水處理，pH中和，分程控制，PI控制目 錄</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題研究背景及意義1</p><p>　　1.2 pH中和控制的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　2 課程設(shè)計(jì)方案2</p><p&

4、gt;<b>　　2.1 概述2</b></p><p>　　2.2 分程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3</p><p>　　3 系統(tǒng)各部分硬件的選型4</p><p>　　3.1 控制器的選型4</p><p>　　3.2 執(zhí)行器的選型5</p><p>　　3.3 變送器的選型7<

5、;/p><p>　　3.4 傳感器的選型8</p><p>　　4 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定9</p><p>　　5 廢液中和分程控制系統(tǒng)的改善12</p><p><b>　　總 結(jié)14</b></p><p><b>　　致 謝15</b></p&

6、gt;<p><b>　　參考文獻(xiàn)16</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究背景及意義</p><p>　　水是人類生命中必不可少的物質(zhì)，是組成生命最重要的化合物，并且在生產(chǎn)生活中水也是必不可少的[1]。pH值，亦稱氫離子濃度指數(shù)、酸堿值，是溶液中氫

7、離子活度的一種標(biāo)度，也就是通常意義上溶液酸堿程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。通常情況下（25℃、298K左右），當(dāng)pH<7的時候，溶液呈酸性，當(dāng)pH>7的時候，溶液呈堿性，當(dāng)pH=7的時候，溶液為中性，而我們所說的水一般指pH=7時的水[2]。</p><p>　　工業(yè)廢水指工藝生產(chǎn)過程中排出的廢水和廢液，其中含有隨水流失的工業(yè)生產(chǎn)用料、中間產(chǎn)物、副產(chǎn)品以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物，是造成環(huán)境污染，特別是水污染的重要原

8、因[3]?，F(xiàn)在的工業(yè)廢水的酸堿離子濃度總是達(dá)不到平衡，所以pH值總是略高或略低，也總是會呈堿性或者是酸性，不能實(shí)現(xiàn)pH值=7。</p><p>　　工業(yè)廢水做好處理，意義很重要。有毒廢水的排放不僅會帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染并威脅著人們的身體健康。水質(zhì)污染進(jìn)入人體，會引起中毒。工業(yè)廢水直接流入，會導(dǎo)致水生動植物的死亡，污染地下水。如果滲入土壤，會影響植物的生長。廢水的處理方法有很多，可以用物理、化學(xué)和生物的方法對廢水進(jìn)行

9、處理，使廢水凈化，減少污染，以至達(dá)到廢水回收、復(fù)用，充分利用水資源，并且保證環(huán)境不受到破壞[4]。</p><p>　　隨著的發(fā)展，城市水資源短缺的壓力越來越大，追究城市水危機(jī)的根本原因，人們越來越認(rèn)識到，是水的社會循環(huán)超出了水的自然循環(huán)可承載的范圍。因此，只有充分尊重水的自然運(yùn)動規(guī)律，合理地使用水資源，使上游地區(qū)的用水循環(huán)不影響下游水域的水體功能、社會循環(huán)不損害自然循環(huán)的客觀規(guī)律，從而維系或恢復(fù)城市乃至流域的良

10、好水環(huán)境，才是水資源可持續(xù)利用的有效途徑。這就要求我們從“取水－輸水－用戶－排放”的單向開放型的用水模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤肮?jié)制地取水－輸水－用戶－再生水”的反饋式循環(huán)流程，提高水的利用效率。實(shí)現(xiàn)這一重大用水模式的轉(zhuǎn)變，加強(qiáng)污水再生利用是關(guān)鍵。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，城市污水已不再是廢水，而是一種寶貴的資源。既然是一種資源，就要最大程度的利用。提高城市污水的再生利用率，一是可以減少污染物排放，二是節(jié)約了有限的水資源。</p><p&

11、gt;　　1.2 pH中和控制的研究現(xiàn)狀 </p><p>　　酸堿中和反應(yīng)是反應(yīng)過程中常見的一類反應(yīng)。但由于酸堿中和反應(yīng)中pH值呈現(xiàn)嚴(yán)重的非線性，加之反應(yīng)大多發(fā)生在容器和循環(huán)管路中，使得系統(tǒng)存在較大時滯，給pH值控制不僅帶來極大困難，而且浪費(fèi)大量的中和劑。pH值滴定曲線是非線性曲線，在中和反應(yīng)過程中，不同的工作點(diǎn)增益相差很大，并且在實(shí)際反應(yīng)過程中還存在著混合、測量等純滯后因素，增加了控制過程的難度。為此pH

12、值被公認(rèn)為最難的控制變量之一。并且pH值過程滴定曲線的非線性主要表現(xiàn)在中和終點(diǎn)附近，此處滴定曲線的增益很大，此時添加的中和劑略有變化，就能引起pH值較大幅度的變化；而當(dāng)pH值遠(yuǎn)離中和終點(diǎn)時滴定曲線的增益小，只有加入大量的中和劑，才能造成pH值的少量變化[5]。</p><p>　　因此pH值的控制，被認(rèn)為是一個典型的非線性嚴(yán)重的控制系統(tǒng)。由于這些特點(diǎn)，pH值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一直是過程控制界的難點(diǎn)和研究熱點(diǎn)。弄清pH

13、中和控制過程的原理,并在計(jì)算機(jī)上模擬其控制過程及參數(shù)擾動的影響,對控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)作用[6]。</p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，很好地提高了儀器的性能和自動化程度。但是pH值的控制由于其高度非線性而依然存在很多困難。目前，pH中和過程的控制方法主要包括早期的傳統(tǒng)PID控制方法和后期的現(xiàn)代控制方法與智能控制方法。由于傳統(tǒng)控制主要是基于模型的控制，而被控對象越來越復(fù)雜，很多不確定性難以用精確

14、的數(shù)學(xué)方法加以描述。</p><p><b>　　2 課程設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　2.1 概述</b></p><p>　　用pH計(jì)時來測量費(fèi)也氫離子濃度的一種儀器。氫離子濃度越大，pH值越小，但pH計(jì)輸出的電流就越大。當(dāng)液體為酸性時，加入適量堿液使廢液中和，此時加酸的閥門關(guān)閉。當(dāng)廢液呈堿性時，此

15、時加入適量酸使廢液呈中性，此時加堿的閥門關(guān)閉?，F(xiàn)假設(shè)廢液為酸性的，則用兩個電動調(diào)節(jié)閥，一個粗調(diào)，一個細(xì)調(diào)從而控制加入堿的量。故此系統(tǒng)采用的是同向分程控制。</p><p><b>　　本設(shè)計(jì)的要求如下：</b></p><p>　　溫度測量范圍：0-80℃；pH測量范圍：0-10；</p><p>　　控制點(diǎn)：pH值7±0.5；<

16、;/p><p>　　最大偏差：pH值為2；</p><p>　　2.2 分程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1 分程控制概述 </p><p>　　一般來說，一臺調(diào)節(jié)器的輸出僅操縱一只調(diào)節(jié)閥，若一只調(diào)節(jié)器去控制兩個以上的閥并且是按輸出信號的不同區(qū)間去操作不同的閥門，這種控制方式習(xí)慣上稱為分程控制。分程控制系統(tǒng)中，根據(jù)執(zhí)行器的氣開、

17、氣關(guān)類型和分程工作范圍的不同，分程控制系統(tǒng)可分為四種不同的結(jié)構(gòu)類型。分為：氣開氣開、氣關(guān)氣關(guān)同向分程；氣開氣關(guān)、氣關(guān)氣開異向分程。現(xiàn)選擇氣開氣開同向分程系統(tǒng)。一般調(diào)節(jié)閥分程動作采用同向規(guī)律的是為了滿足工藝上擴(kuò)大可調(diào)比的要求；反向規(guī)律的選擇是為了滿足工藝的特殊要求。</p><p>　　2.2.2 分程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) </p><p>　?。?）不同工況需要不同控制手段：就廢液中和處理來說

18、，剛開始時先將小閥全開，看pH值是否滿足7，當(dāng)pH值不等于7時，即pH值小于7時，開動大閥繼續(xù)調(diào)節(jié)，直到pH值等于7或接近于7時停止。同一個流量控制器需要控制粗調(diào)閥和細(xì)調(diào)閥兩個控制閥，因此需要分程控制。</p><p>　?。?）擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍：為了使控制系統(tǒng)在小流量和大流量時都能夠精確控制，應(yīng)擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍R，R=，也稱為可調(diào)比。</p><p>　?。?）分程控制系統(tǒng)中控制

19、閥的泄漏量：當(dāng)壓力為0.1MPa時定義流量為最大流量；當(dāng)壓力為0.02MPa時定義流量為最小流量；當(dāng)壓力為0MPa時定義流量為泄漏量；</p><p>　　分程控制系統(tǒng)工作范圍：一般控制閥工作范圍為0.02~0.1MPa，而分程控制系統(tǒng)的兩個控制閥分別為：0.02~0.06MPa對應(yīng)V2閥和0.06~0.1MPa對應(yīng)V1閥，為此，可采用閥門定位器或選擇不同的控制閥彈簧使控制閥分別工作在不同工作范圍。</p&

20、gt;<p>　　2.2.3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì) </p><p>　　分程系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。</p><p>　　圖1 分程系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　2.2.4 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　廢液中和過程控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。</p><p>　　圖

21、2 廢液中和過程控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖</p><p>　　3 系統(tǒng)各部分硬件的選型</p><p>　　3.1 控制器的選型</p><p>　　3.1.1 控制器的PI控制算法</p><p>　　在過程控制中，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進(jìn)行控制的PID控制器（亦稱PID調(diào)節(jié)器）是應(yīng)用最為廣泛的一種自動控制器。而

22、PI控制算法它具有原理簡單，易于實(shí)現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨(dú)立，參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點(diǎn)；而且在理論上可以證明，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，PI控制是一種最簡單方便的控制算法。</p><p>　　3.1.2 控制器的選型</p><p>　　在廢液中和過程控制系統(tǒng)中pH值為被控參數(shù)，以加堿的多少為控制變量的分程控制系統(tǒng)，根據(jù)：KmK

23、VKPKC>0，執(zhí)行器都為氣開閥，所以控制器應(yīng)該為正作用，從而使主控制回路、副控制回路構(gòu)成一個負(fù)反饋系統(tǒng)。</p><p>　　我選擇的控制器是上海萬迅儀表有限公司生產(chǎn)的AI系列全通用人工智能調(diào)節(jié)儀表，其中SA-12智能調(diào)節(jié)儀控制掛件為AI-818型，SA-13智能位式調(diào)節(jié)儀為AI-708型。AI-818型儀表為PID控制型，輸出為4~20mADC信號；而AI-708型儀表為位式控制型，輸出為繼電器觸點(diǎn)開關(guān)

24、量信號。AI系列儀表通過RS485串口通信協(xié)議與上位計(jì)算機(jī)通訊，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控[7]。</p><p>　　AI系列全通用人工智能調(diào)節(jié)儀表如下圖3所示。</p><p>　　圖3 AI系列全通用人工智能調(diào)節(jié)儀表圖</p><p>　　3.2 執(zhí)行器的選型</p><p>　　3.2.1 執(zhí)行器簡介</p><

25、;p>　　執(zhí)行器是在工業(yè)生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)中，以調(diào)節(jié)儀表或其他控制裝置的信號為輸入信號，按一定調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)被控對象輸入量的裝置。最常見的執(zhí)行器是控制閥，也稱調(diào)節(jié)閥?？刂崎y由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分解為兩部分：將控制器輸出信號轉(zhuǎn)換為控制閥的推力或力矩的部件稱為力或力矩轉(zhuǎn)換部件，將推力或力矩轉(zhuǎn)換為直線或角位移的部件稱為轉(zhuǎn)換部件。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將位移信號轉(zhuǎn)換為流通面積的變化，改變操縱變量的數(shù)值。</p>&l

26、t;p>　　3.2.2 執(zhí)行器的選型</p><p>　　根據(jù)所使用的能源，執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為氣動、電動和液動三類。氣動類型執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有本質(zhì)安全性，價格低結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用最廣泛；電動類型執(zhí)行機(jī)構(gòu)可直接與電動儀表或計(jì)算機(jī)連接，不需要電動轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，但價格稍貴結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需考慮防爆問題；液動類型執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力大，但體積較大，管路復(fù)雜。由于是對廢液中和控制，所以選擇電動調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行器，由于考慮到安全、經(jīng)濟(jì)、控制效果好等一

27、些問題所以兩個執(zhí)行器都選擇氣開閥。</p><p>　　綜上我選擇羅托克儀表控制科技有限公司旗下的IQM系列智能型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。IQM系列電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用圖形點(diǎn)陣式液晶顯示器，以中文、數(shù)字、圖形等形式顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩、閥門開度、限位設(shè)定等工作狀態(tài)和報警。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有自動保護(hù)功能和自診斷功能，由于具有隔爆功能，即使在危險區(qū)域也無需打開正在工作中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)電氣箱蓋就可以進(jìn)行調(diào)節(jié)、參數(shù)檢查、故障診斷。采用現(xiàn)場總線通

28、訊卡，可以構(gòu)成全分布式計(jì)算機(jī)協(xié)同工作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程通訊和遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)[8]。</p><p>　　IQM系列電動執(zhí)行機(jī)的技術(shù)指標(biāo)：</p><p>　　輸入信號：4mA ~20mA；1VDC~5VDC；</p><p>　　供電電源：380VAC/50Hz以及220VAC/50Hz</p><p><b>　　基本誤

29、差限：≤1%</b></p><p>　　死區(qū)：0.1%~9.9%可調(diào)</p><p>　　環(huán)境溫度：-30℃~+90℃</p><p>　　IQM系列電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖片如圖4所示。</p><p>　　圖4 IQM系列電動執(zhí)行機(jī)圖</p><p>　　3.3 變送器的選型</p><

30、p>　　3.3.1 變送器介紹</p><p>　　變送器是把傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀豢刂破髯R別的信號（或?qū)鞲衅鬏斎氲姆请娏哭D(zhuǎn)換成電信號同時放大以便供遠(yuǎn)方測量和控制的信號源）的轉(zhuǎn)換器。在模擬儀表中，標(biāo)準(zhǔn)信號通常采用4~20mA，1~5V，0~10mA電流或電壓信號，20~100kPa氣壓信號。傳感器和變送器一同構(gòu)成自動控制的監(jiān)測信號源。不同的物理量需要不同的傳感器和相應(yīng)的變送器。變送器的種類很多，用在

31、工控儀表上面的變送器主要有溫度變送器、壓力變送器、流量變送器、電流變送器、電壓變送器等等。變送器在儀器、儀表和工業(yè)自動化領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用。與傳感器不同的是，變送器除了能將非電量轉(zhuǎn)換成可測量的電量外，一般還具有一定的放大作用。</p><p>　　3.3.2 變送器的選型</p><p>　　本次課設(shè)是廢液中和過程控制目的是為了控制廢液排放的pH值，但實(shí)際上我們是通過控制加入堿的流

32、量的多少，從而實(shí)現(xiàn)控制廢液pH值為7的，所以此次課設(shè)我們需選用流量變送器。現(xiàn)選擇的是西森公司旗下的FLDC系列污水流量變送器。對于其它廠家的變送器來說它有很大優(yōu)勢：</p><p>　　雜物、纖維不影響測量</p><p><b>　　抗菌防粘型電極</b></p><p><b>　　正反計(jì)量累計(jì)流量</b></p

33、><p><b>　　智能自我診斷功能</b></p><p>　　除此之外FLDC系列污水流量變送器還有很多特點(diǎn)：</p><p>　　測量不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響</p><p>　　轉(zhuǎn)換器采用新穎勵磁方式，功耗低、零點(diǎn)穩(wěn)定、精確度高。流量范圍大</p><p>　　轉(zhuǎn)換器

34、可與傳感器組成一體型或分離型</p><p>　　轉(zhuǎn)換器采用表面安裝技術(shù)，具有自檢和自診斷功能</p><p>　　FLDC系列污水流量變送器如下圖5所示。</p><p>　　圖5 FLDC系列污水流量變送器圖</p><p>　　3.4 傳感器的選型</p><p>　　3.4.1 傳感器介紹</p&g

35、t;<p>　　傳感器是一種檢測裝置，由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，它能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器廣泛應(yīng)用于社會發(fā)展及人類生活的各個領(lǐng)域，如工業(yè)自動化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、航天技術(shù)、軍事工程、機(jī)器人技術(shù)、資源開發(fā)、海洋探測、環(huán)境監(jiān)測、安全保衛(wèi)、醫(yī)療診斷、交通運(yùn)輸、家用電器

36、等。幾乎每一個現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開各種各樣的傳感器[9]。</p><p>　　3.4.2 傳感器的選型</p><p>　　傳感器選擇的是上海精密公司旗下的PHS-3CT 精密酸度計(jì)，儀器廣泛適用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科研、環(huán)保和教學(xué)等許多學(xué)科和領(lǐng)域。用于精密測量各種溶液的酸度(pH值)，當(dāng)配上相應(yīng)的離子選擇電極時，能測量多種相對應(yīng)的離子濃度(選擇電極之電極電位mA值)，可以用作電位滴定測量顯

37、示儀，儀器具有溫度測量功能。儀器溫度補(bǔ)償：有自動補(bǔ)償和手動補(bǔ)償。</p><p><b>　　它的技術(shù)參數(shù)如下：</b></p><p>　　pH值范圍：0～14.00</p><p>　　電流范圍：0～40mA</p><p>　　溫度范圍：0～100℃</p><p>　　準(zhǔn)確度：溫度誤差0~

38、0.5℃；pH值誤差0~0.01</p><p>　　供電電源：AC 220V±10%；50/60Hz</p><p>　　PHS-3CT 精密酸度計(jì)圖如圖6所示。</p><p>　　圖6 PHS-3CT精密酸度計(jì)</p><p>　　4 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定</p><p>　　調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定是過程控制

39、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容之一。它的任務(wù)是：根據(jù)被控過程的特性確定PID調(diào)節(jié)器的比例度δ，積分時間常數(shù)以及微分時間常數(shù) 的大小。</p><p>　　在簡單的過程控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器參數(shù)整定通常以系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的衰減率（對應(yīng)衰減比為4：1~10：1）為主要指標(biāo)，以保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕量（對于大多數(shù)過程控制系統(tǒng)來說，系統(tǒng)過渡過程的瞬態(tài)響應(yīng)曲線達(dá)到4：1的衰減比狀態(tài)時，則為最佳的過程曲線）。衰減比如圖7所示。此外，在滿足主要

40、指標(biāo)的條件下，還應(yīng)盡量滿足系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差、最大巧若拙動態(tài)偏差（超調(diào)）和過渡過程時間等其它指標(biāo)。由于不同的過程控制系統(tǒng)對控制品質(zhì)的要求有不同的側(cè)重點(diǎn)，也有用系統(tǒng)響應(yīng)的平方誤差積分、絕對誤差積分、時間乘以絕對誤差的積分分別取極小作為指標(biāo)來整定調(diào)節(jié)器參數(shù)的。</p><p>　　圖7 衰減比響應(yīng)曲線</p><p>　　調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法很多，工程實(shí)際中常采用工程整定方法，它主要依靠工程經(jīng)驗(yàn)，

41、直接在過程控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，相當(dāng)實(shí)用，從而在工程實(shí)際中被廣泛采用。</p><p>　　調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例度、反應(yīng)曲線法和衰減曲線法。這里使用臨界比例度法進(jìn)行整定。仿真模塊圖如圖8所示。</p><p><b>　　圖8 仿真模塊</b></p><p>　　這是一種閉環(huán)整定方法。由于該方法直接

42、在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行，不需要測試過程的動態(tài)特性，因而方法簡單，使用方便，獲得了廣泛的應(yīng)用。具體步驟如下：</p><p>　　1.先將調(diào)節(jié)器的積分時間置于最大（=∞），微分時間置零（=0），比例帶δ置為較大的數(shù)值，使系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行。</p><p>　　2.待系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，對設(shè)定值施加一個階躍擾動，并減小δ，直到系統(tǒng)出現(xiàn)如圖8所示的等幅振蕩，即臨界振蕩過程。記錄下此時的（臨界比例帶）和等幅

43、振蕩周期，如圖9所示。</p><p><b>　　圖9 等幅振蕩</b></p><p>　　3.根據(jù)所記錄的和，按表1 給出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的δ、、參數(shù)。</p><p>　　需要指出的是，采用這種方法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)時會受到一定的限制，如有些不能應(yīng)用此法。再如某些時間常數(shù)較大的單容過程，采用比例調(diào)節(jié)時根本不可能出現(xiàn)等幅振蕩，也就不能

44、應(yīng)用此法。</p><p>　　表1 調(diào)節(jié)器各參數(shù)</p><p>　　另外，隨著過程特性不同，按此法整定的調(diào)節(jié)器參數(shù)不一定都能獲得滿意結(jié)果。實(shí)踐證明，對于無自衡特性的過程，按此法確定的調(diào)節(jié)器參數(shù)在實(shí)際運(yùn)行中往往會使系統(tǒng)響應(yīng)的衰減率偏大（>0.75）。而對于有自衡特性的高階等容過程，按此法確定的調(diào)節(jié)器參數(shù)在實(shí)際運(yùn)行中大多會使系統(tǒng)衰減偏?。?lt;0.75）。因此，用此確定調(diào)節(jié)器參數(shù)

45、還需要在實(shí)際中作一些在線修改。</p><p>　　5 廢液中和分程控制系統(tǒng)的改善</p><p>　　上面的廢液中和分程控制是一個單回路反饋的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的反饋通道滯后時間較長，反饋不及時，不能及時控制廢液中的PH值，為此，需要對以上的單回路反饋系統(tǒng)進(jìn)行改善。廢液流入液體槽的PH值是一定的，由此可聯(lián)想到采用前饋-反饋復(fù)合控制。如圖10所示廢液中和控制采用前饋-反饋復(fù)合控制的流程圖。&

46、lt;/p><p>　　圖10 廢液中和控制采用前饋-反饋復(fù)合控制的流程圖</p><p>　　在前面的所設(shè)計(jì)的廢液中和控制系統(tǒng)中，由于廢液輸入的流量是一定的，系統(tǒng)控制中所引入的干擾F(s)就是流入廢液的pH值，為了使調(diào)節(jié)器能及時調(diào)節(jié)因干擾引起的擾動，采用前饋的方式，將干擾信號直接變送給調(diào)節(jié)器，起到實(shí)時控制的目的。當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)前饋控制必須滿足一定的條件：⑴干擾信號是可測、便于變送；⑵過程控制

47、通道的時間常數(shù)大于干擾通道的時間常數(shù)、反饋控制不及時而影響控制質(zhì)量。</p><p>　　以上系統(tǒng)可簡化成，如圖11前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)框圖。</p><p>　　圖11 前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　在給定輸入X(s)與干擾輸入F(s)對系統(tǒng)輸出Y(s)的共同影響為式子 </p><p><b>　?。?-1

48、）</b></p><p>　　如果要實(shí)現(xiàn)對干擾F(s)的完全補(bǔ)償，則上式的第二項(xiàng)應(yīng)為零，即</p><p>　　或 （3-2）</p><p>　　可見，前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)對于干擾F(s)實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償?shù)臈l件與開環(huán)前饋控制的相同。所不同的是干擾對輸出的影響卻只有開環(huán)前饋控制的。這充分說明，經(jīng)過前饋補(bǔ)償后干擾對輸出的

49、影響已經(jīng)大大減弱，再經(jīng)過反饋控制則又進(jìn)一不縮小了倍，這就充分體現(xiàn)了前饋-反饋復(fù)合控制的優(yōu)越性。</p><p>　　此外，由式（3-1）可得復(fù)合控制系統(tǒng)的特征方程式為</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　由式（3-3）可知，符合控制系統(tǒng)的特征方程式只與Gc(s)、Go(s)有關(guān)，而與GB(s)無關(guān)。這就表明加不加

50、前饋補(bǔ)償器與系統(tǒng)的穩(wěn)定性無關(guān)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性完全由反饋控制回路決定?？?結(jié)</p><p>　　從工業(yè)廢液的處理的角度來看，遠(yuǎn)不止這么簡單。本設(shè)計(jì)僅僅是從理論的角度出發(fā)，從課本上所學(xué)的控制方案下手，簡化了具體的設(shè)計(jì)。在本次設(shè)計(jì)中，為了分別控制酸液和堿液的流入，采用了分程控制的方法，在分程控制過程中用閥門定位器使調(diào)節(jié)器能控制多個閥門。通過對測量元件、變送器、調(diào)節(jié)閥和調(diào)節(jié)器的選擇，來設(shè)計(jì)中和過程的分程控制系統(tǒng)。由

51、于該中和分程控制系統(tǒng)只相當(dāng)于一個單回路反饋的控制系統(tǒng)，并且系統(tǒng)控制通道的時間常數(shù)較大及容量滯后也較大，系統(tǒng)的反饋不能及時將反饋信號送給調(diào)節(jié)器，導(dǎo)致調(diào)節(jié)不及時，影響控制質(zhì)量。為此，本次設(shè)計(jì)采用前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)，利用前饋反應(yīng)的優(yōu)越性來彌補(bǔ)以上不足。而且前饋控制的引入，并沒有影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，反而增大了系統(tǒng)的抗干擾能力。致 謝</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)的收獲很大，使我有機(jī)會把在課堂上學(xué)到的理論知識運(yùn)

52、用到實(shí)際生活中，通過對知識的綜合利用分析，加入個人的分析和比較，加深了我對理論知識的理解和運(yùn)用。最后非常感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)以及老師能夠給予我們這樣鍛煉自己的學(xué)習(xí)機(jī)會。參考文獻(xiàn)</p><p>　　[1] 徐湘元.過程控制技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2015.1． </p><p>　　[2] 郭陽寬，王正林.過程控制工程及仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011

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