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目錄 目錄 1 1、題目 2 2、換熱器概述 2 2.1換熱器的用途 2 2.2換熱器的工作原理及工藝流程圖 2 3、控制系統(tǒng) 3 3.1控制系統(tǒng)的選擇 3 3.2工藝流程圖和系統(tǒng)方框圖 3 4、被控對(duì)象特性研究 4 4.1 被控變量的選擇 4 4.2 操縱變量的選擇 4 4.3 被控對(duì)象特性 5 4.4 調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇 6 5、過(guò)程檢測(cè)控制儀表的選用 7 5.1 測(cè)溫元件及變送器 7 5.2 執(zhí)行器 9 5.3 調(diào)節(jié)器 10 5.4、儀表型號(hào)清單列表 11 6、系統(tǒng)方塊圖 11 7、調(diào)節(jié)控制參數(shù)，進(jìn)行參數(shù)整定及系統(tǒng)仿真，分析系統(tǒng)性能 12 7.1調(diào)節(jié)控制參數(shù) 12 7.2 PID參數(shù)整定及系統(tǒng)仿真 13 7.3 系統(tǒng)性能分析 15 8、參考文獻(xiàn) 16 1、 題目 熱交換器出口溫度的控制。 2、 換熱器概述 2.1 換熱器的用途 換熱器又叫做熱交換器（heat exchanger），是化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)部門(mén)的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。進(jìn)行換熱的目的主要有下列四種： ?.使工藝介質(zhì)達(dá)到規(guī)定的溫度，以使化學(xué)反應(yīng)或其他工藝過(guò)程很好的進(jìn)行；?.生產(chǎn)過(guò)程中加入吸收的熱量或除去放出的熱量，使工藝過(guò)程能在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行；?.某些工藝過(guò)程需要改變無(wú)聊的相態(tài)；④.回收熱量。 由于換熱目的的不同，其被控變量也不完全一樣。在大多數(shù)情況下，被控變量是溫度，為了使被加熱的工藝介質(zhì)達(dá)到規(guī)定的溫度，常常取出溫度問(wèn)被控溫度、調(diào)節(jié)加熱蒸汽量使工藝介質(zhì)出口溫度恒定。對(duì)于不同的工藝要求，被控變量也可以是流量、壓力、液位等。 2.2 換熱器的工作原理及工藝流程圖 換熱器的溫度控制系統(tǒng)換熱器工作原理工藝流程如下：冷流體和熱流體分別通過(guò)換熱器的管程和殼程，通過(guò)熱傳導(dǎo)，從而使熱流體的出口溫度降低。熱流體加熱爐加熱到某溫度，通過(guò)循環(huán)泵流經(jīng)換熱器的管程，出口溫度穩(wěn)定在設(shè)定值附近。冷流體通過(guò)多級(jí)離心泵流經(jīng)換熱器的殼程。在換熱器的冷熱流體進(jìn)口處均設(shè)置一個(gè)調(diào)節(jié)閥，可以調(diào)節(jié)冷熱流體的大小。 圖2 換熱器溫度控制系統(tǒng)工藝流程圖 從傳熱過(guò)程的基本方程式可知，為了保證出口的溫度平穩(wěn)，滿(mǎn)足工藝生產(chǎn)的要求，必須對(duì)傳熱量進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)傳熱量有以下幾條途徑： ?、調(diào)節(jié)載熱體的流量。調(diào)節(jié)載熱體流量大小，其實(shí)只是改變傳熱速率方程中的傳熱系數(shù)K和平均溫差△Tm，對(duì)于載熱體在加熱過(guò)程中不發(fā)生相變的情況，主要是改變傳熱速率方程的熱系數(shù)K；而對(duì)于載熱體在傳熱過(guò)程中發(fā)生相變的情況，主要是改變傳熱方程中的△Tm。 ?、調(diào)節(jié)傳熱平均溫差△Tm。這種控制方案滯后較小反應(yīng)迅速，應(yīng)用比較廣泛。 ?、調(diào)節(jié)傳熱面積F。這種方案滯后較大，只有在某些必要的場(chǎng)合才采用。 ④、將工藝介質(zhì)分路。該方案是一部分工藝介質(zhì)經(jīng)換熱,另一部分走旁路。 在設(shè)計(jì)傳熱設(shè)備自動(dòng)化控制方案時(shí)，要視具體傳熱設(shè)備的特點(diǎn)和工藝條件而定。而在某些場(chǎng)合，當(dāng)被加熱工藝介質(zhì)的出口溫度較低，采用低壓蒸汽作載熱體，傳熱面積裕量又較大時(shí)，為了保證溫度控制平穩(wěn)及冷凝液排除暢通，往往以冷凝器流量作為操縱變量，調(diào)節(jié)傳熱面積，以保持出口溫度恒定。 3、 控制系統(tǒng) 3.1控制系統(tǒng)的選擇 由于本次設(shè)計(jì)的任務(wù)控制換熱器被加熱物料出口溫度，工藝過(guò)程主要就是冷熱流體熱交換，且外來(lái)干擾因素主要是載熱體的流量變化，故選擇單回路控制系統(tǒng)便可以達(dá)到預(yù)定的控制精度。 3.2 工藝流程圖和系統(tǒng)方框圖 單回路控制系統(tǒng)又稱(chēng)為簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，是有一個(gè)被控對(duì)象、一個(gè)檢測(cè)元件及變送器、一個(gè)調(diào)節(jié)器和一個(gè)控制器所構(gòu)成的閉合系統(tǒng)。單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于分析設(shè)計(jì)，投資少、便于施工，并能滿(mǎn)足一般的一般生產(chǎn)過(guò)程的控制要求，因此在生產(chǎn)過(guò)程中得到廣泛的應(yīng)用，其方框圖如下圖所示。 圖1、 單回路控制系統(tǒng)方框圖 其中，被控變量：被加熱物料的出口溫度； 操縱變量：載熱體的流量。 如圖所示：測(cè)量元件及變送器對(duì)冷物料出口溫度進(jìn)行測(cè)量，得到測(cè)量值Ym并傳送給調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器把Ym與內(nèi)部給定值 Ys比較得到偏差信號(hào)e按一定的調(diào)節(jié)運(yùn)算規(guī)律計(jì)算出控制信號(hào)，并將控制信u號(hào)傳送給執(zhí)行器，執(zhí)行器接收到控制信號(hào)u，自動(dòng)的改變閥門(mén)的開(kāi)度，改變蒸汽的流量。 4、被控對(duì)象特性研究 換熱器是傳熱設(shè)備中較為簡(jiǎn)單的一種，也是最常見(jiàn)的一種。通常它兩側(cè)的介質(zhì)(工藝介質(zhì)和載熱體)在換熱過(guò)程中均無(wú)相變。換熱器換熱的目的是保證工藝介質(zhì)加熱(或冷卻)到一定溫度。為保證出口溫度平穩(wěn)，滿(mǎn)足工藝要求，必須對(duì)傳遞的熱量進(jìn)行調(diào)節(jié)。 4.1 被控變量的選擇 影響一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程正常操作的因素很多,但并非對(duì)所有影響因素都要進(jìn)行控制.被控參數(shù)是一個(gè)輸出參數(shù),應(yīng)為獨(dú)立變量,與輸入量之間應(yīng)有單值函數(shù)關(guān)系.對(duì)于換熱器過(guò)程控制系統(tǒng),人們最關(guān)心的是對(duì)換熱器中介質(zhì)即冷流體的溫度和壓力的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié),而在這兩項(xiàng)當(dāng)中,溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)又處于首位.因?yàn)槌隹谒疁刂苯佑绊懏a(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、效率及安全性,即本系統(tǒng)把換熱器出口水溫作為被控參數(shù). 4.2 操縱變量的選擇 在控制系統(tǒng)中，用來(lái)克服干擾對(duì)被控變量的影響，實(shí)現(xiàn)控制作用的變量就是操縱變量。將出口溫度維持在一定值，影響冷物料出口溫度的有很多因素，比說(shuō)冷物料的流量，載熱體的流量，載熱體的溫度等。冷物料是工藝所需要的，不能選用冷物料作為被控變量，而若選載熱體溫度作為操縱變量，改變其溫度還需改變其他工藝過(guò)程如鍋爐的溫度，考慮工藝合理性，我選擇對(duì)熱流體流量進(jìn)行控制，保證出口溫度的穩(wěn)定。 4.3 被控對(duì)象特性 換熱器系統(tǒng)在連續(xù)生產(chǎn)中，其控制原理可通過(guò)熱量平衡方程和傳熱速率方程來(lái)分析，這個(gè)方案的控制流程圖如圖6。 圖6 換熱器的溫度控制系統(tǒng)工藝流程圖 為了處理方便，不考慮傳熱過(guò)程中的熱損失，根據(jù)能量守恒定律，熱流體失去的熱量應(yīng)該等于冷流體吸收的熱量，熱量平衡方程為： 式中，q為傳熱速率（單位時(shí)間內(nèi)傳遞的熱量）；G為質(zhì)量流量；c為比熱容；T為溫度。式中的下標(biāo)處1為載熱體；2為冷流體；i為入口；o為出口。 傳熱過(guò)程中的傳熱速率為： 式中，K為傳熱系數(shù)；F為傳熱面積；為兩流體間的平均溫差。 其中，平均溫差對(duì)于逆流、單程的情況為對(duì)數(shù)平均值： 當(dāng)時(shí)，其誤差在5%以?xún)?nèi)，可采用算術(shù)平均值來(lái)代替，算術(shù)平均值表示為： 由于冷流體間的傳熱既符合熱量平衡方程，又符合傳熱速率方程，因此有下列關(guān)系 整理后得 從上式可以看出，在傳熱面積F、冷流體進(jìn)口流量、溫度和比熱容一定的情況下，影響冷流體出口溫度的因素主要是傳熱系數(shù)K以及平均溫差。 4.3 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇 調(diào)節(jié)器的作用是對(duì)來(lái)自變送器的測(cè)量信號(hào)與給定值比較所產(chǎn)生的偏差e(t)進(jìn)行比例(P)、比例積分(PI)、比例微分(PD)或比例積分微分(PID)運(yùn)算，并輸出信號(hào)到執(zhí)行器。選擇調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是為了使調(diào)節(jié)器的特性與控制過(guò)程的特性能很好配合，使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝對(duì)控制質(zhì)量指標(biāo)的要求。 比例控制規(guī)律(P)是一種最基本的控制規(guī)律，其適用范圍很廣。在一般情況下控制質(zhì)量較高，但最后有余差。對(duì)于過(guò)程控制通道容量較大，純時(shí)延較小，負(fù)荷變化不大，工藝要求又不太高的場(chǎng)合，可選用比例控制作用。 比例控制規(guī)律(P)的微分方程數(shù)學(xué)模型為： 比例積分(PI)控制規(guī)律，結(jié)合了比例控制反應(yīng)快，積分控制能消除余差。但是當(dāng)過(guò)程控制通道的純時(shí)延和容量時(shí)延都較大時(shí)，由于積分作用容易引起較大的超調(diào)，可能出現(xiàn)持續(xù)振蕩，所以要盡可能避免用比例積分控制規(guī)律，不然會(huì)降低控制質(zhì)量。通常對(duì)管道內(nèi)的流量或壓力控制，采用比例積分作用其效果甚好，所以應(yīng)用較多。 比例積分(PI)控制規(guī)律的微分方程數(shù)學(xué)模型為： 比例微分(PD)控制規(guī)律，由于引入微分，具有超前作用，對(duì)于被控過(guò)程具有較大容量時(shí)延的場(chǎng)合，會(huì)大大改善系統(tǒng)的控制質(zhì)量。但是對(duì)于時(shí)延很小，擾動(dòng)頻繁的系統(tǒng)，由于微分作用會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使系統(tǒng)發(fā)生事故，所以應(yīng)盡可能不用微分作用。 比例微分(PD)控制規(guī)律的微分方程數(shù)學(xué)模型為： 比例積分微分(PID)作用是一種理想的控制作用，一般均能適應(yīng)不同的過(guò)程特性。當(dāng)要求控制質(zhì)量較高時(shí)，可選用這種控制作用的調(diào)節(jié)器。 比例積分微分(PID)控制規(guī)律的微分方程數(shù)學(xué)模型為： 其中：：為調(diào)節(jié)器的輸出號(hào) ：放大倍數(shù) ：積分時(shí)間常數(shù) ：微分時(shí)間常數(shù) ：設(shè)定值與測(cè)量值偏差信號(hào) 通過(guò)以上幾種調(diào)節(jié)規(guī)律的分析及本系統(tǒng)是溫度控制為被控參數(shù)，溫度檢測(cè)本身具有滯后性，為了彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)選用比例積分微分(PID)控制規(guī)律。 5、過(guò)程檢測(cè)控制儀表的選用 5.1 測(cè)溫元件及變送器 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐和現(xiàn)場(chǎng)使用條件以及儀表的性能，我們選用普通熱電偶測(cè)溫儀表。熱電偶溫度儀表是基于熱電效應(yīng)原理制成的測(cè)溫儀器，它由熱電偶、電測(cè)儀表和連接導(dǎo)線(xiàn)組成，其核心元件是熱電偶。熱電偶溫度計(jì)有以下特點(diǎn)： ①測(cè)溫精度高、性能穩(wěn)定； ②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，產(chǎn)品互換性好； ③將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，便于信號(hào)遠(yuǎn)傳和實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)切換測(cè)量； ④測(cè)溫范圍廣，可達(dá)-200~2000℃； ⑤形式多樣，適用于多種測(cè)溫條件； 被控溫度在500℃以下，由[1]表3-5選用鉑熱電阻溫度計(jì)，為了提高檢測(cè)精度，應(yīng)采用三線(xiàn)制接法，并配用DDZ-Ⅲ型熱電偶溫度變送器。 DDZ-Ⅲ型熱電偶溫度變送器主要性能指標(biāo)如下： ①測(cè)量范圍 最小量程3mV，最大量程60mV；零點(diǎn)遷移-50~+50mV。 ②基本誤差 ③溫度特性 環(huán)境溫度每變化25℃，附加誤差不超過(guò)千分之五。 ④恒流性能 當(dāng)負(fù)載電阻在0~100Ω范圍變化時(shí)，附加誤差不超過(guò)千分之五。 ⑤防爆指標(biāo) 結(jié)構(gòu)為安全火花型；防爆等級(jí)為HⅢe；防爆額定電壓為220V AC/DC。 其優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)： ①采用了低漂移、高增益的線(xiàn)性集成電路，提高了儀表的可靠性、穩(wěn)定性和各項(xiàng)性能指標(biāo)。 ②在熱電偶溫度變送器中用線(xiàn)性化電路，使變送器輸出信號(hào)與被測(cè)溫度信號(hào)保持了線(xiàn)性關(guān)系。 ③線(xiàn)路中采取了安全火花防爆措施，兼有安全柵的功能。 熱電偶溫度變送器是由熱電偶輸入回路和放大回路兩部分組成。為了得到線(xiàn)性關(guān)系，必須使放大回路具有非線(xiàn)性，熱電偶輸入溫度變送方框圖如圖所示。因而有溫度變送器的傳遞函數(shù) w(s)=w1(s)w2(s) 式中 ——溫度變送器的傳遞函數(shù)； ——熱電偶的傳遞函數(shù)； ——放大回路的傳遞函數(shù)； 由于變送器放大回路的放大系數(shù)K很大，故放大回路的傳遞函數(shù)可以認(rèn)為等于反饋電路的傳遞函數(shù)的倒數(shù)，即 則熱電偶輸入溫度變送器的傳遞函數(shù)為 5.2 執(zhí)行器 根據(jù)生產(chǎn)工藝原則以及被控介質(zhì)特點(diǎn)，選用電動(dòng)執(zhí)行器。電動(dòng)執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（閥體）兩部分組成。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)又可分為角行程（DKJ型）和直行程（DKZ型）兩種，原理和電路原理完全相同，只是輸出機(jī)械傳動(dòng)部分有所區(qū)別。按照特性不同，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為比例式和積分式。根據(jù)工藝條件及流體特性，我選用直行程（DKZ型）比例式電動(dòng)執(zhí)行器，其輸出直線(xiàn)位移與輸入電流信號(hào)成正比。 DKZ系列直行程電動(dòng)執(zhí)行器是由DKZ直行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與直通單座調(diào)節(jié)閥或直通雙座調(diào)節(jié)閥組裝而成的，具有推力大、定位精度高、反應(yīng)速度快、滯后時(shí)間少、能源消耗低、安裝方便、供電簡(jiǎn)便、在電源突然斷電時(shí)能自動(dòng)保持調(diào)節(jié)閥原來(lái)的位置等特點(diǎn)。 DKZ系列直行程電動(dòng)執(zhí)行器主要技術(shù)參數(shù) 輸入信號(hào) 0~10mA.DC、4~20mA.DC 輸入電阻 200Ω（Ⅱ型）、250Ω（Ⅲ型） 輸入通道 3個(gè)隔離通道 基本誤差 2.5% 回差 1.5 死區(qū) 3%（1~3%可調(diào)） 純滯后 1s 電源電壓 220V.AC、50Hz 使用環(huán)境條件 環(huán)境溫度 執(zhí)行機(jī)構(gòu)-10~+55℃ 相對(duì)溫度 執(zhí)行機(jī)構(gòu)95% 型號(hào)規(guī)格表 機(jī)座號(hào) 型號(hào) 出軸推力（N） 出行程（mm） 全程時(shí)間（s） Ⅰ DKZ-310C DKZ-310BC 4000 10 8 16 12.5 25 20 DKZ-410C DKZ-410BC 6400 40 32 60 48 Ⅱ DKZ-510C DKZ-510BC 1600 60 37 100 62 流體流經(jīng)閥體是的阻力損失為局部阻力損失，所以對(duì)不可壓縮流體而言，流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時(shí)的阻力損失為 式中 ——調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)； ——流過(guò)閥的流體平均流速； ——閥前壓力； ——閥后壓力； 閥體體積流量，接管截面積為A，則 由該式可見(jiàn)，在調(diào)節(jié)閥口徑一定，也不變的情況下，流量?jī)H隨阻力系數(shù)的變化而變化。當(dāng)移動(dòng)閥芯使開(kāi)度改變時(shí)，阻力系數(shù)也隨之變化，從而改變了流量的大小，達(dá)到了調(diào)節(jié)流量的目的。 5.3 調(diào)節(jié)器 調(diào)節(jié)器又稱(chēng)控制器，是構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心儀表，其作用是將參數(shù)測(cè)量值和規(guī)定的參數(shù)值相比較后，得出被調(diào)量的偏差，再根據(jù)一定的調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)生輸出信號(hào)，從而推動(dòng)執(zhí)行器工作，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。 目前在中國(guó)工業(yè)上廣泛應(yīng)用的DDZ-Ⅲ型電動(dòng)調(diào)節(jié)儀表具有良好的性能，且采取安全火花型防爆措施，具有先進(jìn)可靠的防爆結(jié)構(gòu)。選用DTZ-2100型全刻度指示調(diào)節(jié)器 DTZ-2100型全刻度指示調(diào)節(jié)器相關(guān)參數(shù) 輸入信號(hào) 1~5V.DC 內(nèi)給定信號(hào) 1~5V.DC 外給定信號(hào) 4~20mA.DC 調(diào)節(jié)作用（比例+積分+微分） 比例帶：2~500% 積分時(shí)間：0.01~2.5分 微分時(shí)間：0.04~10分（可切除） 輸入、給定指示表 指示范圍：0~100%，誤差：1% 輸出指示表 指示范圍：0~100%，誤差：25% 輸出信號(hào) 4~20mA.DC 負(fù)載電阻 250~750Ω 工作條件 環(huán)境溫度：0~45℃ 工作振動(dòng)：頻率25Hz 5.4、儀表型號(hào)清單列表 儀表型號(hào)清單 元件 型號(hào) 輸入信號(hào)范圍 數(shù)量 熱電偶溫度變送器 SBWR/Z 3~60mV 1 執(zhí)行器 DKZ 4~20mA.DC 1 調(diào)節(jié)器 DTZ-2100 1~5V.DC 1 6、系統(tǒng)方框圖 根據(jù)換熱器出口溫度單回路控制方案圖可得方塊圖如下： 換熱器出口溫度單回路控制圖 7、調(diào)節(jié)控制參數(shù)，進(jìn)行參數(shù)整定及系統(tǒng)仿真，分析系統(tǒng)性能 7.1調(diào)節(jié)控制參數(shù) 1. 變送測(cè)量環(huán)節(jié)可用一階環(huán)節(jié)來(lái)近似表示： 式中，與測(cè)量?jī)x表的量程有關(guān)；≥0為流量測(cè)量環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)，單位為分(min)。在實(shí)際過(guò)程中這些參數(shù)基本不變。假設(shè)有=10%/（T/hr） 2.假設(shè)執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）為近似線(xiàn)性閥，其動(dòng)態(tài)滯后忽略不計(jì)，而且 3. 對(duì)于該控制系統(tǒng)，假設(shè)控制通道與擾動(dòng)通道的動(dòng)態(tài)特性可表示為 ； 調(diào)節(jié)器選定PID調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 式中為比例系數(shù)；為積分時(shí)間；為微分時(shí)間[5]。為使系統(tǒng)獲得良好的控制品質(zhì)，需要確定PID控制器的一些參數(shù)，而這些參數(shù)很難由計(jì)算獲得，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)采用飛升曲線(xiàn)確定該對(duì)象慣性時(shí)間和純滯后時(shí)間。由傳函的出各參數(shù)的關(guān)系如下式： ； ；。 7.2 PID參數(shù)整定及系統(tǒng)仿真 PID參數(shù)整定方法就是確定調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)Kp、積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間Td，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，使系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程達(dá)到最為滿(mǎn)意的質(zhì)量指標(biāo)要求。一般可以通過(guò)理論計(jì)算確定，但誤差太大。目前，應(yīng)用最多的還是工程整定法：如經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線(xiàn)法、臨界比例帶法和反應(yīng)曲線(xiàn)法。 臨界比例度法：首先求取在純比例作用下的閉環(huán)系統(tǒng)為等幅振蕩過(guò)程時(shí)的比例度δk和振蕩周期Tk，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出相應(yīng)的調(diào)節(jié)器參數(shù)。通常將等幅振蕩下的比例度和振蕩周期分別稱(chēng)為臨界比例度和臨界周期。臨界比例度法便于使用，而且在大多數(shù)控制回路中能得到較好的控制品質(zhì)。 臨界比例度法整定參數(shù)的具體步驟是：將調(diào)節(jié)器的積分作用和微分作用全部除去，在純比例的情況下，按比例度δ從大到小的變化規(guī)律，對(duì)應(yīng)于某一δ做小幅度的設(shè)定值階躍干擾，直到獲得等幅振蕩過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)，在MATLAB中的Simulink工具箱組件中進(jìn)行系統(tǒng)的仿真 如下圖： 圖11 simulink仿真方框圖[7][8] 圖12 溫度單回路控制系統(tǒng)設(shè)定值跟蹤響應(yīng)（臨界振蕩曲線(xiàn)）（Kp=7） 此時(shí)：Kp=9， Ki=0，Kd=0；即臨界比例度 δ=1Kp100%=11.11%；由圖可得出臨界周期Tk=3.8。 表5 臨界比例度法經(jīng)驗(yàn)算式 控制規(guī)律 δ/% Ti Td P 2δk PI 2.2δk 0.85Tk PID 1.7δk 0.5Tk 0.13Tk 最后根據(jù)臨界比例度經(jīng)驗(yàn)算式算出各參數(shù)的整定數(shù)值：δ=19.0，Ti=1.9，Td=0.494；即Kp=5.2， Ki=2.7， Kd=2.56。調(diào)試得出下圖： 令Kp=5.2，Ki=2.7，Kd=2.56.調(diào)試后得出下圖： 溫度單回路控制系統(tǒng)設(shè)定值跟蹤響應(yīng) 衰減比為n=12.5/3.2≈4，符合要求 7.3 系統(tǒng)性能分析 ?最大偏差A(yù)：A=22.5 ?超調(diào)量： ?衰減比n：是過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)上同方向的相鄰兩個(gè)波峰之比， ④回復(fù)時(shí)間ts，也稱(chēng)過(guò)渡時(shí)間，是指被控變量從過(guò)渡狀態(tài)回復(fù)到新的平衡狀態(tài)的時(shí)間間隔，即整個(gè)過(guò)渡過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間，通常在被控變量進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)值得5%的范圍內(nèi)不再超出時(shí)，就認(rèn)為被控變量已達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值，所以ts=12min ⑤余差：是指過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)，被控變量新的穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之差。即 ⑥振蕩周期T：是指過(guò)渡過(guò)程的第一個(gè)波峰與相鄰的第二個(gè)同向波峰之間的時(shí)間間隔[4]，即T=4min。 8、參考文獻(xiàn) [1] 王 毅 張?jiān)缧?過(guò)程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用 化學(xué)工業(yè)出版社 [2] 陳敏恒 叢德滋 方圖南 齊明齋 化工原理 化學(xué)工業(yè)出版社 [3] 王能超 計(jì)算方法---算法設(shè)計(jì)及其MATLAB實(shí)現(xiàn) 高等教育出版社