MATLAB管式加热炉温度控制系统仿真设计(含simulink仿真图)(课题申报表,任务书,开题报告,中期检查表,外文翻译,论文19600字,答辩PPT)
摘 要
在现代工业生产的自动控制过程中，随着生产规模的不断扩大、生产过程的强化、产品质量的严格要求，简单、常规的控制系统已经不能适应现代化生产要求。虽然传统的单回路控制系统控制起来比较简单、方便，但是很难使系统完全抗干扰，而串级控制系统具备较好的抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量。因此，串级控制系统在复杂的工业控制过程中得到了广泛地应用。
管式加热炉被广泛应用于石油工业中。它的主要任务就是保证工艺介质最终温度达到并维持在工艺要求范围内，由于管式加热炉具有强耦合、大滞后等特性，控制起来非常地复杂。简单的单回路控制系统无法满足控制要求，而串级控制系统可应用于抑制控制系统的扰动，克服对象的纯滞后，减少对象的非线性影响，完全适用于管式加热炉的温度控制系统。
论文对管式加热炉温度控制系统进行了研究，采用炉膛温度对炉出口温度的串级控制系统来设计，对串级控制系统的特点和主副回路的设计进行了详细描述，利用MATLAB中的Simulink进行系统仿真，并采用一步整定法整定控制器PID参数来实现串级控制，最终完成符合实际要求的管式加热炉温度串级控制系统的设计方案。
关键词：管式加热炉；串级控制；PID参数整定；MATLAB/Simulink仿真
Abstract
In the automatic control process of modern industrial production, with the continuous expansion of production scale, strengthening of the production process, strict requirements of product quality, simple, conventional control system has been unable to meet the requirements of modern production. Although traditional single-loop control system to control relatively simple, convenient, but it is difficult to make the system completely interference, and the cascade control system has better anti-interference capability, fast, adaptability and control quality. Therefore, the cascade control system has been widely used in complex industrial control process.
The tube furnace is widely used in the petroleum industry. Its main mission is to ensure the temperature of the process medium finally achieve or maintain in the technical requirements scope. Because of the characteristics of strong coupling and large time delay, the control of the Tubular-furnace is very complex. Simple single-loop control system can not meet the control requirements, however the cascade control system can be used to restrain the excitation of the control system, to surmount the pure time delay and reduce the influence of the object, fully applicable to the temperature control system of the Tubular-furnace.
The paper studied the tube furnace temperature control system, using a cascade control system of the furnace temperature for the furnace outlet temperature design, the characteristics of the cascade control system and the design of the primary and secondary circuits are described in detail, the system simulation is carried out by using Simulink in MATLAB, and using step setting method set the PID parameter of controller to realize cascade control, finally completed the design meets the actual requirements of the heating furnace of the cascade control system.
Key words: tube heating furnace; cascade control; PID parameter tuning; MATLAB/Simulink simulation
本设计的研究内容
本设计源管式加热炉，燃料采用燃料油或燃料气。在参照一些相关理论的基础之上，设计了本次管式加热炉的温度控制系统。此次设计研究的主要内容包括：管式加热炉的系统原理阐述，扰动因素分析，串级控制系统介绍，总体的方案设计，控制器的控制规律选择以及PID参数整定。我在阅读了大量的文献资料的基础上，对管式加热炉相关工艺进行了深入的了解，分析了管式加热炉控制系统的难点。在多种串级控制方案中选择了加热炉出口温度对炉膛温度的串级控制，运用MATLAB软件对温度控制系统进行了较为全面的仿真和性能分析，最终形成了一个可行可靠的完整串级过程控制系统方案，力图通过具体应用获得理论知识的进一步提升，并为工业生产提出可行性建议。
目 录
第1章 概 述 1
1.1 国内外控制系统发展情况 1
1.2 过程控制的特点 2
1.3 设计目的及意义 2
1.4 本设计的研究内容 3
第2章 管式加热炉的工艺简介 4
2.1 管式加热炉的组成及类型 4
2.2 管式加热炉在石油化学工业中的重要性 8
2.3 管式加热炉温度控制系统的工作原理 8
2.4 管式加热炉温度控制系统的控制要求 10
2.5 本章小结 10
第3章 管式加热炉温度控制系统总体设计方案 11
3.1 管式加热炉温度单回路控制系统 11
3.2 管式加热炉温度串级控制系统 13
3.3 管式加热炉温度控制系统方案选择 18
3.4 本章小结 19
第4章 控制器的参数整定 20
4.1 主、副控制器规律的选择 20
4.2 控制器正、反作用的确定 20
4.3 控制器参数的工程整定 21
4.4 本章小结 22
第5章 管式加热炉温度控制系统的MATLAB系统仿真 23
5.1 仿真软件简介 23
5.2 对象模型的建立 26
5.3 温度控制系统仿真结果分析 27
5.4 本章小结 36
结 论 37
参考文献 38
致 谢 39
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