电阻炉温度控制系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)

电阻炉温度控制系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

度mdydt，并从时间轴的交点得出滞后时间 。 同时记下输入阶跃变化量 x 和 y 的最终变量 y。 然后用下 列式子求 K 及 T ：  yK x ； (31)  myTdydt (32) 这种处理方法极为简单但准确性不高，再介绍一种比较准确的方法： 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 10 求稳态放大系数 K 的式子不变，在计算时间常数 T 及纯滞后  时，将 yt曲线修改成无因次的飞升曲线 yt 为       y t y tytKx y   (33) 对于有滞 后的一阶非周期环节来说，在阶跃作用下的解为  0yt   t ；   1 tTy t e    t (34) 2t 为了确定 T 及  的值，在无因次飞升曲线上选取 yt 的两个坐标值，现选择 1t 及 2t 如下：   11 1 t Ty t e   ；   22 1 t Ty t e   (35) 其中， 2t 1t τ，对上式联立求解可得       2 1 1 212l n 1 l n 1l n 1 l n 1t y t t y ty t y t              ；    1212l n 1 l n 1ttT y t y t        。 (36) 可以看出，由 1t , 2t 及对应飞升曲线上的两个值 1yt 及  2yt 求得 T 及 。 若选择  1   ，  2   则可得 122tt ；  122T t t (37) 对于计算结果，可在 3t ≤τ  3 0yt  4   4   5 2tT  5   这几个时间上，对飞升曲线进行校验。 （ 2） 由飞升曲线确定二阶环节的参数 响应曲线测定后，为了分析和设计控制系统，需要将响应曲线转化为传递函数。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 11 本设计采用二阶系统的 S 形飞升曲线的分析方法对实验结果进行处理。 下面介绍一下二阶系统的 S 形飞升曲线的分析方法，并用该方法对实验测得的电阻炉温度特性曲 线进行分析。 对于 S形的实验飞升曲线，规定其传递函数按下式：    21 2 1 2 1KGs T T s T T s    （ 38） 或  22 21 sKG s eT s T s   （ 39） 来近似，前者相当于过阻尼的二阶环节（传递函数的分母有两个实根11T 及21T ，后者为阻尼系数为 1的有纯滞后的二阶环节。 在生产实际中，多数对象的飞升曲线都是过阻尼的，因此该方法适用于大批的工业对象。 对于式（ 38），在零初始条件下，当输入 xt 作阶跃变化，阶跃变量为 x 时，它的解为  12121 2 1 21 ttTTTTy t K x e eT T T T   （ 310） 用无因式表示 :    12121 2 1 21 ttTTyt TTy t e eK x T T T T     （ 311） 由式（ 311）可知，为了求 yt 的值，应先确定两个时间常数 1T 和 2T ，而这就要建立两个方程。 在式（ 311）中引入时间无因次量 2tt T ； 11 2TT T ； 22 2TT T (312) 其中 2 T = 1T + 2T ， 则可化为 :   12121 2 1 21 ttTTTTy t e eT T T T       （ 313） 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 12 注意： 121 122TTT  ； 122 122TTT  ,可见式（ 313）表达了  yt， t ，和12TT 三者之间的关系。 令    ， 则 在 式 （ 313） 中 只 剩 t ，和 12TT 两个参量。 因121212TTTT TT  ，故 121TT。 当  212TT 在 0～ 1 之间取值时，可算出与之相对应的 7t ，结果如下图 所示： 这里令   221 TT。 *t 70 △2 图 △ 2～ t7*关系曲线 分析图 可以发现，当    时， 1t 的值在 附近 变动。 如果令2t =，则由此带来的误差为 0   ，这在工程上是允许的。 这样，就得到寻求时间常数 1T ， 2T 的第一个关系式 7712 72 1 .2tttT T T tt    即 （ 314） 其次，在式（ 313）中，令 4 便可确立 yt与  212TT 之间的关系，如图 所示，这是寻求时间常数 1T 、 2T 的第二个关系式。 在同一图中还画有 8  及 20 2tt时的曲线  8yt和  20yt ，这两条曲线可供检验数据处理结果之用。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 13 图 y4﹡与△ 2的关系曲线 经上述分析之后，可将确定典型二阶方程参数的步骤简述如下： 实验求得飞升曲线后，先按式  yK x 和式    ytyt Kx  求出放大倍数 K和无因次的飞升曲线 yt ，然后根据 yt 来求 1T 及 2T 或 T 及 τ。 根据    求得与之对应的 7t ，再算出   774 4 42 1 .2 3ttt T t t  对应于 4t从飞升曲线上找到 4y 的数值。 根据 4y 的数值分三种情况处理： ①若 ≤ 4y ≤ ，则采用式（ 38）来近似，这时还要计算两个未知参数 1T 及 2T。 计算时需要借助图 的曲线。 为了算 1T 及 2T ，首先求出 ，再由图 的曲线和 4y 的值求得对应的 2 的值进而求 Δ，最后用公式  1 1TT  ；  2 1TT  （ 315） 来计算时间常数 1T 及 2T。 至此就求得了近似传递函数（ 38）式的各参数。 为了对此传递函数进行校验，可以检查它的几个点，在校验时仍需用到图 的曲线，实验结果与计算结果在 0t ， 4tt ， 7tt 时是重合的，在内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 14  8 1 T T和  20 1 22t T T两点可按图 查出 8y 与 20y 的值，且与实验曲线上的值相比较作为校验。 若数值相近，则认为这样的近似是合理的。 ②若 4y ≤ ，则采用（ 39）式的带纯滞后的二阶环节近似，这时要计算的两个未知参数是 T 和 。 先令  及  在 yt 曲线上找到相应的时间 7t 及 2t 的值，然后按公式 273 2tt  ；  (316) 来计算纯滞后  及时间常数 T。 至此，传递函数（ 39）式就确定了。 为了校验，计算结果应 在 0y ，  及  处与实验曲线重合，并可按 时  及 20 4tT时  与实验所得飞升曲线相比较。 ③ 若 4  ，则应用   1 sKG s eTs   来 描述传递函数的特性。 由飞升曲线确定传递函数的方法介绍完毕，下面将对实验所得数据加以处理 [9]。 温度特性曲线 数据处理 响应曲线测定后，为了分析和设计控制系统，需要将响应曲线转化为传递函数。 因为我 们 采用的是 PID 控制的闭环控制系统，并不要求非常准确的被控对象模型，因此在满足精度要求的情况下，采用延迟的二阶惯 性环节传递函数来拟合被控对象。 对电阻炉温度特性曲线的分析，我们只截取其中的一部分，以 5000~11000s 这段曲线（控制目的中要求的稳定温度处于这一段）为例。 首先将实验所得飞升曲线化为无因次飞升曲线 yt。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 15 图 yt ～ t 曲线图 根据无因次飞升曲线（如图 所示），求出与  相对应的 7 3750ts 于是得 74 12503tts 再从图中找到对应于 t 的 4y 4   由于所得之 4y 满足不等式 ≤ y4* ≤ 故用无滞后的二阶环节（ 38）来近似，这时根据公式（ 314）及图 之曲线找到 7  查图， 4   时， Δ178。 =0. 82 ， Δ=0. 91，于是按式（ 315）可求  1 1 2 9 8 4T T s    ；   s141T1T2    532 2 6 .620yK x   内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 16     13125420744 221221  SSSTTSTT KSG 由上述方法求得被控对象的传递函数，通过分析传 递函数即可了解被控电阻炉的温度特性。 进而我们连接系统并进行参数调节。 由实验曲线图可得：   532 2 6 .620yK x  ； 82T (min)；  （ min） 由经验公式可计算出： P=113％； 2  (min)； （ min）。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 17 第四章 电阻炉温度控制系统的设计 电阻炉温度控制系统的实现过程 电 阻炉温度控制系统是一个单回路 反馈控制系统 ，它由四个基本环节组成，即被控对象、测量变送装置、控制器和控制阀。 本设计中被控对象是电阻炉的温度，测量变送装置为 S 型 热电偶，控制器 采用 数字 调节器 ，控制阀则是由固态 继电器构成。 电阻炉温度控制系统 的系统方框图及调节过程 数 字 式 调 节 器 P W M 电 路 固 态 继 电 器 管 式 电 阻 炉S 型 热 电 偶设 定 值 测 量 值 图 电阻炉 温度自动调节系统 由图 可以看出，该系统是一个单参数闭环控制系统。 当系统处于平衡状态时，炉温将稳定在给定值上。 由于 外加 某种扰动的影响，使炉温降低或升高，此时 S 热电偶产生的毫伏信号 ，一方面送至显示仪表指示和记录，另一方面送入 数字 调节器中。 在调节器中测量信号与给定值信号进行比较后，产生一个偏差值 ε ，经过 PID 运算后输出一个 420mA 的电流信号，然后 送入 PWM（脉宽调制电路）电路中，这样将调节器输出的 420mA 的电流信号 线性的 转变为通电时间为 0%100%的占空比，根据占空比 控制 固态继电器改变电阻炉的通电和断电时间，从而改变了电阻炉的温度。 由于通电时间的改变，电阻炉炉温也随之而变，当炉温与给定值相等时，偏差 0 ，调节器输出恒定，通电时间固定，通过这种方式使炉温保持在给定值上，即实现了电阻炉 的恒温控制。 仪器仪表 介绍 在该设计中，我们用到了很多 仪器仪表，对所用仪器仪表的介绍如下 ： 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 18 表。