基于组态软件的前馈反馈过程控制系统课程设计

基于组态软件的前馈反馈过程控制系统课程设计内容摘要：

控制系统 ， 并可通过计算机网络实现远程测控 主要学习前馈 调节规律，了解前馈 反馈控制规律在液位单回路水箱中的控制。 设计要求 1. 根据前馈反馈单回路过程控制系统的具体对象和控制要求，独立设计控制方案，正确选用过程仪表。 2. 根据前馈反馈单回路过程控制系统 A/D、 D/A 和开关 I/O 的需要，正确选用过程模块。 3. 根据与计算机串行通讯的需要，正确选用 RS485/RS232 转换与通讯模块。 4. 运用组态软件，正确设计前馈反馈单回路过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。 2 系统结构设计 控制方案 前馈控制是在企业生产经营活动开始之前进行的 控制，是一种开环控制。 尤其适用于那些扰动可测但不可控的系统。 管理过程理论认为，只有当管理者能够对即将出现的偏差有所觉察并及时预先提出某些措施时，才能进行有效的控制，因此前馈控制具有重要的意义。 前馈控制采用的普遍方式，是利用所能得到的最新信息，进行认真、反复的预测，把计划所要达到的目标同预测相比较，并采取 课程设计 5 措施修改计划，以使预测与计划目 标相吻合。 在反馈控制系统中，控制装置对被控对象施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量与输入量之间的偏差，从而实现对被控对象进行控制的任务，这就是反馈控制的原 理。 前馈控制又称扰动补偿，它与反馈调节原理完全不同，是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。 在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化，当干扰刚刚出现而能测出时，调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化，使两者抵消与被调量发生偏差之前。 因此，前馈调节对干扰的克服比反馈调节快。 但是前馈控制是开环控制。 其控制效果需要通过反馈加以检验。 前馈控制器在测出扰动之后，按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。 如果没有反馈控制，则这种校正作用只能在稳态下补偿扰动作用。 如 图 1 所示 ， 系统使 用两个水泵注水 ， 设法保持 下水箱液位。 泵 1泵 2F T 2K F+L T 3L C 1上 水 箱下 水 箱储 水 箱电 动 阀 阀 门hV 1 图 前馈－反馈控制系统原理图 课程设计 6 前馈控制的基本概念是测取进入过程的干扰（包括外界干扰和设定值变化），按信号产生合适的作用去改变操纵变量，使受控变量维持在设定值上。 前馈控制一般可表达为：     sG sG pfFC sG 式中： sGFC —— 前馈控制器的传递函数sfG —— 干扰通道的传递函数 spG —— 对象通道的传递函数。 前馈控制只选择一 个主要的扰动进行补偿，而其余的扰动仍会使被调量发生偏差。 前馈－反馈控制系统将前馈与反馈结合起来，选择对象中主要的一些干扰作为前馈信号，对其它引起被调参数变化的各种干扰则采用反馈调节系统来克服，从而充分利用了这两种调节作用的优点，使调节质量进一步提高。 系统 的前馈－反馈控制系统框图如下图 调 节 器 G c ( s )电 动 阀 上 水 箱 下 水 箱液 位 变 送 器 H 2 ( s )扰 动 通 道 G f ( s )前 馈 补 偿 器 G F C ( s )测 量 变 送 器扰动F ( s )+_++++设 定 值 图 系统的前馈－反馈控制系统框图 课程设计 7 系统结构流程图 下 水 箱 扰 动 进 水 管 道D / A 模 块液 位 测 量A / D 模 块 控 制 器流 量 监 测电 磁 调 节 阀A / D 模 块主 进 水 管 道反 馈 P I D前 馈 补 偿 图 系统结构流程图 3 过程仪表选择 水箱 包括上水箱、储水箱。 上水箱采用 淡蓝色 优质有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直接观察液 位的变化和记录结果。 上水箱尺寸为： D=25cm，H=20cm，该 水箱结构独特， 由 三个槽 组成 ，分别 为 缓冲槽 、 工作槽 和 出水槽 ，进水时水管的水先流入缓冲槽，出水时工作槽的水经过带燕尾槽的隔板流入出水槽，这样经过缓冲和线性化的处理，工作槽的液位较为稳定，便于观察。 水箱底部接有扩散硅压力 传感器与变送器，可对水。