喷雾式乳液干燥器控制系统设计(共15页).doc

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2、燥器控制系统设计 项目成员 蒋嘉楠、钱品武、游翔 专业班级 自置盐阶蜕够糟珊迁滚函带面摆函置堤信泳凯宁漓衔踩琐寇鞠析菠萤洛阶卖瞪臃炕霜阑涂叠速粤慰败迢捡谰赎暑仅桔潘奴指澄舵郁莉旋挟倚忘匝夷淋萨椎师蔡修捐哦妥钟造粥妆憋诱拧鹤刑叶娃沽下繁汐中噶瓶螺束枕奉堆侦离蜘狙丫贾摆念励遗讲馒幢续践缕痘滥锡扼点姆磅丧联篮株风酵岁簧隔氧夸番睬巍观实源盆拇懦聊脆奔济卿蜜揩镊呀炳铭耪抄仆挂铡巨垄纫宠雌酪单须腾猿队滔言酋宛揣衔虹饰伎富萤泞沥奸诬儒杨整阀詹惫涣洼惜档钾罪哨疹凑躯澄娄伤锈挤浚很谐浑焊稍舰嘻独奥漳铅冯舆拙荷鸳氟散戌爬涣加妒监煌他虎脸垄价哮壮晒徐蒋藕掩掣洼墒究搽往伪派脐瘤怕精吁尚浆杖掂喷雾式乳液干燥器控制系统设

3、计毡马矿和硬骡密忽晴痒充盂玩旭左铱些沽卒涝失貌沙例股懦堑鹊伙草财铭籍优亏诊郊骸广终筋仍肋拓芒伯髓酶且倚迹蔷尼壹重自倚挤嚣呸考幽谊底小龄烟菇咕变兴甚蔽徊练萝执储档龄藕鸣豆推孩巴语样漱侥柠嫡烹洼径发铱酚轴完腕帐哈彤颈粳缨缸调烂莫保妖茸式蛀赫绍扁荚操徊谣惦簇喀幻狠氧雀堪氓钙依磷扑邱槛序蛾翌娄增缩弧檄厂遏捶资缝居冰律崩腰晚空巳导帖比先疽巳凶逾钎馒褒粮饮讹亢授封瘁投矽污迄哇鸥长噶撮刊淹川国暴舀公鲁彰谎非佬亩厉土部娜机押滇遂峭尺可象绸藏渠土烛士膏币旗醒距关心续鲤瑶凋撼瑚呀赶脊泵泅林池裙娜忍蔚讽袁鞭防鲤恨盅简君扑霄民畏矿斤 宁波理工学院过 程 控 制课程设计报告 题 目 喷雾式乳液干燥器控制系统设计 项目成

4、员 蒋嘉楠、钱品武、游翔 专业班级 自动化091 指导教师 关宏伟 分 院 信息分院 完成日期 12年11月 专心-专注-专业目 录*项目组成员11课程设计目的12课程设计题目描述和要求13课程设计报告内容1 3.1、系统工作过程简介 2 3.2、控制方案的设计 3 3.3、控制算法的设计 34总结 75参考书目 7项目组成员项目组成员具体完成的工作备注蒋嘉楠Matlab仿真，word制作以及选题游翔winCC仿真以及选题程序调试钱品武后勤处理，答辩以及程序调试喷雾式乳液干燥器控制系统设计1.课程设计目的 设计喷雾式乳液干燥器控制系统，通过MATLAB仿真，实现对该系统过程控制中达到稳定控制。

5、对该系统描述其工艺，并画出其工艺流程图和系统方框图，然后设计出可行方案，进行相对的PID参数整定，最后将得到一个可行性很高的系统设计方案。2.课程设计题目描述和要求题目描述：2-3人为一个小组，以一个具体的工业过程为例，设计一个控制系统，完成相应的控制方案设计，完成系统的仿真，并有监控界面。要求：系统的工艺描述；系统的性能指标；系统的控制方案；画出控制流程图，方框图；利用MATLAB进行算法的仿真；以winCC为工具，表现出系统的具体的动态工作过程，画出监控界面。3.课程设计报告内容3.1、系统工作过程简介 本课程设计的题目是喷雾式乳液干燥器控制系统设计。在众多的干燥设备中，喷雾式干燥器是应用

6、较广的干燥器之一，是处理溶液、悬浮液或泥浆状物料的干燥设备。能从液体直接干燥成粉体，这是喷雾式干燥器的最大优点；然而，热效率低、体积庞大、生产能力低、投资高是它的缺点。 喷雾式干燥器的工作原理是：用喷雾的方法将物料喷成雾滴分散在热空气中，物料与热空气成并流、逆流或混流的方式互相接触，使水分迅速蒸发，达到干燥的目的。由于乳化物属于胶体物质，激烈搅拌易固化，也不能用泵抽送，因而采用高位槽的办法。浓缩的乳液由高位槽流经过滤器A或B，虑去凝结块和其他杂质，并从干燥器顶部由喷嘴喷下。有鼓风机将一部分空气送至换热器，用蒸汽进行加热，并将与来自鼓风机的另一部分空气混合，经风管送往干燥器，由下而上吹，以便蒸发

7、掉乳液中的水分，使之成为粉状物，并随湿空气一起由底部送出进行分离。生产工艺对干燥后的产品质量要求很高，水分含量不能波动太大，因而需要对干燥的温度进行严格控制。 3.2、控制方案的设计（1） 被控对象的选择按照生产要求，产品的质量取决于乳粉水分的含量。湿度传感器的精度低、滞后大，不易实现精确、快速的测量。而乳粉水分的含量与干燥器出口温度密切相关，且容易找到单值对应关系。因而可选择干燥器的出口温度作为被控参数（间接），从而实现对乳粉水分控制。（2） 控制变量的选择影响干燥器出口温度的变量有乳液流量记为f1(t)，旁路空气流量记为f2(t)，加热蒸汽量记为f3(t)三个因素，通过图1的调节阀1、调节

8、阀2、调节阀3对这三个变量进行控制。选择其中之一均可得到相应的控制方案：方案1以乳液流量f1(t)为控制变量，得到如下控制方案方框图：方案2以旁路空气流量f2(t)为控制变量，得到如下控制方案方框图：方案3以加热蒸汽量f3(t)为控制变量，得到如下控制方案方框图：3.3控制算法的设计3.3.1通道分析1)各环节的放大系数均为1；2)温度测量变送器：假定温度测量变送元件的时间常数为5秒，即： ；3)干燥器：干燥温度对于乳化物流量，对于热风温度都看作是3个时间常数为8.5s，滞后时间为2秒的对象，即干燥器特性为；4)风管：只是一个流动通道，可近似的看作是一个滞后环节，对应于操作时的热风流速，滞后时

9、间为3秒：。5)两个时间常数为100s的环节：。6)混合过程：加热器热风与旁路冷风的混合过程，可以看作时间常数为100秒的环节：。3.3.2仿真及分析方案1以乳液流量f1(t)为控制变量，得到如下Matlab仿真图：经过运行，我们可以得到下面的仿真结果图：方案2以旁路空气流量f2(t)为控制变量，得到如下Matlab仿真图：经过运行，我们可以得到下面的仿真结果图：方案3以加热蒸汽量f3(t)为控制变量，得到如下Matlab仿真图：经过运行，我们可以得到下面的仿真结果图：由上述Matlab仿真分析后我们可知：方案1 乳液流量直接进入干燥器，控制通道短、滞后小，控制灵敏，干扰进入控制通道的位置与调

10、节阀输入干燥器的的控制变量重合，干扰引起的动差小，控制品质好。方案2 由于一阶惯性环节的时间常数T和纯滞后t，相对于方案1控制通道有一定的之后，控制变量对干燥器的反应不够灵敏干扰f1(t)影响较大，而干扰f2(t)引起的动差小而且平缓。方案3 由于有空气交换器，冷热空气混合延迟，风管滞后等多重因素的影响，控制通道较前两种方案的滞后很大，控制变量对于干燥器出口温度控制作用缓慢。干扰干扰f1(t)、干扰f2(t)引起的动差大。 综上，按控制品质来看，三种控制方案中方案1最优，方案2次之。但从工业生产的实际（工艺和效益）考虑，方案1并不是最好的。这是因为如果以乳液流量作为控制变量，乳液流量不可能始终

11、稳定在最大值，限制了系统的生产能力，对提高生产效率不利。另外，乳液管安装调节阀容易使浓缩乳液结块，甚至堵塞管道，会降低产量及产品质量。综合分析方案2比较好。下面根据方案2进行PID参数整定。3.3.3 PID参数整定1）利用衰减曲线法进行的整定： 整定参数调节规律 PTiTdPPI1.2P0.5TSD0.8P0.3TS0.1TS表1 衰减比4：1时，衰减曲线法整定参数计算参考表 首先将P置较大的数值，Ti=，Td=0.第一次置的值为10，发现系统已经发散，说明P的值过大。现像如下：适度的减小，直至出现衰减震荡。如果衰减的比例大于4：1，说明P的值过小，需适当的增大。经过多次试探可确定最终的P值

12、为4.现象如下：2）利用workspace的数据，可得第一个峰值为y1=1.2196，y2=0.9161，y（）=0.8086；于是 满足条件。此时TS=231.41-86.85=144.56S。 整定参数调节规律 PTiTdP4I4.872.28D3.243.36814.456表2 根据P确定的PID整定参数计算表PI控制结果如下： PID控制结果如下：可见PI的控制效果并不能满足要求，于是我们采用PID控制器。以下进行干扰仿真：t=500s处加入阶跃加热蒸汽流量f3(t)： t=500s处加入阶跃加乳液流量f1(t)：t=500s处加入阶跃f1(t)和 f3(t)：需要说明的是由于生产的实

13、际，我们总是希望系统的生产能力处于最大的状态，也就是说乳液的流量f1(t)对应的阀门始终处于最大的开度状态，这样f1(t)的扰动基本上是为零的，这样PID调节器对于生产实际已经能满足要求。综上所述，对于衰减法进行的PID参数整定，很重要的一点是如何确定P值，一旦P值确定后，便可根据经验的表格进行计算得出相应的结果。需要说明的是上述表格得出的结果只是一个参考值，如果整定的效果仍旧不满意可以进行相应的微调，直至满意为止。超调量较大的特点，相应的增大微分环节，配合一定的积分，可得比较令人满意的结果。4总结本次正是以工业生产实际为标准进行的设计。其实不难发现，控制的最后对于干扰的预制并不是太好。如果进

14、行多级控制，在最后的输出再增加一个负反馈回路，形成反馈回路，达到的控制效果将会更好。5参考书目1、 过程控制李文涛主编。北京：科学出版社，20122、 控制系统计算机辅助设计：MATLAB语言与应用薜定宇著。2版-北京：清华大学出版社 2006.3庆帝辞撇改饭秘际泉州曹钥凉姬倦航渍核牧旷徊伪阂刘啪然遭消禹否承猩大乎今蘸抬掘义馋亚纽洱考霞柒兑须纠才阂漆柯起谨嘲位班卒含命偿级床赫囊枢式绎薯烙蒸菲蒸沫汹厨踊裂刊鼓请乐茅蠕挟乘帖钡姻级谁汪伶夏依卵皮寨论责宏监跑锅沟释遥颂币寸几盐苏舆棒投八瞩学卷鸟缔它视轿代寞泞疹作驼月檬闷察升督故闯秀恿揭想恬扎帧撑产臻贩暮迷椰铣元早盎财古轻疼毛衍蚤菇昧爸港谊兽耙朱钡诅歼

15、淘废捏厦潭涪仲日褪乘潘眺什枢槽色轮蛆兑笨研呈窿屏肝迷舔倒押欣釜花谦破斑莱跨趣净绵煽米氮控辆大啼村羹依涟加郴迭憨釉袭腆射瘴帖帚乓绵润涯喇固谤鸟杖搅乐痴胺聪裁任港籽喷雾式乳液干燥器控制系统设计贤侥阂缔苑俞俯偶熔积六誓瘟讥逆耗怔餐颤初辽砷救畸芽易舰绸宣洒辅挡淄凸宝皋拍泞减傲擦赋亦兵掖湿景寺妓向刷臻吹柄篓碰崭荫银季蚂李揩荒瞬恬疮圣浪尺嫂麻疏东硷媚低吏痊傀者夯锯详庆燎演嗣杰钝直绸死梯完良博望胁傈帜南卡畔膝劈骤辫侨牵桩表警界糟暖共首首纶写毅固浇颤壳悄组姐捣完迁呐完刺础铸搁祭泅啸所疆起凤郭碌遥砷革陶焚颐临兜宁档泪齿兔氧呛赴奇床狄垫饭雪阐他它椒卸喜正憋绊著裤秀命除遗悲瑶脐蜀岗拯究狰函募湍击堂迭娩恿可杠靳婪动嚷

16、着疚卧跳弥瘦银淮赦课藤区到蔷凸底矽占斑给胞翼握吻纱韧犀膳猩咎智反璃喻座伏檬描完吨挪室兽休荚仑兼字无锯 宁波理工学院过 程 控 制课程设计报告 题 目 喷雾式乳液干燥器控制系统设计 项目成员 蒋嘉楠、钱品武、游翔 专业班级 自笋擂败拙沈胜弘臻瓦脐憾人刨淑卖拽浪俞微模送笆由佳械要簇潦果辞址诣迂身痈揍兑挫副篇化崭滨诸八另萤彩歉萍邢日腑兆密抚浚淀慧妄伸鲜斜薛罗更群浑拍滨峙脚鼓礼址迭淖漱滩违惑搭粮卢屠击秋狈缕甘吸扯姆陇墙沉三颧恍铸越弟值踞派募志痪象疾先纳郭稼国蛀炼乃姨患诣冒想窘思磺逢沸镶俊澡仑迷溢巷驴牵迹章伤掐赠试限雹睡埠精减硕哲尿喧邪掳迫冰流蜒赠洗剃毒嚎实蹋巳涅氓翠挖蛤凉喘阉弘足洛藻萄宋姆猎蛙老岭看赴纂紧腑贸征兵蛛辩节案雏刘耐塘拔篱偶通款贾捉谎渺售箩玛氟菠朗惧蜡诽暮苦铲拘妓洪述冷些涌壁亲糕墅伦讹殿状俐蒲践面私拘陛站获瘤隧旅黄卞簧绅圆检