计算机过程控制系统李向舜

设计题目： 燃烧过程控制系统

一、燃烧过程控制系统的基本理论

燃油锅炉的燃烧控制主要有三个子系统构成：蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统和炉膛负压控制系统。

1．蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统

燃油蒸汽锅炉燃烧的目的是生产蒸汽供应其他生产环节使用。一般生产过程中蒸汽的控制是通过压力实现的，随着后续环节的生产用量不同，反应在燃油蒸汽锅炉环节就是蒸汽压的波动。维持蒸汽压力恒定是保证生产正常进行的首要条件。保证蒸汽压力恒定的主要手段是随着蒸汽压力波动及时调节燃烧产生的热量，而燃烧产生热量的调节是通过控制所供应的燃料量以及适当比例的助燃空气 实现的。如图1所示

图 1 燃烧炉蒸汽压力控制与燃料比值控制系统

2．炉膛负压控制系统

锅炉炉膛负压力过小时，炉膛内的热烟、热气会外溢，造成热量损失、影响设备安全运行甚至会危及工作人员安全；当炉膛负压太大时，会使外部大量冷空气进入炉膛，改变燃料和空气比值，增加燃料损失、热量损失和降低热效率。

保证炉膛负压的措施是引风量和送风量的平衡。如果负压波动不大，调节引风量即可实现负压控制；当蒸汽压力波动较大时，燃料用量和送风量波动也会较大，此时，经常采用的控制方案如图2所示。

图 2 炉膛负压控制系统

二、燃

计算机过程控制系统(DCS)课程实验指导书

实验一、单容水箱液位PID整定实验

一、实验目的

1、 通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。 2、 分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。

3、 定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。 二、实验设备

AE2000A型过程控制实验装置、JX-300X DCS控制系统、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、网线1根、24芯通讯电缆1根。 三、实验原理

图2-15为单回路水箱液位控制系统

单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用SUPCON JX-300X DCS控制。当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。一个控制系统设计好

计算机过程控制实验报告

实验1 单容水箱液位数学模型的测定实验

1、试验方案：

水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。被调量为水位H。分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。

直接在调节阀上加定值电流，从而使得调节阀具有固定的开度。（可以通过智能调节仪手动给定，或者AO模块直接输出电流。）

调整水箱出口到一定的开度。

突然加大调节阀上所加的定值电流观察液位随时间的变化，从而可以获得液位数学模型。

FV101

给定值

Qi

Qo h LT

103 图1 单容水箱液位数学模型的测定实验

通过物料平衡推导出的公式：

QO?kH,Qi?k??

那么

dH1?(k???kH)， dtF其中，F是水槽横截面积。在一定液位下，考虑稳态起算点，公式可以转换成

RCdH?H?k?R?。 dt公式等价于一个RC电路的响应函数，C=F就是水容，R?2H0k就是水阻。

如果通过对纯延迟惯性系统进行分析，则单容水箱

第2章 计算机控制系统过程通道设计方法 数字量过程通道的设计方法 2.2 模拟量输入通道设计方法 2.3 模拟量输出通道设计方法 2.4 小 结

2.1

2.1 数字量过程通道的设计方法

过程输入输出通道由模拟量输入输出通道和数 字量输入输出通道组成。 过程输入输出通道在微型计算机和工业生产过 程之间起着信号传递与变换的纽带作用。

2.1.1数字量输入通道设计方法

注意两个问题，一是输入电平形式，二是使通道抗噪声。 由于数字量输入电平一般与计算机的接口电平不同，需要

进行电平变换。

电平变换和噪声抑制过程叫做信号调理

开关量输入通道结构框图

中断请求信号 信号调理

开关信号及逻辑电平

CPU

并 行 接 口

数字脉冲信号 输入调理

5V

10ＫΩ×4 系统 设置 开关

译码电路 定时器/ 计数器

S0 S1 S2 S3

I/O接口逻辑

数字量输入通道框图

可用如下指令来完成取数

MOV

IN

DX，PROT

AL，DX

三态门缓冲器74LS244 可用来隔离输入和输出线 路，在两者之间起缓冲作 用。

数字量输入通道结构

1. 外部的开关信号及逻辑电平信号调理电路 (1)直接分压

R1

输 入

R2

输 出

(2)光电耦合技术

实现了电气隔离外，还可以使电压不同的子系 统信号之间相

1 计算机控制系统包含哪些基本组成部分？

硬件和软件两部分组成

硬件包括：计算机系统、过程输入输出通道、被控对象、执行器、检测变送环节。 软件包括：系统软件和应用软件

2 如何理解计算机控制系统的实时性？

时系统是能够在确定的时间内执行计算或处理事务并对外部事件作出响应的计算机系统

3 简述SHANNON采样定理

为保证采样信号f*(t)的频谱是被采样信号f（t）的频谱无重叠的重复（沿频率轴方向），以便采样信号f*(t)能反映被采样信号f（t）的变化规律，采样频率

ws(w?2pi/T?2pif)至少应是f（t）的频谱F（jw）的最高频率wmax的两倍，即

ws?2wmax，即香农定理。

4 在计算机实时动态控制系统设计中应用SHANNON采样定理时应注意哪些问题？

SHAANON定理的结论是对无始无终的时域信号得出的。实时控制时，时域信号都是有始的，且只有当前时刻之前可用。因此，实际上要选取?s >>2?c 5 零阶保持器（ZOH）在计算机控制系统中起什么作用？没有它可以吗？为什么？ 作用：将采样信号还原成连续信号

有利。因为零阶保持器简单且可用物理装置实现。 6 在什么条件下，零阶保持器可以近似为理想滤波器？ 要求 ?s?

过程控制系统复习大纲

（仅供参考）

第一章

1、过程控制系统的分类及性能指标 （P4） （1）、分类：按系统结构特点分：反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈复合控制系统 按给定值信号特点分：定值控制系统、随动控制系统 （2）、性能评价指标：1）、系统必须是未定的。 2）、系统应能提供尽可能好的稳态调节（静态指标）。 3）、系统应能提供尽可能好的过渡过程（动态指标）。 2、阶跃响应性能指标 （P7） （1）、 稳态误差ess?r?y(?)B（2）、

衰减比n?1 B2

y(t)?y(?)（3）、 超调量?（%）=p?100%y(?)

（4）、 过渡过程时间ts3、重要习题 （P14） （1）、过程控制系统由哪些环节组成的，各有什么作用？过程控制系统有哪些分类方法？ 答：过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程和测量变送环节等环节组成。

控制器的作用是接受测量变送装置送来的信号，与给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果送往执行器。

执行器能自动地根据控制器送来的控制信号来改变操纵变量的数值，以达到控制被控变量的目的。

课程代号： 《过程控制系统》（C）卷 题号 得分 阅卷人 一 二 三 四 五 六 总分

一、填空题（每空1.5分）（本题33分）

1、过程控制系统一般由 、 、 和测量变送等环节组成。 2、过程控制系统由 和 两部分组成。

3、压力检测的类型有三种，分别为： 、 、＿＿＿＿＿＿＿＿。 4、气动执行结构主要有 和 两大类。

5、根据使用的能源不同，调节阀可分为 、 和 三大类。 6、过程数学模型的求取方法一般有 、 和混合建模。

7、积分作用的优点是可消除 ，但引入积分作用会使系统 下降。 8、在工业生产中常见的比值控制系统可分为 、 和 三种。 9、造成积分饱和现象的内因是 ，是 。 二、名词解释题（每小题5分）（本题15分） 1、过程控制： 2、串级控制系统： 3、现场总线：

三、简答题

A试题

一、填空题（共7小题，每空1分，共30分）

1．过程控制系统可以简化为调节器和广义对象两大部分，其中广义对象是_____、_____、_____和_____的组合。

2．过程控制系统按照被控变量的不同，可分为_____控制系统、_____控制系统、______控制系统、_____控制系统和_____控制系统；按照被控变量的多少可分为_____控制系统和_____控制系统。

3．评价过程控制系统性能优劣的指标主要包括_____、_____和_____三个方面。 4．被控过程的数学模型是反映被控过程的输出量和输入量之间的数学表达式，其中，对于参数模型，常用_____、_____、_____、_____等表示。

5. 国产调节阀的流量特性有_____特性、_____特性和_____特性三种。

6. 单回路控制系统是一种基于_____的闭环反馈控制，前馈控制系统是一种按照_____进行补偿的系统，对于减少被控参数____偏差最为有效。 7. 串级控制系统中，主回路是_____系统，副回路是_____系统 8. 比值控制系统的具体实现方案有_____方案和_____方案。

9. 在前馈—反馈系统中，控制系统的_____由闭环控制回路决定，对被调

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计算机远程控制系统的可靠性设计研究

作者：刘洪

来源：《电子技术与软件工程》2016年第11期

摘 要

随着计算机网络技术和大数据时代的到来，为计算机远程控制的应用提供了便利，从日常生活到工业生产，计算机的远程控制技术改变了人们生活和生产方式。本文根据计算机远程控制系统的原理和设计，对控制系统运行的可靠性与安全性作了研究。 【关键词】计算机 远程控制系统 可靠性 安全性

随着信息技术的发展，计算机终端技术与远程控制技术日新月异，给人们生产生活带来方便的同时，却也存在着巨大的安全隐患。由于计算机网络具有很强的开放性与传输性，网络上存在大量影响计算机远程控制系统可靠性与安全性的因素，网络攻击、病毒传播、硬件故障等都可能导致计算机远程控制系统崩溃，造成数据信息的丢失。特别对于企业计算机控制系统来说，如果出现问题，甚至会造成商业机密信息的丢失或泄露，给企业造成巨大经济损失，因此保障计算机远程控制系统安全运行的可靠性非常重要。 1 计算机远程控制系统的设计

随着计算机网络技术和终端技术的发展，给远程

JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

电气信息工程学院

过程控制系统与仪表

设计课题： 三容水箱控制系统 学院名称： 电 信 学 院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 08电气2 姓 名： 韩 韬 学 号 ： 08312218 指导老师： 汪小锋

2011年11月

基于PID的三容水箱液位控制系统研究

【摘要】用MATLAB/Simulink建立了液位控制系统，其主调节器分别采用PID

控制，模糊控制,副调节器采用比例控制。针对液位控制系统，用S函数编写PID控制程序，并分析了Kp、Ki、Kd对系统的影响。在模糊控制系统中选取合适的隶属度函数和制定出模糊控制规则，用S函数编写了模糊控制程序，并分析了误差的量化因子、误差变化率的量化因子、控制量的增量的比例因子对系统性能的影响。并通过编写基于MATLAB的S函数，运用动画仿真技术对三容水箱系统的运行过程进行了更为直观、逼真的模拟。在MATLAB仿真环境下设计M文件，实现了友好的用户界