过程控制系统课程设计。
水厂浊度控制系统设计与**。
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完成日期：一工艺概况3
二研究任务3
三系统分析4
一）干扰通道传递函数的分析4
二）控制变量和被控参数的分析与选择8
（三）调节阀传递函数9
四方案确定9
一） 方案一：大滞后过程simth预估计补偿控制系统 ……9
1.方案选择原因9
预估计补偿控制系统工艺流程图9
预估计补偿控制系统方框图10
4. 控制器的正反作用的确定10
5. pid控制规律的选择10
6. simth预估计补偿控制系统广义对象simulink** ……10
7. pid参数整定13
8. simth预估计补偿控制系统闭环状态下的simulink** ……16
二） 方案二：前馈控制系统19
1. 方案选择原因19
2. 前馈控制系统工艺流程图19
3. 前馈控制系统方框图20
4. 控制器的正反作用的确定20
5. pid控制规律的选择20
6. 前馈控制系统广义对象simulink**20
7. pid参数整定21
8. 前馈控制系统闭环状态下的simulink**21
五两种系统的控制性能比较24
六心得体会25
七参考书目25
八附图26水厂水处理工艺流程如图1所示，原水通过管道引入厂内，经过投药、混凝、沉淀、过滤、消毒等五道工序，最后得到可供饮用的清水出厂，送至管网。
图1：水处理工艺流程图。
源水从进入沉淀池开始，经过混凝沉淀过程，直到沉淀池出口，整个流程约需两个小时左右。在原水入口处、沉淀池出口处分别设有浊度检测点(浊度仪)，采集浊度实时信息。
某水厂浊度阶跃响应数据见文件，要求严格控制待滤水浊度（即沉淀池出口浊度）原水经泵房抽入水厂进水管道，将配制好的混凝剂矾液加入进水主管道，与原水混合后流入沉淀池，矾液在水中流动扩散形成矾花，将水中的胶体微粒和杂质等悬浮物凝聚沉淀，降低水的混浊度，提高水质。
试应用单回路、串级、前馈、比值、选择、smith预估等控制方法，设计至少2套控制系统，达到控制待滤水浊度的目的，使被控变量的波动在规定的范围内。
对于每一套控制方案，具体要求：
1、 说明所采用的控制方案以及采用该方案的原因，并在工艺流程上表明该控制系统。
2、 确定所用控制器的正反作用（自来水要保持一定的水质），画出控制系统完整的方框图（需注明方框图各环节的输入输出信号），并选择合适的pid控制规律。
3、 在simulink**环境下，对所采用的控制系统进行**研究。具体步骤包括：
1） 在对象特性参数的变化范围内，确定各环节对象的传递函数模型，并构造simulink对象模型；
2） 引入手动/自动切换环节，在手动状态下对控制通道、干扰通道分别进行阶跃响应试验，以获得“广义对象”开环阶跃响应曲线；
3） 依据pid参数整定方法，确定各控制器的参数；
4） 在控制系统处于“闭环”状态下，进行待滤水浊度设定值跟踪响应试验，并获得相应的响应曲线；
5） 在各控制器参数均保持不变的前提下，当对象特性在其变化范围内发生变化时，重新进行待滤水浊度设定值跟踪试验与扰动响应试验，并获得相应的响应曲线。
4、 根据不同控制方案的闭环响应曲线，比较控制性能（包括是否稳定、衰减比、超调量、过渡过程时间等）。
三、 系统分析。
浊水处理系统。
分析浊水处理系统发现，整个系统存在3个干扰，进水流量、进水浊度、加药量。所以首先需要我们确定干扰通道的传递函数，然后再进行分析。
1、 干扰通道传递函数的分析。
1） 进水流量干扰。
进水流量增加对待滤水浊度的影响。
进水流量减少对待滤水浊度的影响。
进水流量对待滤水浊度的影响为一惯性加滞后环节。
2） 加药量干扰。
加药量增加对待滤水浊度的影响。
加药量减少对待滤水浊度的影响。
加药量对待滤水浊度的影响为一惯性加滞后环节。
3） 进水浊度干扰。
源水浊度飞升曲线。
进水浊度对待滤水浊度的影响。
进水浊度对待滤水浊度的影响为惯性环节。
2、 控制变量和被控参数的分析与选择。
1） 控制变量的分析与选择。
选择原则： 1.控制变量应该是可控的在工艺上允许调节的变量。
2.控制变量应该比其他干扰对对被控参数的影响灵敏。
3.为使干扰通道对被控参数的影响小，应该是干扰通道放大系数尽快可能小、时间常数尽可能大。
4.被控参数存在多个时间常数时，在选择设备和被控参数的时候，应该尽量使时间常数错开。
5.注意工艺的合理性、生产效率和生产过程的经济性。
所以根据控制变量的选择原则、根据干扰通道的特性我们可以得出：由于进水浊度的大小是不可控的，所以不能选为控制变量，予以排除。而通过对水量对待测水浊度的影响、药量对待测水浊度的影响曲线我们可以看出，水量变化曲线的时间常数是最大的并且拥有最大的纯滞后时间，同时增益值较小，即对被控参数的影响灵敏度较小。
相反的，药量变化对待测水浊度的影响曲线可以看出，药量变化曲线的时间常数相对来说较小，并且纯滞后时间较小，与此同时增益k=10.08，比水量变化曲线增益大的很多，即对被控参数的影响灵敏度较大。
综上，我们选择药量干扰变化作为控制变量，水量干扰变化和浊度变化干扰作为干扰量。
则：控制变量：
干扰变量：3、调节阀传递函数：
因为控制阀vr为线性阀，其动态滞后忽略不计，动态特性可表示为：
四、 方案确定。
1） 方案一：大滞后过程simth预估计补偿控制系统。
1. 方案选择原因：
首先系统的被控过程纯滞后较大，干扰比较剧烈。simth预估补偿控制是按照对象特性，设计一个模型加入到反馈控制系统，提早估计出对象在扰动作用下的动态响应，提早进行补偿，使控制器提前动作，从而降低超调量，并加速调节过程。
simth预估补偿系统对设定值扰动的控制效果很好；对负荷扰动的控制效果有所改善。
simth预估补偿系统对补偿模型的误差十分敏感，补偿效果取决于补偿器模型的精度。
2. simth预估计补偿控制系统工艺流程图。
simth预估计补偿控制系统工艺流程图。
3. simth预估计补偿控制系统方框图。
simth预估计补偿控制系统方框图。
4. 控制器的正反作用的确定。
1）控制器的正反作用的确定。
a. 首先通过考虑混凝剂矾液的经济性和对人民人身、饮水安全方面考虑，即当系统由于故障的原因调节阀不能正常的接收到控制信号的时候保证设备、人身、饮水安全，要及时的关闭调节阀。所以选择调节阀为气开式。
b. 测量变送器选择正作用。
c. 根据回路构成负反馈的原则，确定调节器为反作用。
2）smith预估计补偿控制器确定。
控制规律的选择。
对于主回路控制器，因为它关系到产品的质量，工艺要求比较严格，只能有较小的残差，所以采用pi或pid调节器，这里，我采用pid调节器，因为过程通道的滞后较大，加入微分调节，有利于提高系统的响应速度。
预估计补偿控制系统广义对象simulink**。
1) simth预估计补偿控制系统。
simth预估计补偿系统完整模型。
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