计算机控制系统课程设计说明书
以上就是对某一特定对象进行计算机控制系统的离散化设计的结果，并通过有限拍无波纹调节器的设计思路和例题，实现了有限拍的设计目的,在系统的典型输入作用下，经过尽可能少的采样周期以后，系统达到稳定。并且，在采样点之间没有纹波。
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第二章 加热炉系统的DDC原则性设计
DDC系统的应用领域十分广泛，如石油、化工、发电、冶金、轻工、制药和建材等领域，现已成为计算机控制的基本系统，按需要构成小、中、大系统。DDC系统功能的发挥取决于应用设计的水平。本章叙述加热炉燃烧系统DDC原则性设计的方法。
DDC系统的设计分为开发设计和应用设计两部分。开发设计是生产最终用户所需的硬件和软件，应用设计时选择被控对象所需的硬件、软件和控制方案。
2.1 DDC系统的开发设计概述
开发者的任务是生产最终用户所需的硬件和软件。首先进行市场调查，了解用户需求；然后进行系统设计，落实具体的技术指标；最后进行制造调试，检验合格后在市场销售。开发设计应遵循标准化、模板化、模块化和系列化的原则。
（1）标准化
标准化是指硬件要符合国际和行业标准规范。例如，设计工业PC要符合PC总线标准,采用通用的元器件，如Intel 80386、80486，Pentium系列CPU，标准的RS-232、RS-422、RS-485、以太网通信接口等。
（2）模板化
硬件模板化是指按系统功能把硬件分成若干个模板。例如，可以把一台工业PC分成主机板、AI板、AO板、DI板、DO板、通信板、总线底板等。
（3）模块化
软件模块化是指按应用软件功能将其分为若干个功能模块，每个模块之间既相互独立又相互联系，若干个模块组合成功能更齐全的模块组。
（4）系列化
系列化是指构成系统的硬件和软件要配套。例如，配置一台工业PC，除了一系列的硬件模板外，还要有安装硬件模板的机箱或机架，另外还有配套的硬盘、软盘、光盘、显示器、键盘、鼠标和打印机等。软件除了Windows操作系统及其配套软件外，还要有配套的 用于工业控制的应用软件或监控组态软件。
开发者为用户提供通用的OEM产品，即初次制造产品，这种开发设计被称为“一次开发”。用户按被控对象的要求选择所需的OEM产品，并组装成计算机控制系统，对生产过程实施控制，这种应用设计被称为“二次开发”。
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2.2 DDC系统的应用设计
应用者的任务是选择满足控制对象所需的硬件和软件，设计控制方案，并用监控组态软件构成可实际运行的控制回路及操作显示画面，通过现场投运调试，满足操作监控要求。应用设计的过程按顺序可以分为可行性研究、初步设计、详细设计、组态设计、应用组态、安装调试、现场投运7个阶段。本文讨论其中的控制方案设计、工程设计和运行调试。
DDC系统的应用设计的目标是把控制系统方案应用于生产过程，实现安全运行，满足控制要求。DDC系统的应用设计的内容是用工程图纸和文字资料描述控制方案的具体方案。下面简略介绍应用设计的原则和内容。
随着DDC系统规模的不断扩大和复杂程度的不断提高，过去那种单一、两个人的手工作坊式的设计方法已不使用，必须依靠许多人分工协调共同完成。为此，人们总结出一系列科学的设计方法，包括规范化设计方法，结构化设计方法和集成化设计方法。
2.2.1应用设计的原则
DDC系统的应用设计人员必须要有正确的设计指导思想、严谨的科学作风、熟练的业务技能和丰富的实践经验，另外还必须符合一系列应用设计规范。为了做好DDC系统的应用设计工作，设计人员应综合考虑下列设计原则。
（1）符合应用设计标准和规范
目前我国石油、化工、电力、冶金等工业部门制定了有关常规仪表控制系统和计算机控制系统的应用设计标准和规定，并出版了设计手册及工具书，可以参照这些标准和规定进行DDC系统的应用设计。
（2）坚持求实和创新精神
创新是为了提高设计的先进性，以利于推动生产过程自动化水平的不断提高。因此，设计人员要勇于开拓进取，充分吸取国内外的先进技术。
（3）处理好技术与经济的关系
设计工作处了要技术上可靠和先进外，还需要考虑经济上的合理性，加强经济论证分析，做多方案的技术与经济比较，以求得良好的综合效益。技术水平的高低应该从工程实际出发，使技术和经济得到辩论的统一。
（4）维护设计的科学性和客观性
设计的依据是来自生产工艺的要求，设计人员应深入生产第一线了解用户需求。为了维护设计的科学性和客观性，设计中采用的基础资料要准确可靠，各种数据和技术条件要
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正确、切合实际。为了保证设计的完整性和严肃性，设计文件要规范化，文件中的文字说明要清楚和确切。图纸要清晰和正确。
（5）协调各个专业之间的关系
DDC系统的应用和设计是整个项目设计的一部分，是能否实现生产过程自动化的关键。尽管DDC系统的应用设计属于自控专业的设计范围，设计人员除了要重视应用设计工作外，还应处理好与外专业之间的相互配合，协调各个专业之间的关系。主要处理好与下述专业的关系：
①自动专业与工艺专业的关系
DDC系统的应用设计人员必须了解工艺的流程及装置布局，熟悉生产过程的控制要求和操作方式。工艺专业设计人员必须向自控专业控制人员提供自控条件和工艺参数。
②自控专业与设备专业的关系
DDC系统的应用设计人员必须了解设备的概况和性能，对关键性设备要了解其工作原理的操作特点。设备专业设计人员必须向自控专业设计人员提供设备控制要求，一次仪表安装位置和设备运行参数。
③自控专业与电气专业的关系
DDC系统的应用设计人员必须向电气专业设计人员提出仪表供电电源等级、供电电压、允许电压波动范围和耗电量，备用电源和不间断电源的供电要求，控制室接地和防干扰要求。
2.2.2应用设计的内容
根据控制方案和设计原则，绘制应用设计图，编写设计说明书。DDC系统的应用设计的主要内容包括以下几点：
（1）管线仪表设备（PID）位号图 （2）现场仪表设备选型 （3）计算机设备选型 （4）安装接线图
（5）控制系统的组态文档
2.2.3 加热炉DDC系统的控制方案设计
DDC系统的控制方案的设计必须针对某个生产过程或被控对象，下面仅以加热炉燃烧控制为例来讨论。根据已知条件，对某加热炉燃烧系统进行DDC原则性设计，使加热炉能环
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保经济的运行。
1．炉温并行串级控制方案
一般串级控制中主调节器只对应一个副调节器，若同时对应两个副调节器，那就构成并行串级控制。炉膛温度、燃料流量和空气流量并行串级控制系统如图2-1所示，炉膛温度为主控参数，燃料流量和空气流量为副控参数。炉膛温度主调节器TC的输出直接作为燃料流量副调节器FFC的给定值，同时经过空燃比运算器ｒ运算后，作为空气流量副调节器FAC的给定值。通过调整ｒ，可以改变空气和燃料的配比关系。
图2-1 炉温并行串级控制系统
为了使燃料充分燃烧必须供给足够量的空气，即保证一定的剩余空气系数μ或空燃比ｒ，其定义分别为
??Fa(2-1) A0FfFaFamax(2-2)
FfFfmaxr?其中，Fa和Famax分别为空气流量的测量值和最大值，Ff和Ffmax分别为燃料流量的测量值和最大值，A0为单位体积或质量的燃料完全燃烧所需的理论空气量。
空燃比ｒ与剩余空气系数μ的关系为
????(2-3)
其中，β为量程修正系数，它的计算式为
??A0FfmaxFamax(2-4)
剩余空气系数μ的理论值是1，此时燃烧后排放的烟气中氧含量为零，称为最佳燃烧。这种理想情况很难达到，一般选用μ＝1.02～1.10。通过测量烟气含氧量O2来分析燃烧优
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