论文总字数：22303字

摘 要

换热器作为一种标准的热交换设备，在工业生产中得到了广泛的应用。以管壳式换热器为例，冷流体和热流体通过流体对流传导，进行热量传递，从而使换热器出口的温度达到工艺要求。该系统具有非线性等特点，传统的控制系统不能满足控制系统的要求。由于控制系统的单一的控制方式和生产工业的控制效果不理想，传热效率低，产生了巨大的能量浪费。提高该系统的运行性能，增加传热效率，对于减缓资源紧缺，具有深远的意义。

基于对温度控制方案的改进。本文首先对目前换热器的运行控制现状进行了分析，得到控制系统的特点。从而发现了制约控制效果的原因。然后对被控对象的静、动态特性做了具体的探究，并建立了数学模型，为下一步改进控制方案提供了理论基础。再根据现有的控制方案的缺陷，提出了串级控制方案。最后将仿真的结果放在了GUI用户界面中进行了显示，对仿真结果进行了分析，结果显示Simth—Fuzzy控制方案，控制效果优于其他方案。

关键词：换热器温度控制；PID控制；模糊控制；仿真

The heat exchanger based on MATLAB simulation of temperature control

Abstract

Heat exchanger as a standard heat exchange equipment, industrial production has been widely used. In shell and tube heat exchangers, for example, the cold fluid and hot fluid through the fluid convection conduction, heat transfer carried out so that the heat exchanger outlet temperature reaches process requirements. The system has non-linear characteristics, the conventional control system can not meet the requirements of the control system. Since the control effect of the current control mode and the production of industrial control system is not ideal, low thermal efficiency, resulting in a huge waste of energy. Improve the operating performance of the system, increasing the heat transfer efficiency, slowing the scarcity of resources, it has far-reaching significance.

Based on the temperature control program improvements. Firstly, the current status of the control operation of the heat exchanger were analyzed, the characteristics of the control system. To discover the reason for restricting the control effect. Then the controlled object static and dynamic characteristics made specific inquiry, and a mathematical model for the further improvement of the control program provides a theoretical basis. According to another defect existing control scheme is proposed cascade control scheme. Finally, the simulation results on the GUI user interface has been displayed, the simulation results were analyzed, the results show Simth-Fuzzy control program, control is better than other programs.

Key words: heat exchanger temperature control; PID control; fuzzy control; simulation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 选题的背景及意义 1

1.2换热器的温度控制概述 1

1.2.1 换热器简介 1

1.2.2换热器运行控制的现状 2

1.3课题的主要任务及意义 3

第二章 换热系统的数学模型 5

2.1 换热器过程控制系统分析 5

2.2 信号的检测及参数关系 6

2.2.1 流量信号的检测 6

2.2.2 温度信号的检测 6

2.2.3 执行机构的输入输出关系 6

2.3 换热器特性分析 7

2.3.1换热器的静态特性分析 7

2.3.2换热器的动态特性 10

2.4离心泵控制模型 12

2.4.1 系统组成概述 12

2.4.2离心泵的动态特性 13

第三章 换热器温度控制系统分析及方案设计 15

3.1 换热器温度控制系统分析 15

3.2 控制模型的选择 17

3.2.1 副回路控制模型的选择 17

3.2.2主回路控制模型的选择 17

第四章 换热器控制系统控制算法 19

4.1 模糊控制理论 19

4.1.1 模糊控制概述 19

4.2基本模糊控制器的设计 20

4.2.1 模糊化过程 20

4.2.2 模糊化方法 21

4.2.3 建立模糊控制器的控制规则 22

4.2.4 模糊推理与模糊判决 23

4.3 模糊PID控制算法实现 23

4.3.1 PID控制原理及模糊PID控制原理图 23

4.3.2模糊参数自整定原则 25

4.3.3 各变量隶属度函数的确定 25

4.3.4建立模糊规则表 26

4.3.5 模糊PID控制器的MATLAB实现 27

4.4 Smith—Fuzzy串级控制算法的实现 32

4.4.1 Smith预估补偿的原理 32

4.4.3换热器出口温度Smith—Fuzzy控制实现 34

第五章 换热器温度控制系统仿真及结果分析 37

5.1基于换热器出口水温控制系统的仿真 37

5.2换热器温度控制系统仿真分析 41

第六章 结束语 43

参 考 文 献 44

致 谢 47

第一章 绪 论

1.1 选题的背景及意义

换热器在各个领域中得到大量的应用，而且具有具有重要的地位。如发电厂，装有热水器、燃油加热器等一系列的换热器，换热设备的投入比重占到总投入的70%；在集中供热系统中，它已经变成了不可或缺的一部分。

换热器在升级节省能耗技术的进程中有着重要的影响，其优势主要体现在两个方面：一是在生产过程中使用，可以提升这些设备的使用效率，减少能耗；二是用来回收集工业中生产的余热，能够很好地提升设备的热能利用率。由于工业的持续发展，对能源的各方面的需求也在不停的提升，所以不止对其质量的需求不断加强，对它的品质要求也不断提升。

1.2换热器的温度控制概述

1.2.1 换热器简介

根据原理和热交换方法大致分为三类，其中间壁式的使用范围最广。

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