【正文】 開拓了控制理論中最優(yōu)控制理論這一新的領(lǐng)域?？臻g技術(shù)的發(fā)展迫切要求建立新的控制原理，以解決諸如把宇宙火箭和人造衛(wèi)星用最少燃料或最短時間準確地發(fā)射到預(yù)定軌道一類的控制問題。現(xiàn)代控制理論比經(jīng)典控制理論所能處理的控制問題要廣泛得多，包括線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)，單變量系統(tǒng)和多變量系統(tǒng)。而現(xiàn)代控制理論主要用來解決多輸入多輸出和時變系統(tǒng)的問題，它的數(shù)學(xué)模型是用一個一階微分方程組(即狀態(tài)方程)或差分方程組來描述，是一種時域表示方法。專家系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程、故障診斷和監(jiān)督控制以及檢測儀表有效性檢測等方面獲得成功應(yīng)用。第三階段:高級階段。第二階段 :發(fā)展階段。第一階段 :初級階段。因此，研究一種最佳的電鍋爐控制方法，對提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性，穩(wěn)定性具有重要的意義。鍋爐控制作為過程控制的一個典型，動態(tài)特性具有大慣性大延遲的特點，而且伴有非線性。本文主要研究電鍋爐溫度控制的方法。溫度測量是溫度控制的基礎(chǔ)，技術(shù)己經(jīng)比較成熟。 parameters tuning。關(guān)鍵詞：溫度控制 參數(shù)整定 仿真Simulation on PID Control System ofTemperature for Electric BoilerAbstract：Temperature control is a topic full of new meanings in industry,to diferent control object, there are diferent methods and modes. But it is difficult to control well because of characteristics of the temperature itself, such as its great inertia, serious timelag and the difficulty to establisha naccuratem athematical model of the object. A duty in this thesis is to study a kind of appropriate control method to the temperature ofthe electric 39。PID控制的重點是參數(shù)的調(diào)節(jié)，本文利用人工整定方法對參數(shù)進行整定。溫度系統(tǒng)的慣性大，滯后現(xiàn)象嚴重，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，給控制過程帶來很大的難題。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得安陽工學(xué)院及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。本文以電鍋爐為研究對象，研究一種最佳的控制方案，以達到系統(tǒng)穩(wěn)定，調(diào)節(jié)時間短且超調(diào)量小的性能指標(biāo)。借助matlab中的Simulink工具箱對電鍋爐PID控制系統(tǒng)進行仿真分析。 technology requirement are:regulating time must be short,overshoot must be small and the control system must be stable.The method of the electric boiler control is studied deeply by the is PID of temperature PID controller is to control the object by thlinearbination of temperature deviation39。 simulation 第1章引言 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，控制對象各種各樣，溫度是生產(chǎn)過程和科學(xué)實驗普遍而且重要的物理參數(shù)之一。由于控制對象越來越復(fù)雜，在溫度控制方面，還存在著許多問題。電鍋爐是將電能轉(zhuǎn)換為熱能的能量轉(zhuǎn)換裝置。目前國內(nèi)電熱鍋爐控制大都采用的是開關(guān)式控制，甚至是人工控制方法。工業(yè)控制的形成和發(fā)展在理論上經(jīng)歷了三個階段:50年代末起到70年為第一階段，即經(jīng)典控制理論階段，這期間既是經(jīng)典控制理論應(yīng)用發(fā)展的鼎盛時期，又是現(xiàn)代控制理論應(yīng)用和發(fā)展時期。它以經(jīng)典控制理論為主要控制方案，采用常規(guī)氣動、液動和電動儀表，對生產(chǎn)過程中的溫度、流量、壓力和液位進行控制。以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)，以微型計算機和高檔儀器為工具，對復(fù)雜現(xiàn)象進行控制。不論從歷史和現(xiàn)狀，還是從發(fā)展的必要性和可能性來看，控制方法主要朝著綜合化、智能化方向發(fā)展。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則可為復(fù)雜非線性過程的建模提供有效的方法，進而可用于過程軟測量和控制系統(tǒng)的設(shè)計上。這兩種方法在精確數(shù)學(xué)模型的自動控制系統(tǒng)中發(fā)揮了巨大的作用，并取得了令人滿意的控制效果。它所采用的方法和算法也更適合于在數(shù)字計算機上進行。這類控制問題十分復(fù)雜，采用經(jīng)典控制理論難以解決。1960～1961年，因而有可能有效地考慮控制問題中所存在的隨機噪聲的影響，把控制理論的研究范圍擴大，包括了更為復(fù)雜的控制問題。到60年代初，一套以狀態(tài)空間法、極大值原理、動態(tài)規(guī)劃、卡爾曼布什濾波為基礎(chǔ)的分析和設(shè)計控制系統(tǒng)的新的原理和方法已經(jīng)確立，這標(biāo)志著現(xiàn)代控制理論的形成。最優(yōu)控制理論的研究范圍正在不斷擴大，諸如大系統(tǒng)的最優(yōu)控制、分布參數(shù)系統(tǒng)的最優(yōu)控制等。非線性既有非本質(zhì)的非線性，又有本質(zhì)非線性。1987年智能控制正式成為一門獨立的學(xué)科，它是人工智能、運籌學(xué)和自動控制理論等多學(xué)科相結(jié)合的交叉學(xué)科。其主要優(yōu)點是層次結(jié)構(gòu)、控制方法和知識表達上的靈活性較強，既可以符號推理，又允許模糊描述演繹。其特點是自下而上智能遞增而精度遞減，即執(zhí)行級用于高精度局部控制，協(xié)調(diào)級用于知識和實際輸出調(diào)整執(zhí)行級中的控制參數(shù)，而組織級進行推理決策和自主學(xué)習(xí)。這些都為智能控制技術(shù)的應(yīng)用提供了廣闊的前景。因為對于復(fù)雜的生產(chǎn)過程很難得到過程的精確數(shù)學(xué)模型，而語言方法卻是一種很方便的近似。神經(jīng)元的數(shù)學(xué)模型是由McClulcoh和Piet 兩位科學(xué)家在1934 年首先提出來的。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模以其獨特的非傳統(tǒng)表達方式和固定的學(xué)習(xí)能力實現(xiàn)系統(tǒng)輸入輸出的映射，并在短時間內(nèi)得到迅速發(fā)展。它避開了建立精確的數(shù)學(xué)模型和用常規(guī)控制理論進行定量計算與分析的困難性。 由于智能控制不依賴于對象模型，智能行為表現(xiàn)為從系統(tǒng)輸入到輸出的映射關(guān)系，即使輸入時系統(tǒng)從未有過的例子，系統(tǒng)通過插補、歸類等方法，也能給出適當(dāng)?shù)妮敵?。在各種儀表高速發(fā)展的今天，控制裝置己經(jīng)不是主要問題，影響被控對象性能指標(biāo)的主要因素取決于控制器本身，控制器本身的智能化設(shè)計將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率。，設(shè)計一個智能溫度控制器，包括:總體方案設(shè)計、部分軟件設(shè)計、系統(tǒng)仿真等。目前國內(nèi)外生產(chǎn)的電鍋爐有很多種型式，從整體結(jié)構(gòu)上分有立式、臥式、多單元式等:從傳熱介質(zhì)上分有熱水鍋爐、蒸汽鍋爐和有機載體鍋爐。 ，水的飽和溫度為144℃ ，最高水溫95℃使鍋爐遠離了工作壓力下的飽和溫度及加熱元件表面的過度沸騰難以控制的現(xiàn)象，同時，95℃ 的水溫基本上不產(chǎn)生蒸汽。通過水位的判別，調(diào)節(jié)補水閥的起、停。當(dāng)計算得到的數(shù)值結(jié)果與測試值之間的誤差較大時，就認為該數(shù)學(xué)模型與實際的過程不符或者差距較大，進而修改模型，重新選擇參數(shù)。 對象的純滯后時間。 間 常 數(shù)T 時間常數(shù)T的大小反映了對象受到階躍干擾后，被控量達到新的穩(wěn)定值的快慢程度，即時間常數(shù)T是表示對象慣性大小的物理量。這種方法主要存在以下幾個問題:① 在實際工程中達不到理想的控制效果，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不好.② 由于系統(tǒng)只是采用簡單的開關(guān)量啟動或關(guān)閉，使系統(tǒng)出現(xiàn)反復(fù)振蕩，且對電網(wǎng)產(chǎn)生很大沖擊，運行成本很高。PID控制在生產(chǎn)過程中是一種被普遍采用的控制方法，是一種比例、積分、微分并聯(lián)控制器。雖然很多工業(yè)過程是非線性或時變的，但通過對其簡化可以變成基本線性和動態(tài)特性不隨時間變化的系統(tǒng)，這樣PID就可控制了。PID是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的一種控制方式，PID調(diào)節(jié)儀表也是工業(yè)控制中最常用的儀表之一，PID 適用于需要進行高精度測量控制的系統(tǒng)，可根據(jù)被控對象自動演算出最佳PID控制參數(shù)。e(t)—— 控制器的輸入，給定值與被控對象輸出值的差，即偏差信號；e(t)——比例控制項，Kp為比例系數(shù)。隨著比例系數(shù)凡的增大，穩(wěn)定誤差逐漸減小，但同時動態(tài)性能變差，振蕩比較嚴重，超調(diào)量增大。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)，時間常數(shù)越大積分作用越弱，反之越強。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。 3. 微分環(huán)節(jié) 微分環(huán)節(jié)的引入是為了改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)速度，它可以預(yù)測將來，能反映偏差信號的變化趨勢，并能在偏差信號值變太大之前，在系統(tǒng)引入一個有效的早期修正信號，從而加速系統(tǒng)的動態(tài)速度，減小調(diào)節(jié)時間。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。進入計算機的連續(xù)時間信號，必須經(jīng)過采樣和量化后，變成數(shù)字量，才能進入計算機的存儲器和寄存器，而在數(shù)字計算機中的計算和處理，不論是積分還是微分，只能用數(shù)值計算去逼近。PID控制器參數(shù)整定的方法有很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。PID控制器參數(shù)的工程整定法，主要有臨界比例法，反應(yīng)曲線和衰減。利用該方法進行PID控制參數(shù)的整定步驟如下：（1）首先預(yù)選一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；（2）僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；（3）在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。D是消除靜態(tài)誤差的，一般D設(shè)置都比較小，而且對系統(tǒng)的影響比較小?；陬l域的設(shè)計在一定程度上回避了精確的系統(tǒng)建模，而且有較為明顯確的物理意義，比常規(guī)的PID控制可適應(yīng)的場合更多。 在使用模擬控制器時，由于各行各業(yè)應(yīng)用對象的特性是不相同的，如對象很敏感，或被控流量常是脈動狀態(tài)時，就不應(yīng)再用微分功能了，否則會使脈動信號變化加劇。而對時間常數(shù)較大的被控對象，在階躍響應(yīng)作用下，偏差通常不會在幾個采樣周期內(nèi)消除掉，積分項的作用就可能使輸出值超過正常范圍，造成較大的超調(diào)。 數(shù)字PID控制器的輸入量是系統(tǒng)的給定值r和系統(tǒng)實際輸出y的偏差值e。在PID控制算法中，差分項對數(shù)據(jù)誤差和干擾特別敏感。本文在分析電鍋爐溫度控制系統(tǒng)特點的基礎(chǔ)上，提出用一階慣性滯后環(huán)節(jié)來描述溫控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。本章通過對系統(tǒng)采用不同的參數(shù)調(diào)整策略，得出它們各自的仿真結(jié)果，然后進行分析比較，從中找出一個合乎要求的解決方案。 ① 自由升溫段:要求鍋爐水溫快速升至溫度設(shè)定值。曲線上變化最快處作切線，與t軸交于B點，交穩(wěn)態(tài)值的漸近線于A點，A點在t軸的投影為C點，則OB為過程量滯后時間，BC為過程的時間常數(shù)T，此處分別為122s和120s。 MATLAB簡介 MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)