【正文】 幅值裕度 Gm=，相角裕度Pm=176。 圖 43 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 如圖 43所示。先讓 0IK? ,調(diào)整 PK 使系統(tǒng)等幅振蕩，即系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)，使系統(tǒng)等幅振蕩的 PK ，就是系統(tǒng)的臨界比例系數(shù) PcrK ，而臨界比例帶 1/k pcrK? ? 。 首先找出使系統(tǒng)等幅振蕩的比例系數(shù)，如圖 44所示使主動(dòng)量控制系統(tǒng)等幅振蕩的 Simulink 框圖，讓 0IK? ,調(diào)整 PK 使系統(tǒng)等幅振蕩（實(shí)驗(yàn)法可得使 PK 為 附近時(shí)系統(tǒng)處于等幅 振蕩）。主動(dòng)量閉環(huán)控制系統(tǒng) Simulink 框圖如圖 46 所示，其閉環(huán)控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)如圖 47所示。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 32 圖 48 ? ， ? 時(shí)，主動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng) Simulink 框圖 圖 49 ? ， ? 時(shí)，主動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 可見(jiàn)，此時(shí)仍存在小的超調(diào)，還不夠理想。 與主動(dòng)量控制器參數(shù)整定相同，首先找出使系統(tǒng)等幅振蕩的比例系數(shù)，如圖 412 所示使從動(dòng)量控制系統(tǒng)等幅振蕩的 Simulink 框圖，讓 0IK? ,調(diào)整 PK 使系統(tǒng)等幅振蕩（使 PK 為 附近時(shí)系統(tǒng)處于等幅振蕩）。 整定后，主動(dòng)量閉環(huán)控制系統(tǒng) Simulink 框圖如圖 414 所示，其閉環(huán)控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)如圖 415 所示。 圖 416 ? ， ? 時(shí)，從動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng) Simulink 框圖 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 35 圖 417 ? ， ? 時(shí)，從動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 可見(jiàn)，此時(shí)仍存在小的超調(diào)，還不夠理想。 雙閉環(huán)比值控制過(guò)程相當(dāng)于從動(dòng)量隨主動(dòng)量變化的隨動(dòng)控制過(guò)程。 而主動(dòng)量響應(yīng)也保持主動(dòng)量所給的值 5。如圖 422 為其 Simulink 框圖，響應(yīng)結(jié)果為圖 423所示 圖 422 調(diào)整參數(shù)后的雙閉環(huán) Simulink 框圖 圖 423 調(diào)整參數(shù)后雙閉環(huán) Simulink 仿真結(jié)果 對(duì)比圖 421 與圖 423我們可以發(fā)現(xiàn)圖 423 響應(yīng)的結(jié)果參數(shù)要比圖 421 好。 如圖 424為雙閉環(huán)系統(tǒng)主、從動(dòng)量加入階躍隨機(jī)擾動(dòng)的 Simulink 框圖，其仿真的結(jié)果圖如圖 425所示。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 39 綜上分析，我們也驗(yàn)證了雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)在控制過(guò)程中，若主動(dòng)量受到干擾發(fā)生波動(dòng)，則主動(dòng)量回路對(duì)其進(jìn)行定值控制， 使主動(dòng)量始終穩(wěn)定在給定值附近，同時(shí)從動(dòng)量控制回路也會(huì)隨主動(dòng)量的波動(dòng)進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)從動(dòng)量受到擾動(dòng)發(fā)生波動(dòng)時(shí)，從動(dòng)量控制回路對(duì)其進(jìn)行定值控制，使從動(dòng)量始終穩(wěn)定在定值附近，而主動(dòng)控制回路不受從動(dòng)量波動(dòng)的影響。 結(jié) 論 綜上，我們可以知道 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)適用于主副流量擾動(dòng)頻繁，負(fù)荷變化較大，同時(shí)保證主、副物料總量恒定的生產(chǎn)過(guò)程。對(duì)安全生產(chǎn)影響次要的物料，使它受控及時(shí)，調(diào)整方便，滯后時(shí)間非常短。這樣就達(dá)到了許多生產(chǎn)上的要求，并且雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。同時(shí) 也對(duì)比值控制系統(tǒng)有了一定程度的了解 ，使我能夠把所學(xué)過(guò)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中。 胡琳靜老師 平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，中期論文的修改，后期 論文格式 調(diào)整等各個(gè)環(huán)節(jié)中都給予了 很大的幫助 。 十三周的畢業(yè)設(shè)計(jì)使我獲益頗多， 我得到了很多老師和同學(xué)的幫助 。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 41 參考文獻(xiàn) [1] 李遵基主編 .熱工自動(dòng)控制系統(tǒng) .北京 .中國(guó)電力出 版社 .1997： 4760 [2] 王云亮等著 .MATLAB 語(yǔ)言與自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .北京 .機(jī)械工業(yè)出版社 .2020：104147 [3] 章衛(wèi)國(guó)等著 .自動(dòng)化專業(yè)英語(yǔ) .武漢 .武漢理工大學(xué)出版社 .2020： 178350 [4] 欣斯基著 .方崇智譯 .過(guò)程控制系統(tǒng) .北京 .化學(xué)工業(yè)出版社 .1982： 8095 [5] 邵欲森， 巴筱云等 .過(guò)程控制系統(tǒng)及儀表 .北京 .機(jī)械工業(yè)出版社 .1999： 6585 [6] 金以慧 .過(guò)程控制 .北京 .清華大學(xué)出版社 .1993： 4550 [7] 黃忠霖著 .控制系統(tǒng) MATLAB 計(jì)算及仿 真 .北京 .國(guó)防工業(yè)出版社 .2020： 35106 [8] 張發(fā)文著 .熱工過(guò)程控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試 .北京 .中國(guó)電力出版社 .1997： 5793 [9] 胡壽松 .自動(dòng)控制原理 .北京 .科技出版社 .2020:214266 [10] 吳永生 .熱工測(cè)量及儀表 .北京 .中國(guó)電力出版社 .1995： 222230 [11] 羅萬(wàn)金 .電廠熱工過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié) .北京 .水力水電出版社 .1990 [12] 薛定宇著 .反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析 MATLAB 語(yǔ)言應(yīng)用 .北京 .第一版清華大學(xué) 出版社 .2020： 15134 [13] 洪 乃剛編著 .電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的 MATLAB 計(jì)算及仿真 .北京 :機(jī)械工 業(yè)出版社 .2020 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 42 [14] Cheres and medium size drum boiler models suitable for long term dynamic response IEEE Transaction on Energy ： 15～ 31 [15] Chen MS. 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New York. ： 6075 附 錄 一、二章中所涉及的 SAMA 圖如下： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 43 謝 辭 尊敬的各位老師： 您們好！在您的辛勤指導(dǎo)和同組同學(xué)熱心幫助下，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)已順利的完成了。 我們看到，系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)選擇最佳參數(shù)使系統(tǒng)較快的達(dá)到穩(wěn)定，穩(wěn)定后選擇穩(wěn)定性好的參數(shù)而后根據(jù)不同的擾動(dòng)選擇參數(shù)，面對(duì) 單位擾動(dòng)時(shí)仍使用穩(wěn)定性好的參數(shù)，受到較大的單位隨機(jī)擾動(dòng)時(shí)，選擇最佳系統(tǒng)參數(shù)使系統(tǒng)盡快恢復(fù)穩(wěn)定。 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中，主、從動(dòng)物料的選?。?(1)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中，主動(dòng)物料的選擇一定要基于安全生產(chǎn)的角度，選擇對(duì)安全生產(chǎn)有影響的、制約正常生產(chǎn)的物料。 主動(dòng)量與從動(dòng)量在 t=0s 時(shí)同時(shí)加單位隨機(jī)擾動(dòng)，看系統(tǒng)是否可以自我調(diào)節(jié)，達(dá)到預(yù)期效果，如圖 426為雙閉環(huán)系統(tǒng)主、從動(dòng)量加入單位隨機(jī)擾動(dòng)的 Simulink 框圖，得到仿真曲線如圖 427圖所示。 圖 425 主、從動(dòng)量不 同時(shí)刻加階躍隨機(jī)擾動(dòng)的雙閉環(huán) Simulink 仿真結(jié)果 如圖 425 所示，我們可以得到： 1000s 時(shí)從動(dòng)量受階躍擾動(dòng)，此時(shí)主動(dòng)量控制響應(yīng)沒(méi)有受影響，而是維持在給定值 5不變，而從動(dòng)量跟隨值在受單位階躍擾動(dòng)的瞬時(shí)有小的變化，此后維持在給定值的 4倍處。 現(xiàn)在我們知道沒(méi)有隨機(jī)擾動(dòng)時(shí)系統(tǒng)控制性能很好，現(xiàn)在我們給主動(dòng)量和從動(dòng)量都加入單位隨機(jī)擾動(dòng)量，看系統(tǒng)有無(wú)自動(dòng)的調(diào)節(jié)能力，最后輸出能否跟隨輸入變化。也就是試探法得到的從動(dòng)量調(diào)節(jié)器的參數(shù)不是最好的結(jié)果。其 Simulink 框圖運(yùn)行的結(jié)果如圖 421 所示。 圖 418 ? ， ? 時(shí)，從動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng) Simulink 框圖 圖 419 ? ， ? 時(shí)，從動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 可見(jiàn)當(dāng) ? ， ? 時(shí)，系統(tǒng)處于臨界振蕩狀態(tài)，此時(shí)響應(yīng)曲線無(wú)超調(diào)，達(dá)到最佳狀態(tài)。但超調(diào)過(guò)大，當(dāng)外界干擾較強(qiáng)時(shí)系統(tǒng)可控性變差。 圖 412 從動(dòng)量控制系統(tǒng)等幅振蕩的 Simulink 框圖 圖 413 從動(dòng)量控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)等幅振蕩 此時(shí)， pcrKK??，由圖知，振蕩周期 ? ，則由式（ 41）、（ 42）、（ 43）可以確定從動(dòng)量的 PI 調(diào)節(jié)器。 圖 410 ? ， ? 時(shí)，主動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng) Simulink 框圖 圖 411 ? ， ? 時(shí)，主動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 由圖可知，調(diào)節(jié) ? ， ? 時(shí)，系統(tǒng)基本達(dá)到振蕩臨界要求，即無(wú)超調(diào)的理想曲線。下面我們用試探法調(diào)節(jié) PI 調(diào)節(jié)器的參數(shù)，讓 pK 減小為 ， IK 為 。 圖 44 主動(dòng)量控制系統(tǒng)等幅振蕩的 Simulink 框圖 圖 45 主動(dòng)量控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)等幅振蕩 此時(shí)， pcrKK??，由圖知，振蕩周期 19kTs? ，則： 1/k pcrK? ? （ 41） （ 42） ? （ 43） k???內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 31 那么， PI 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)可以確定為1 0 .8 5 0 .0 4()c sGs s?? （比例系數(shù) ? ， iKKsT?? ）。下面我們來(lái)分別整定主動(dòng)量和從動(dòng)量控制器的參數(shù)。 ⑶整定主動(dòng)量和從動(dòng)量控制器參數(shù)。） ⑵ 選擇控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)器形式。 G12=G1*G2。den1=conv([10,1],[20,1])。 圖 41 主動(dòng)量無(wú)調(diào)節(jié)器開環(huán)系統(tǒng) Bode 圖 由主動(dòng)量無(wú)調(diào)節(jié)器開環(huán)系統(tǒng) Bode 圖可知，系統(tǒng)幅值裕度 Gm=，相角裕度Pm=176。 G2=tf(num2,den2)。 應(yīng)用頻域特性分析法，繪制 Bode 圖，其 MATLAB 程序如下： num1=3。首先我們要進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、選擇控制模型?；蚍翟６?Gm1，表示系統(tǒng)不穩(wěn)定。 應(yīng)用 MATLAB 提高的上述頻域仿真函數(shù)與其他函數(shù)命令，語(yǔ)句編制成 MATLAB程序，這種 MATLAB 程序，這種 MATLAB 的指令方式下進(jìn)行頻域仿真同樣是最常用的實(shí)驗(yàn)方法。這三種曲線就是頻域分析的三種工具。頻域 分析法是自動(dòng)控制中應(yīng)用的又一種數(shù)學(xué)模型 — 頻域特性來(lái)研究系統(tǒng)控制過(guò)程性能（穩(wěn)定性、快速性及穩(wěn)態(tài)精度）的方法。這對(duì) DEH系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行中參數(shù)的整定、修改起到了預(yù)測(cè)和指導(dǎo)作用。 MATLAB是Mathworks公司于 1982年推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件，它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便的、界面友好的用戶環(huán)境。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 25 第四章 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 MATLAB 概述 火電廠是高度重視安全生產(chǎn)的企業(yè)之一，控制系統(tǒng)一旦投入運(yùn)行，是不允許無(wú)關(guān)人員隨便亂動(dòng)的。因?yàn)閺膭?dòng)量回路通過(guò)比值器和主動(dòng)量回路發(fā)生聯(lián)系。 ㈡ 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 主流量控制環(huán)實(shí)現(xiàn)定值控制，從流量控制環(huán)實(shí)現(xiàn)自身的穩(wěn)定控制和對(duì)主流量變化的跟蹤，從而實(shí)現(xiàn)主、從流量的比值恒定。故應(yīng)采用 PI 控制方式，并將過(guò)渡過(guò)程整定成非周期臨界情況，這時(shí)過(guò)渡過(guò)程既不振蕩反應(yīng)又快。如此反復(fù)試湊，直到有一組合適的積分時(shí)間和比例帶。 2） 將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間 iT 由最大調(diào)整到某一值，由于積分時(shí)間的引入使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，這時(shí)應(yīng)將比例帶 ? 值適當(dāng)增大，一般為純比例作用的 倍。經(jīng)驗(yàn)法可以說(shuō)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)試湊的方法，它首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置一組調(diào)節(jié)器參數(shù)，然后將系統(tǒng)內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 23 投入閉環(huán)運(yùn)行，待系統(tǒng)穩(wěn)定后作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過(guò)程；如果過(guò)渡過(guò)程不令人滿意，則修改調(diào)節(jié)器參數(shù)，再作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過(guò)程；反復(fù)上述試驗(yàn)，直到調(diào)節(jié)過(guò)程滿意為 止。從表 32可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于 ?? ，采用比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律時(shí)相對(duì)于采用比例調(diào)節(jié)規(guī)律是引入了積分作用，因此系統(tǒng)的穩(wěn)定性將下降，仍然能得到 ?? 的衰減率，就須將 s? 放大 倍后作為比例積分調(diào)節(jié)器的比例帶值。記錄下 4:1（或 10:1）的衰減振蕩過(guò)程曲線。 衰減曲線法 衰減曲線法是在總結(jié)臨界比例帶法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它是利用比例作用下產(chǎn)生的 4:1 衰減振蕩（ ?? ）過(guò)程時(shí)調(diào)節(jié)器比例帶 s? 即過(guò)程上升時(shí)間 rt ，據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 22 計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。一般振蕩持續(xù) 4～ 5個(gè)振幅即可，試驗(yàn)記錄曲線。 臨界比例帶法 臨界比例帶法又稱邊界穩(wěn)定法，其要點(diǎn)是將調(diào)節(jié)器設(shè)置成純比例作用，將系統(tǒng)投