【正文】 進(jìn)行分析研究，從而避免了對(duì)系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整的盲目性，使DEH系統(tǒng)各部分的動(dòng)態(tài)過程完整地呈現(xiàn)出來。它是通過研究對(duì)系統(tǒng)正弦輸入信號(hào)下的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性來分析系統(tǒng)的。頻域分析里主要用到三種曲線：Bode圖，Nyquist曲線，Nichols曲線。借助計(jì)算機(jī)及其軟件，特別是利用MATLAB軟件提供的頻域分析的函數(shù)，能夠方便、簡(jiǎn)單、快捷地繪制曲線，并計(jì)算出頻域性能指標(biāo)，還可以借助這些曲線對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析?；蚍翟６菺m1，表示系統(tǒng)穩(wěn)定；相角裕度Pm0176。已知：雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的主動(dòng)控制量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和從動(dòng)量控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型如下: 現(xiàn)在我們就其所給的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真。① 主動(dòng)量無調(diào)節(jié)器的開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性。 [num2,den2]=pade(5,10)。在執(zhí)行以下語句： margin(G12)我們可得到主動(dòng)量無調(diào)節(jié)器的開環(huán)Bode圖，如圖41所示為主動(dòng)量無調(diào)節(jié)器的開環(huán)Bode圖。仍采用頻域分析法，其MATLAB程序如下： num1=3。 G2=tf(num2,den2)?？梢姡到y(tǒng)是穩(wěn)定的（Gm1,Pm0176。其中代表比值，即雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中的比值系數(shù)，在此我們?cè)O(shè)定為4，和分別為主動(dòng)量控制環(huán)和從動(dòng)量控制環(huán)控制器 ，按前述分析取為PI調(diào)節(jié)器形式。由系統(tǒng)等幅振蕩的圖形，我們可以讀出系統(tǒng)等幅振蕩的周期，這樣，根據(jù)表的計(jì)算公式和及可以確定PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)。其階躍響應(yīng)等幅振蕩如圖45所示。圖46 臨界曲線整定后主動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)Simulink框圖圖47 整定后主動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線由圖47所示階躍響應(yīng)，我們可以得出系統(tǒng)有約25%30%的超調(diào)量，為了使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能更加完善，我們進(jìn)一步調(diào)整系統(tǒng)中的PI參數(shù)，使曲線處于振蕩與不振蕩的邊界。我們繼續(xù)調(diào)節(jié)，圖410為其Simulink框圖，則可得到則得到圖411所示的響應(yīng)曲線。此時(shí)，其階躍響應(yīng)等幅振蕩如圖413所示。 圖414 臨界曲線整定后從動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)Simulink框圖圖415 整定后從主動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線可見，系統(tǒng)有約50%以上的超調(diào)量，系統(tǒng)響應(yīng)較快，且無常值偏差。我們繼續(xù)調(diào)節(jié)，圖418為其Simulink框圖，則可得到則得到圖419所示的響應(yīng)曲線。以上我們已經(jīng)根據(jù)所給的主、從動(dòng)量控制參數(shù)確定了PI參數(shù)，現(xiàn)假定主動(dòng)量給定值為5，主動(dòng)量和從動(dòng)量的比值根據(jù)工藝要求及測(cè)量?jī)x表假定為4，則系統(tǒng)控制過程Simulink仿真框圖如圖420所示。但我們還可以看出初始時(shí)間從動(dòng)量響應(yīng)有一個(gè)負(fù)的“超調(diào)量”，并沒有立刻達(dá)到終值20，這可能是我們?cè)谠O(shè)計(jì)的過程中沒有保證從動(dòng)量控制環(huán)要比主流量控制環(huán)快，這樣不能使從流量控制環(huán)跟隨主流量控制環(huán)而變化。初始時(shí)間從動(dòng)量即跟隨主動(dòng)量，且從動(dòng)量跟隨主動(dòng)量時(shí)波動(dòng)較小。圖424 加隨機(jī)擾動(dòng)的雙閉環(huán)Simulink框圖主動(dòng)量在2000s以后加單位階躍擾動(dòng)，從動(dòng)量在1000s以后加單位階躍隨機(jī)擾動(dòng)，下面我們觀察所得到的曲線圖，如圖425所示。② 主動(dòng)量與從動(dòng)量在同一時(shí)刻加隨機(jī)擾動(dòng)。在控制過程中，當(dāng)需要調(diào)整負(fù)荷時(shí)，只要改變主動(dòng)量回路控制器的給定值，就可同步調(diào)整主動(dòng)量和從動(dòng)量，并保持主動(dòng)量和從動(dòng)量的比值不變。上述設(shè)計(jì)的雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)投運(yùn)后，控制平穩(wěn)，基本上滿足了生產(chǎn)控制要求。本文在設(shè)計(jì)時(shí)由于時(shí)間倉促，沒有充足的時(shí)間來更加完善系統(tǒng)，系統(tǒng)有些地方可能還沒有想到，并且由于設(shè)計(jì)者能力有限，難免有一些漏洞，希望各位老師指出錯(cuò)誤，我將虛心地接受并加以改進(jìn)。 首先感謝各位任課老師，四年來是你們的孜孜教誨豐富了我的知識(shí)，使我在作這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)有了豐富的知識(shí)底蘊(yùn)，為論文的順利完成奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；你們的言傳身教讓我受益終生。最后，感謝評(píng)審組的各位老師，感謝您們?cè)诎倜χ?，抽出寶貴的時(shí)間，來評(píng)審我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，歡迎您們提出寶貴的意見，謝謝！45。其中我的論文指導(dǎo)老師胡琳靜老師對(duì)我的關(guān)心和支持尤為重要。通過這次設(shè)計(jì)，我對(duì)本專業(yè)知識(shí)有了進(jìn)一步的掌握，對(duì)我們大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了綜合應(yīng)用。使系統(tǒng)更加完美，從動(dòng)量的跟隨性能在時(shí)間上延遲小，并且跟隨主動(dòng)量的波動(dòng)小，抗干擾能力也很強(qiáng)。(2)從動(dòng)物料應(yīng)受控及時(shí)，調(diào)節(jié)滯后時(shí)間短。圖426 雙閉環(huán)系統(tǒng)主、從動(dòng)量加入單位隨機(jī)擾動(dòng)的Simulink框圖圖427 加隨機(jī)擾動(dòng)的雙閉環(huán)Simulink仿真結(jié)果由圖427仿真結(jié)果我們可知：主動(dòng)控制系統(tǒng)和從動(dòng)控制系統(tǒng)均受隨機(jī)擾動(dòng)，可見除初始時(shí)間延遲外，從動(dòng)量較好的跟隨主動(dòng)量變，并基本維持比值為4，克服外界干擾，實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)量和從動(dòng)量間的比值控制，且對(duì)主動(dòng)量和從動(dòng)量均進(jìn)行了調(diào)節(jié)，提高了系統(tǒng)的綜合控制精度。2000s時(shí)主動(dòng)量受階躍擾動(dòng)，可見此時(shí)主動(dòng)量的響應(yīng)值瞬時(shí)有一個(gè)小的變化，此后維持在5，從動(dòng)量的跟隨值在主動(dòng)量加隨機(jī)擾動(dòng)的瞬間也有較小的變化，此后維持在20。① 主動(dòng)量與從動(dòng)量不在同一時(shí)刻加隨機(jī)擾動(dòng)。下面我們調(diào)節(jié)從動(dòng)量的PI調(diào)節(jié)器，現(xiàn)在我們進(jìn)行仿真，對(duì)比結(jié)果。圖420 雙閉環(huán)Simulink仿真框圖圖421 雙閉環(huán)Simulink仿真結(jié)果由圖421可知，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能很好，從動(dòng)量在沒有隨機(jī)干擾的情況下以4倍比值跟隨主動(dòng)量，最終達(dá)到20，處于穩(wěn)定狀態(tài)。⑷ 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)控制工程仿真。故應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)PI參數(shù)，同樣用試探法，圖416為其Simulink框圖，則可得到則得到圖417所示的響應(yīng)曲線。那么，PI調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)可以確定為（比例系數(shù)，）。② 從動(dòng)量控制器參數(shù)。圖48為其Simulink框圖，則得到圖49所示的響應(yīng)曲線。應(yīng)用臨界曲線法整定后，我們可以確定PI調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，我們將具體形式加入仿真系統(tǒng)中，進(jìn)行仿真，分析結(jié)果。① 整定主動(dòng)量控制器參數(shù)。根據(jù)工程整定的論述，我們選擇PI形式的控制器，即：，本設(shè)計(jì)中采用臨界曲線法整定系統(tǒng)。因?yàn)樗O(shè)計(jì)的為雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，所以我們用圖43所示的控制系統(tǒng)框圖，兩閉環(huán)調(diào)節(jié)器均應(yīng)選擇PI控制規(guī)律。 [Gm Pm Wcp Wcg]=margin(G12)Gm =Pm = Wcp =Wcg = 通過執(zhí)行以上程序，我們得到了從動(dòng)量無調(diào)節(jié)器的開環(huán)頻域性能指標(biāo)。 G1=tf(num1,den1)。我們可以知道系統(tǒng)開環(huán)穩(wěn)定。 G12=G1*G2。den1=[15,1]。然后對(duì)所選用的調(diào)節(jié)器進(jìn)行參數(shù)整定，得到匹配參數(shù)后，進(jìn)行繪制系統(tǒng)Simulink框圖，然后對(duì)其進(jìn)行MATLAB仿真分析。幅值裕度Gm、相角裕度Pm越大，系統(tǒng)穩(wěn)定性能越好。通過頻域性能指標(biāo)的性質(zhì)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的頻域分析法是計(jì)算數(shù)據(jù)，繪制Bode圖，并求出頻域性能指標(biāo)。這種方法不必直接求解系統(tǒng)的微分方程，而是間接的運(yùn)用系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性曲線，分析閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)。實(shí)踐證明，利用MATLAB對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，具有安全、可靠、節(jié)省人力、物力和財(cái)力等優(yōu)點(diǎn)，它為加快大型火電機(jī)組熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)試速度，提高火電廠熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)的投入率，又提供了一個(gè)新的方法和手段。利用MATLAB軟件中的SIMULINK功能可對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，它的仿真結(jié)果將會(huì)對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)有著重要的指導(dǎo)意義。因此，對(duì)控制系統(tǒng)的分析研究和自動(dòng)化人員生產(chǎn)技能的培訓(xùn)只能在仿真控制系統(tǒng)上進(jìn)行。主動(dòng)量的變化必然引起從動(dòng)量回路控制器設(shè)定值的變化，如果主動(dòng)量的變化頻率接近從動(dòng)量回路的工作頻率時(shí)，則有可能引起從動(dòng)量回路的共振，以致系統(tǒng)的控制品質(zhì)變壞。因此，兩閉環(huán)調(diào)節(jié)器均應(yīng)選擇PI控制規(guī)律，而且應(yīng)使從流量控制環(huán)響應(yīng)較主流量控制環(huán)快，這樣從流量控制系統(tǒng)才有能跟上主流量的變化，保證主、從流量比值恒定。控制器參數(shù)的整定步驟可歸納如下：⑴ 根據(jù)工藝要求的流量比值K，求得比值系數(shù)。4） 對(duì)于采用三參數(shù)的調(diào)節(jié)器，在進(jìn)行完上述調(diào)整試驗(yàn)后，將微分時(shí)間由小到大地調(diào)整，觀察每次試驗(yàn)過程，在感到滿意時(shí)便停止。做階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過程，修改積分時(shí)間重復(fù)試驗(yàn)，直到滿意為止。 經(jīng)驗(yàn)法整定具體步驟：1） 將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間放到最大，微分時(shí)間置于最小。對(duì)于三參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律，由于微分作用的引入提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，因此可將減小至后作為調(diào)節(jié)器比例帶設(shè)定值，同時(shí)積分時(shí)間與無微分作用下相比也適當(dāng)減小了。在曲線上求取時(shí)的振蕩周期或時(shí)的上升時(shí)間tr，按表32計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。衰減曲線法的具體步驟是：1） 置調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間，微分時(shí)間，比例帶為稍大的值；將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行。3） 根據(jù)記錄曲線的振蕩周期此狀態(tài)下調(diào)節(jié)器比例帶為，然后按表31計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。這時(shí)控制系統(tǒng)處于邊界穩(wěn)定狀態(tài)，記下此狀態(tài)下的比例帶值，即臨界比例帶以及振蕩周期，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)，可以看出臨界比例帶法無須知道對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行參數(shù)整定。但是現(xiàn)場(chǎng)整定也要在正確的理論指導(dǎo)下才能有效進(jìn)行并解決所能發(fā)現(xiàn)的問題，若事先不經(jīng)過任何理論計(jì)算和分析，盲目地實(shí)踐可能會(huì)延誤時(shí)機(jī)，甚至帶來麻煩。但問題是計(jì)算方法要以控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性為依據(jù)，而動(dòng)態(tài)特性測(cè)取時(shí)含有不精確性，更難以處理的是在工況變動(dòng)時(shí)，對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性可能發(fā)生變化。顯然，如果控制對(duì)象的運(yùn)行方式不當(dāng)，或者系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案不合理，測(cè)量?jī)x表和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)選型不當(dāng)，安裝質(zhì)量不高等，則無論怎樣整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，也不能滿足調(diào)節(jié)質(zhì)量的要求。（4）微分問題比值控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器不宜采用微分作用。干擾的主要后果是使控制系統(tǒng)處于不穩(wěn)定，甚至使不安全工作狀態(tài)。比值控制系統(tǒng)整定主要涉及的問題是穩(wěn)定性、快速性、靜差和微分問題。準(zhǔn)確性是由輸入給定值與輸出響應(yīng)的終值之間的差值來表征的，它反映了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。一個(gè)能在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用的系統(tǒng)，不僅應(yīng)該是穩(wěn)定的，而且在動(dòng)態(tài)過程中的振蕩也不能太大，否則不能滿足生產(chǎn)實(shí)際的需要，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)部件的松動(dòng)和被破壞。對(duì)系統(tǒng)性能的基本要求有三個(gè)方面。但是，由于機(jī)械部分質(zhì)量、慣量的存在，電路中儲(chǔ)能元件的存在以及能源功率的限制，使得運(yùn)動(dòng)部件的加速度受到限制，其速度和位置難以瞬時(shí)變化。從這一點(diǎn)上與比例作用相比，調(diào)節(jié)及時(shí)且作用強(qiáng)。式（216）是理論上的微分調(diào)節(jié)規(guī)律表達(dá)式，因?yàn)樵谄铍A躍變化時(shí)的瞬間，控制作用將為無窮大量，這是任何物理元件都不可能實(shí)現(xiàn)的。被調(diào)量的變化速度往往反映了對(duì)象流入量與流出量之間的不平衡狀態(tài)，因此對(duì)慣性較大的對(duì)象，在調(diào)節(jié)器中加入微分調(diào)節(jié)作用實(shí)現(xiàn)超前調(diào)節(jié)，無疑將大大改善調(diào)節(jié)過程。由此可見，比例積分調(diào)節(jié)作用具有比例作用及時(shí)和積分作用消除偏差的優(yōu)點(diǎn)，從而克服了單純比例作用時(shí)不能消除偏差的缺點(diǎn)和單純積分作用控制不及時(shí)的缺點(diǎn)。這表明系統(tǒng)達(dá)到再次穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，被調(diào)量的偏差必然為零。從這一點(diǎn)看，積分調(diào)節(jié)作用是不及時(shí)的。然而比例調(diào)節(jié)不能保證系統(tǒng)無差，因此對(duì)于一些要求較高的控制（定值調(diào)節(jié)）還需引入積分調(diào)節(jié)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。因?yàn)椴捎帽壤{(diào)節(jié)規(guī)律的調(diào)節(jié)器，其輸出的控制作用大小與偏差大小成比例關(guān)系，一定大小的控制作用是抵消擾動(dòng)的影響、使系統(tǒng)重新穩(wěn)定下來的保證。由圖可以看出，在t時(shí)刻前，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)；t時(shí)刻偏差信號(hào)e(t)發(fā)生階躍變化，對(duì)于定值控制系統(tǒng)，即被調(diào)量產(chǎn)生階躍變化，調(diào)節(jié)輸出控制作用u(t)將成比例的變化，而且?guī)缀跏峭瑫r(shí)產(chǎn)生的。