【正文】 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。 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。 ② 主動(dòng)量與從動(dòng)量在同一時(shí)刻加隨機(jī)擾動(dòng)。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。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。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 34 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)，讓 pK 減小為 ， IK減小為 ，圖 410 為其 Simulink 框圖，則可得到則得到圖 411所示的響應(yīng)曲線。其階躍響應(yīng)等幅振蕩如圖 45 所示。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， 1()cGs和 2()cGs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。 G2=tf(num2,den2)。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。 ① 主動(dòng)量無調(diào)節(jié)器的開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性?；蚍翟６?Gm1，表示系統(tǒng)穩(wěn)定；相角裕度 Pm0176。頻域分析里主要用到三種曲線：Bode 圖， Nyquist 曲線， Nichols 曲線。為此，利用 MATLAB仿真工具和 VB開發(fā)界面，建立 DEH仿真平臺(tái)，在不干擾生產(chǎn)的情況下，對(duì) DEH系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過 程進(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。 ㈢ 變比值控制系統(tǒng) 變比值控制系統(tǒng)，又可稱為串級(jí)比值控制系統(tǒng)，它具有串級(jí)控制系統(tǒng)的一些特點(diǎn)，仿效串級(jí)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇原則，主調(diào)節(jié)器選擇 PI 或 PID 控制規(guī)律；副調(diào)節(jié)器（即從動(dòng)量調(diào)節(jié)器）可按單閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行整 定。 ⑶ 適當(dāng)放寬比例度（一般為 20%）的情況下，逐步緩慢地減小積分時(shí)間，直到出現(xiàn)振蕩與不振蕩的臨界過程或稍有一點(diǎn)超調(diào)的情況為止。保持比例帶不變修改積分時(shí)間，同樣反復(fù)試湊直到滿意為止。 通過長(zhǎng)期實(shí)踐，人們總結(jié)了一套參數(shù)整定的經(jīng)驗(yàn)，稱之為經(jīng)驗(yàn)法。如果過渡過程衰減率大于 ，應(yīng)逐步減小比例帶值，并再次試驗(yàn)，直到過渡過程曲線出現(xiàn) 4:1 的衰減過程，對(duì)于 ?? 的調(diào)節(jié)過程也是一樣的做上述試驗(yàn)，直到出現(xiàn) 10:1 的衰減過程。 2） 將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，待系統(tǒng)穩(wěn)定后逐漸減 小比例帶 ? ，直到進(jìn)入等幅振蕩狀態(tài)。由于這些原因，各種計(jì)算結(jié)果只能是近似的，只宜作參考依據(jù)。而且在管路中存在有很多不規(guī)則的干擾噪聲，因此在控制器都不宜采用微分作用。對(duì)過程控制來說，穩(wěn)定性問題不但涉及穩(wěn)態(tài)情況，更涉及干擾擾動(dòng)問題?？焖傩员砻髁讼到y(tǒng)輸出對(duì)輸入響應(yīng)的快慢程度。所謂動(dòng)態(tài)過程就是指系統(tǒng)受 到外加信號(hào) (給定值或擾動(dòng) )作用后，被控量隨時(shí)間變化的全過程。 由初值定理有： EKsEsT sTKsU DddDs ????? ?? 1lim)0( （ 218） 由終值定理知： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 01lim)( 0 ?????? ? sEsT sTKsU ddDs （ 219） 如圖 23所示，微分調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線。 傳遞函數(shù)式為： sTsW dD ?)( （ 216） 由于受控對(duì)象總存在一定的容量，調(diào)節(jié)器也 存在一定的不靈敏區(qū)，因此使調(diào)節(jié)器動(dòng)作的偏差信號(hào)在實(shí)踐上肯定落后于偏差變化速度信號(hào)，被調(diào)量變化速度（即偏差變化速度）信號(hào)又稱超前信號(hào)。 從響應(yīng)曲線看，只要偏差存在，積分控制作用一直增加；換言之，只有偏差為零時(shí)，積分作用才 停止變化。 積分控制對(duì)控制性能的影響 比例調(diào)節(jié)規(guī)律的特點(diǎn)是控制及時(shí)，控制作用貫穿整個(gè)調(diào)節(jié)過程，因此它是基本的調(diào)節(jié)作用。 比例調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線如下圖 21所示。 按比值系數(shù)公式得： （ 22） 若對(duì)應(yīng)變送器的測(cè)量范圍（或稱比值控制器輸入端的主、從物料信號(hào)范圍）分別為： 0～ Q1max和 0～ Q2max 則折算成比值控制器的比值系數(shù)為： （ 23） 2. 非線性檢測(cè)法的比值系數(shù)計(jì)算 非線性檢測(cè)法的比值系數(shù)計(jì)算較為復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)具體情況具體分析。此類在諸物料中起主導(dǎo)作用的物料應(yīng)選擇為主物料，其它物料選為從物料。 （ 3）變比值控制選用 當(dāng)兩種物料流量的比值與主被控制量（主動(dòng)量和從動(dòng)量之外的第三參量）有內(nèi)在關(guān)系，需要根據(jù)主動(dòng)量的測(cè)得值和主被控制量的給定值調(diào)整主從物料流量的比值實(shí)現(xiàn)對(duì)主被控制量給定值的跟蹤控制（或定值控制）時(shí)，應(yīng)選用變比值控制方案。 （ 1）當(dāng)主物料量受到干擾發(fā)生波動(dòng)時(shí)， 除法器輸出要發(fā)生改變，從物料控制系統(tǒng) 調(diào)節(jié)從物料控制閥門開度，使從動(dòng)量也發(fā) 生變化 ，保證主物料量和從物料量比值不 變。 變比值控制 系統(tǒng) 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)和雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)有一個(gè)共同的特點(diǎn)：通過控制系統(tǒng)維持物料的供應(yīng)比值恒定，保證生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行。這是按一定的工藝指標(biāo)自動(dòng)修正比值系數(shù)的系統(tǒng)，即變比值控制系統(tǒng)。 因此，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。副流量回路：抑制副回 路中的擾動(dòng)，使副流量與主流量成比值 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 關(guān)系。當(dāng)擾動(dòng)消除后，主、副流量都恢復(fù)到原設(shè)定值上，其比值不變，并且主、副流量變化平穩(wěn)。利用如圖 14所示的單閉環(huán)比值控制的方式可以實(shí)現(xiàn)螢石與石灰石比例的恒定， 達(dá)到了提高水泥質(zhì)量的目的。 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)適用于負(fù)荷變化不大，主流量不可控制，兩種物料間的比值要求較精確的生產(chǎn)過程 。當(dāng)主流量 1Q 受到擾動(dòng)時(shí)， 1()TWs則按預(yù)先設(shè)置好的比值使其輸出成比例變化，即改變 2Q 的給定值。 開環(huán)比值控制是理解比例控制工作機(jī)理的基礎(chǔ)，在實(shí)際工程上很少應(yīng)用。凡構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)以下的比值控制系統(tǒng)稱為簡(jiǎn)單比值控制系統(tǒng)；凡構(gòu)成兩個(gè)閉環(huán)以上的比值控制系統(tǒng)稱為復(fù)雜比值控制系統(tǒng)。 ，也稱為主動(dòng)量 : 在要保持一定比例關(guān)系的物料中，把起主導(dǎo)作用的物料，稱為主物料（主動(dòng)量），因?yàn)樵谶^程控制中經(jīng)常保持比例的參數(shù)是流量，故常用 Q1表示。 這種控制方式在化工、制藥領(lǐng)域中大量存在。本章主要介紹單閉環(huán)比值、雙閉環(huán)比值、串級(jí)比值及變比值的比值控制系統(tǒng)。它是汽油成品出廠的最后一道工 和煉廠生產(chǎn)成品油的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是保證汽油質(zhì)量指標(biāo)滿足環(huán)保和質(zhì)量規(guī)格要求 重要手段，調(diào)合效益在生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì) 效益中占有舉足輕重的地位。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書 比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 引 言 配料系統(tǒng)是許多工業(yè)生產(chǎn)過程的重要組成部分，其配料過程是否按照規(guī)定的配比 進(jìn)行是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。 通過以上分析可見，在配料過程中對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)品的各種原料的比值進(jìn)行控制顯得尤為重要，常用比值控制來解決此類問題。 比值控制系統(tǒng)定義 工業(yè)中存在著大量按原料配比進(jìn)行生產(chǎn)的過程，要求將原料配比進(jìn)行控制，然而配比的變化往往意味著產(chǎn)品產(chǎn)量下降、質(zhì)量下降、能量浪費(fèi)、物料浪費(fèi)、成本提高、環(huán)境污染、甚至安全事故。 比值控制原理 在煉油、化 工、制藥等許多生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要兩種物料或兩種以上的物料保持一定的比例關(guān)系。 ，也稱為從動(dòng)量 : 另一種隨主物料的變化而成比例地變化 的物料稱為從物料（從動(dòng)量），常用 Q2表示。比值控制系統(tǒng)可籠統(tǒng)分為：開環(huán)比值控制系統(tǒng)、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、 串級(jí)比值及 變比值控制系統(tǒng)等。 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是在開環(huán)比值控制系統(tǒng)上增加對(duì)副物料的閉環(huán)控制回路，用以實(shí)現(xiàn)主、副物料的比值保持不變。 1()TWs根據(jù)給定值的變化，發(fā)出控制命令以改變調(diào)節(jié)閥的開度，使副流量 2Q 跟隨主流量 1Q 而變化，從而保證原設(shè)定的比值不變。 （ 2）當(dāng)主物料流量不變，副物料 流量受到擾動(dòng)變化時(shí)，可通過副流量的閉合回路調(diào)整副物料流量使之恢復(fù)到原設(shè)定值，保證主、副物料流量比值一定。 圖 14 螢石單閉環(huán)比值控制自動(dòng)配料系統(tǒng)框圖 圖中粗線代表物料運(yùn)送，細(xì)線代表控制線路。當(dāng)系統(tǒng)需要升降負(fù)荷時(shí)，只要改變主流量的設(shè)定值，主、副流量就會(huì)按比例同時(shí)增加或減小，從而克服上述單閉環(huán)比值系統(tǒng)的缺點(diǎn)。 擾動(dòng)消除后， 1Q =R， 2Q ＝ 1Q KW 升降負(fù)荷時(shí)，可改變 R(s) 圖 16 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)原理框圖 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，對(duì)自動(dòng)化的要求較高。 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)過程。 串級(jí)比值控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)，主、副流量恒定，分別將測(cè)量變送器后送至除法器，其輸出即為比值，作為 2()TWs的測(cè)量信號(hào)，此時(shí)主參數(shù) ()Ys也恒定。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 實(shí)際生產(chǎn)過程中，物料按比例輸入并不是最終目的，一般最終目的是生產(chǎn)過程的結(jié)果，如發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能，自來水氯氣消毒系統(tǒng)輸出水的質(zhì)量與流量等。 （ 2）當(dāng)從物料量受到干擾發(fā)生波動(dòng)時(shí)， 和單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)及雙閉環(huán)比值控制 系統(tǒng)一樣，調(diào)節(jié)從物料流量，保證主物料 量和從物料量比值不變。 主從物料的選擇 在比值控制中，主從物料的 選擇影響系統(tǒng)的控制方向、產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性及安全性。 （ 4）流量大小原則 選擇流量較小的物料作從物料，這樣控制過程中控制閥的開度較小，系統(tǒng)控制靈敏，當(dāng)然系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可能也會(huì)小些。流量的非線性檢測(cè)一次儀表有差壓式流量計(jì)、靶式流量計(jì)等。 由圖可以看出，在 t0 時(shí)刻前，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)； t0 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。 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)。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。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。 圖 23 微分調(diào)節(jié)階躍響應(yīng) 由圖 23也可以看出，當(dāng)偏差信號(hào)做幅度為 E 的階躍變化時(shí)，微分作用將立即產(chǎn)生，其值為偏差的 KD倍。由動(dòng)態(tài)過程可以反映系統(tǒng)內(nèi)在性能的好壞，而常見的評(píng)價(jià)系統(tǒng)優(yōu)劣的性能指標(biāo)也是從動(dòng)態(tài)過程中定義出來的。系統(tǒng)響應(yīng)越快，說明系統(tǒng)的輸出復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)的能力越強(qiáng)。 干擾對(duì)過程控制的影響主要體現(xiàn)在：系統(tǒng)模型識(shí)別精確性降低、系統(tǒng)模型參數(shù)離散性變大、系統(tǒng)遠(yuǎn)離原模型靜態(tài)工作點(diǎn)、系統(tǒng)工作進(jìn)入非線性區(qū)等。 調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定法 控制系統(tǒng)的整定是指在控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定、控制儀表與控制對(duì)象等都處在正常狀態(tài)的情況下，適當(dāng)選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù) ( idTT?、 、 )使控制儀表的特性和控制對(duì)象的特性配合，從而使控制系統(tǒng)的運(yùn)行達(dá)到最佳狀態(tài)，取得最好的控制效果。 在熱工生產(chǎn)過程中，比較實(shí)用的是現(xiàn)場(chǎng)整定方法，即通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來選擇調(diào)節(jié)器內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 的參數(shù)。一般振蕩持續(xù) 4～ 5個(gè)振幅即可，試驗(yàn)記錄曲線。記錄下 4:1（或 10:1）的衰減振蕩過程曲線。經(jīng)驗(yàn)法可以說是根據(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)過程；如果過渡過程不令人滿意，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)過程；反復(fù)上述試驗(yàn)，直到調(diào)節(jié)過程滿意為 止。如此反復(fù)試湊，直到有一組合適的積分時(shí)間和比例帶。 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。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 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