【正文】 無(wú)關(guān)人員隨便亂動(dòng)的。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。這三種曲線就是頻域分析的三種工具?；蚍翟６?Gm1，表示系統(tǒng)不穩(wěn)定。 應(yīng)用頻域特性分析法，繪制 Bode 圖，其 MATLAB 程序如下： num1=3。 圖 41 主動(dòng)量無(wú)調(diào)節(jié)器開(kāi)環(huán)系統(tǒng) Bode 圖 由主動(dòng)量無(wú)調(diào)節(jié)器開(kāi)環(huán)系統(tǒng) Bode 圖可知，系統(tǒng)幅值裕度 Gm=，相角裕度Pm=176。 G12=G1*G2。 ⑶整定主動(dòng)量和從動(dòng)量控制器參數(shù)。 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?? ）。 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。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。其 Simulink 框圖運(yùn)行的結(jié)果如圖 421 所示。 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。 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。 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。 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 。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。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。 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。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。 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。 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。 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。 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）。 圖 43 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 如圖 43所示。 [num2,den2]=pade(5,10)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 27 [Gm Pm Wcp Wcg]=margin(G12) Gm = Pm = Wcp = Wcg = 通過(guò)執(zhí)行以上程序，我們得到了主動(dòng)量無(wú)調(diào)節(jié)器的開(kāi)環(huán)頻域性能指標(biāo)。 ⑴ 分析主動(dòng)量控制系統(tǒng)和從動(dòng)量控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。 對(duì)于最小相位系統(tǒng)：當(dāng)相角裕度 Pm0176。它是一種圖解的方法。在火電廠中， DEH(汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng) )是汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的神經(jīng)中樞，該系統(tǒng)性能只能通過(guò)動(dòng)態(tài)過(guò)程才能反映出來(lái)。因此，主動(dòng)量的過(guò)渡過(guò)程為非周期變化過(guò)程有效防止了這種可能性。 ⑵ 將積分時(shí)間置于最大值，由大到小逐步改變比例度，直到在階躍干擾下過(guò)渡過(guò) 程處于振蕩與不振蕩的臨界過(guò)程為止。 3） 保持積分時(shí)間不變，改變比例帶，看調(diào)節(jié)過(guò)程有無(wú)改善，若有改善則繼續(xù)修改比例帶，如無(wú)改善則反方向修改比例帶，直到滿意為止。 經(jīng)驗(yàn)法 如果調(diào)節(jié)系統(tǒng)在運(yùn)行中經(jīng)常受到擾動(dòng)影響，那么要得到閉環(huán)系統(tǒng)確切的階躍響應(yīng)曲線就很困難，因此臨界比例帶法和衰減曲線法都不能得到滿意的結(jié)果。 2） 在系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)后作階 躍 擾動(dòng)試驗(yàn)，應(yīng)觀察控制過(guò)程。 臨界比例帶的具體步驟是： 1） 將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間置于最大，即 iT?? ；置微分時(shí)間 0dT? ；置比例帶 ?于一個(gè)較大的值。另外，對(duì)控制系統(tǒng)中的一些非線性環(huán)節(jié)要近似為線性環(huán)節(jié)，甚至要對(duì)調(diào)節(jié)器本身在計(jì)算時(shí)也只能看作是線性的理想調(diào)節(jié)器。因?yàn)楸戎悼刂葡到y(tǒng)對(duì)象一般都是流量對(duì)象，滯后時(shí)間都比較小。 （ 1）穩(wěn)定問(wèn)題 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 20 穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)正常工作的首要條件。 快速性是通過(guò)動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)表征的，過(guò)程時(shí)間越短，表明快速性越好，反之亦然。所以，當(dāng)給定值變化時(shí)，被控量不可能立即等于給定值，而需要經(jīng)過(guò)一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，即動(dòng)態(tài)過(guò)程。 （ 217） 式中 TD微分時(shí)間； KD微分增益。對(duì)于定值控制系統(tǒng)，偏差信號(hào)的變化速度就是被調(diào)量的變化速度，即 dt tdcTdt tdeTtu dd )()()( ?? （ 215） 式中 Td微分時(shí)間。由下式可知： iTtedttdu )()( ? （ 212） 上式表明，控制作用在積分時(shí)間 TI越小時(shí)越強(qiáng)。調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束，被調(diào)量偏差仍存在稱為有差調(diào)節(jié)，這是比例調(diào)節(jié)規(guī)律的又一特點(diǎn)。如 ? =20%，則表明調(diào)節(jié)器輸出變化 100%時(shí)，需要其輸入信號(hào)變化 20%。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 13 該類儀表的流量測(cè)量原理可概括為： Q cW? （ 21） 式中， Q 表示流量； c 表示比例系數(shù)； W 表示直接測(cè)量值，如轉(zhuǎn)速、高度等。 （ 3）主導(dǎo)作用原則 在多物料參與生產(chǎn)的過(guò)程中，如化工或制藥工業(yè)中，經(jīng)常將物 料分成主料和輔料，生產(chǎn)圍繞主料進(jìn)行，輔料作為控制過(guò)程的調(diào)節(jié)物料。 （ 2）雙閉環(huán)比值控制選用 當(dāng)要求兩種物料比值精確、恒定；擾動(dòng)引起的主、副流量變化較大；不適用于只有一種物料可控，其它物料不可控制情況；要求總生產(chǎn)能力或主、副物料總量恒定；經(jīng)常需要升降負(fù)荷時(shí)，可選用雙閉環(huán)比值控制方案。 系統(tǒng)在穩(wěn)定工作狀態(tài)下，主被控變量（即第三參量）穩(wěn)定，主控制器的輸出也穩(wěn)定不變并和比值控制器信號(hào)相等，從物料量控制閥門穩(wěn)定于某一開(kāi)度，控制器的比值恒定。主參數(shù)往往是衡量質(zhì)量的最終指標(biāo)，因此這種系統(tǒng)對(duì)比值的要求大為降低，具有按主參數(shù)反饋?zhàn)詣?dòng)校正比值系數(shù)的優(yōu)點(diǎn)。 ()Ys稱為第三個(gè)參數(shù)或主參數(shù)（質(zhì)量指標(biāo)）。 （ 2）系統(tǒng)更易于調(diào)節(jié) 當(dāng)需要改變主動(dòng)量的設(shè)定值時(shí)，主動(dòng)量控制回路通過(guò) 調(diào)節(jié)控制使主動(dòng)量的輸出值改變?yōu)樾略O(shè)定值，同時(shí)從動(dòng)量也將隨主動(dòng)量按給定比值變化。其中， 主流量回路：克服主流量擾動(dòng)，實(shí) 現(xiàn)其定值控制。主流量控制回路能克服主流量擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)定值控制；副流量?jī)?nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 7 控制回路能抑制作用于副回路中的擾動(dòng)，使副流量與主流量成比值關(guān)系。 水泥生產(chǎn)中，為了降低水泥中 fCaO（游離氧化鈣，又稱游離鈣）含量，提高水泥熟料質(zhì)量，要求在石灰石中按一定比例自動(dòng)連續(xù)地?fù)郊游炇?。?dāng) 1Q 受到擾動(dòng)時(shí)， 1()TWs輸出變化， 2Q 跟隨 1Q 變化，保證原設(shè)定的比值不變。主流量調(diào)節(jié)器 1()TWs的輸出作為副流量的給定值。 3）當(dāng)從動(dòng) 量受到外界干擾（如溫度、壓力擾動(dòng)）波動(dòng)時(shí)，由于是開(kāi)環(huán)控制，沒(méi)有調(diào)節(jié)從動(dòng)量自身波動(dòng)的環(huán)節(jié)，也沒(méi)有調(diào)整主動(dòng)量的環(huán)節(jié)，故兩種物料的比值關(guān)系很難保持不變，系統(tǒng)對(duì)此無(wú)能為力。 比值控制系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為簡(jiǎn)單比值和復(fù)雜比值控制系統(tǒng)。 比值控制系統(tǒng)特點(diǎn) 比值控制系統(tǒng)的特征 : 是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上物料保持一定比例關(guān)系。通常以保持兩種或幾種物料的流量為一定比例關(guān)系的系統(tǒng)，稱之 流量比值控制系統(tǒng) 。為此，我們引入比值控制系統(tǒng)。汽油調(diào)合是煉廠利用生產(chǎn)的各種汽油組分，按某種比例配方和添 劑均勻混合，得到符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的汽油產(chǎn)品的過(guò)程。工業(yè)生產(chǎn)中，常用比值控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)各種物料的配比 控制。比值控制的目的就是為了實(shí)現(xiàn)使幾種物料混合符合一定比例關(guān)系，使生產(chǎn)能安全正常進(jìn)行。 在化工、煉油及其他工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，工藝上常需要兩種或兩種以上的物料保持一定的比例關(guān)系，比例一旦失調(diào)，將影響生產(chǎn)或造成事故。最常見(jiàn)的是燃燒過(guò)程，燃料與空氣要保持一定的比例關(guān)系，才能滿足生產(chǎn)和環(huán)保的要求；造紙過(guò)程中，濃紙漿與水要以一定的比例混合，才能制造出合格的紙漿，許多化學(xué)反應(yīng)的諸個(gè)進(jìn)料要保持一定的比例。 ： 若兩物料的比值系數(shù)設(shè)定為 K，則有： （ 12） 比值控制系統(tǒng)的類型 根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中工藝容許的負(fù)荷、干擾、產(chǎn)品質(zhì)量等要求不同，實(shí)際采用的比值控制方案也不同。下面我們一一簡(jiǎn)單介紹這五種控制系統(tǒng)。工藝流程圖及原理框圖如圖 12 所示。當(dāng)主副流量同時(shí)受到擾動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)器 1()TWs在克服副流量擾動(dòng)的同時(shí)，又根據(jù)新的給定值，改變調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，使主、副流量在新的流量數(shù)值的基礎(chǔ)上，保持其原設(shè)定值的比值關(guān)系。 KW WW m Tm ???? 2 1112內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 6 （ 3）當(dāng)主物料流量受到擾動(dòng)變化，而副物料不變時(shí)，則按預(yù)先設(shè)置好的比值使比值器輸出成比例變化，即改變給定值，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(kāi)度，使副流量跟隨主流量而變化，從而保證原設(shè)定的比值不變。其中，控制中以石灰石為主動(dòng)量，螢石為從動(dòng)量。 （ 1）工藝流程圖 （ 2）原理方框圖 圖 15 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 在雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)工作時(shí) ，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。就比值控制而言，不僅要求 靜態(tài)比值恒定，在擾動(dòng)作用下，要求主、副流量接近同步變化，即要求靜態(tài)與動(dòng)態(tài)時(shí)物料量保持一定比值。 如果沒(méi)有這個(gè)要求，兩個(gè)單獨(dú)的閉環(huán)控制系統(tǒng)也能使兩個(gè)流量保持比例關(guān)系，僅僅在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，比例關(guān)系不能保證。 1()TWs輸出信號(hào)2()Rs穩(wěn)定，且 22( ) ( )R s m s? ， 2()TWs輸出穩(wěn)定，調(diào)節(jié)閥開(kāi)度一定，所以主參數(shù)符合工藝要求，產(chǎn)品質(zhì)量合格。 因此，在生產(chǎn)過(guò)程中，往往要對(duì)除了輸入物料以外的第三參量進(jìn)行控制。 圖 19 變比值控制系統(tǒng)工藝圖 （ 3）當(dāng)主被控對(duì)象（即第三參量）受到干擾引起被控發(fā)生變化時(shí)，主控制器的輸出將發(fā)生變化，也就是改變了比值控制器的設(shè)定值，即改變了主、從物料的比值。主從物料的確定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要一步，主要依循以下原則： （ 1）貴重原則 對(duì)有顯著貴賤區(qū)別的物料，應(yīng)選擇貴重物料為主物料。 （ 5）工藝需要原則 生產(chǎn)控制過(guò)程必須按相應(yīng)的工藝過(guò)程進(jìn)行，主從物料的選擇也必須符合生產(chǎn)工藝的要求。該類流量計(jì)利用壓力測(cè)量流量?？刂谱饔玫淖兓康氖钦{(diào)節(jié)進(jìn)入對(duì)象的流入量，消除不平衡流量，是被調(diào)量回到原來(lái)的值上。 積分調(diào)節(jié)規(guī)律是調(diào)節(jié)器輸出控制作用 u(t)與其偏差輸入信號(hào) e(t)隨時(shí)間的積累值成正比，即 ?? dtteTtu i )(1)( （ 210） 其傳遞函數(shù)形式：