【正文】 接口函數(shù) 。所以主回路采用 PI控制。 Smith 預(yù)估器的控制結(jié)構(gòu)如圖 。 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 202000 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 70 . 80 . 91t i m e ( s )r,yzhu 圖 串級(jí) PID參數(shù)整定 2 Smith預(yù)估控制器的控制方案 本文將串級(jí)控制與 Smith 預(yù)估結(jié)合起來，與單純的串級(jí)控制相比獲得更高的穩(wěn)態(tài)精度。 主調(diào)節(jié)器kp=，副回路 kp = ，如圖 。常用的工程整定法有臨界比例度法、衰減曲線法、響應(yīng)曲線法、經(jīng)驗(yàn)試湊法等。即按“先副后主”、“先比例后積分最后微分”的次序整定。兩個(gè)控制器采用串聯(lián)控制方式，主控制器的輸出作 為副控制器的給定值，而由副控制器的輸出來控制執(zhí)行器的的動(dòng)作。顯然本方案系統(tǒng)中的滯后包括了內(nèi)膽容量的滯后和盤管傳輸?shù)臏?，且前者的滯后時(shí)間一般要遠(yuǎn)大于后者。 通過實(shí)驗(yàn)獲得有限對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)（ xi, yi） ,本文 利用這些數(shù)據(jù)來求取近似函數(shù) y= f ( x) 。 第二：運(yùn)用（兩點(diǎn)）計(jì)算法求時(shí)間常數(shù) T和滯后 時(shí)間τ。將實(shí)際測(cè)量到的鍋爐內(nèi)膽溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，則得到圖 。選定為 10%，然后將調(diào)節(jié)器改為手動(dòng)運(yùn)行。 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級(jí)控制 12 測(cè)試步驟 測(cè)試時(shí)選擇盤管出水口溫度（也可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選擇另外兩個(gè)溫度測(cè)試點(diǎn)處的溫度）作為被控量，實(shí)驗(yàn)之前先將儲(chǔ)水箱中貯足水量，將鍋爐內(nèi)膽打滿水。非線性因素：在不同負(fù)荷、不同設(shè)定值條件下測(cè)試； 同一負(fù)荷、同一設(shè)定值下正、反擾動(dòng)，全面掌握特性。 階躍響應(yīng)曲線法建模 在被控系統(tǒng)處于開環(huán)穩(wěn)定時(shí)，使輸入量（調(diào)節(jié)閥）作階躍式變化，記錄被控過程輸出的變化曲線，直至進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)。 2) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)： 變量的選擇，輸入信號(hào)的形式、 大小，正常運(yùn)行信號(hào)還是附 加試驗(yàn)信號(hào)，數(shù)據(jù)采樣速率，辨識(shí)允許的時(shí)間及確定量測(cè)儀器等。 它 是一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)模型化的過程。 圖 運(yùn)行策略 進(jìn)行以上各個(gè)環(huán)節(jié)后，盤管出口水溫滯后的工程已經(jīng)基本完成。對(duì)于復(fù)雜 的工程，監(jiān)控系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)成多分支、電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級(jí)控制 9 多層循環(huán)嵌套式結(jié)構(gòu)，按照預(yù)定的條件，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行流程及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有針對(duì)性選擇和精確的控制。 圖 水溫控制窗口 選中“水溫控制”窗口圖標(biāo)，單擊“動(dòng)畫組態(tài)”，進(jìn)入動(dòng)畫組態(tài)窗口，開始編輯畫面。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹 過程控制實(shí)驗(yàn)室 THPCAT2試驗(yàn)裝置鍋爐溫度控制系統(tǒng)由 鍋爐、水泵、溫度變送器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、盤管等構(gòu)成。 制作動(dòng)畫顯示畫面： 動(dòng)畫制作分為靜態(tài)圖形設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)屬性設(shè)置兩個(gè)過程。如編寫控制程序（腳本程序），選用各種功能構(gòu)件等。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設(shè)計(jì)封面圖形，確定自動(dòng)啟動(dòng)的窗口，設(shè)定動(dòng)畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時(shí)間等。它作為數(shù)據(jù)采集與過程控制中的專用軟件，伴隨著集散型控制系統(tǒng)的出現(xiàn)為人熟知，處于自動(dòng)控制系統(tǒng)的監(jiān)控層，支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議。本文依次設(shè)計(jì)單回路 PID、串級(jí) PID、串級(jí) Smith 預(yù)估三種控制方案分別對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，在 過程控制實(shí)驗(yàn)室 THPCAT2試驗(yàn)裝置上 ，利用 MCGS 實(shí)現(xiàn)溫度參數(shù)的實(shí)時(shí)采集和 友好的界面設(shè)計(jì)，并利用 OPC 技術(shù)，建立 MCGS 與Matlab的無縫連接，由 Matlab送控制量給組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)過程變量的采集和控制。史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制 雖然在原理上早已成功，但其控制規(guī)律在模擬儀表上不易實(shí)現(xiàn)，阻礙了其在工業(yè)上的應(yīng)用，現(xiàn)在可以用計(jì)算機(jī)作為控制器，通過軟件的方法實(shí)現(xiàn)史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制規(guī)律。 在控制領(lǐng)域中的經(jīng)典方法是 Smith O J 在 1959年提出的預(yù)估補(bǔ)償算法 [4]。 4. 用于克服被控過程的非線性 在過程控制中，一般的被控過程都存在著一定的非線性。能提高了系統(tǒng)的工作頻率，對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)性較強(qiáng) 。所謂具有純滯后的過程，指的是：對(duì)象的純滯后時(shí)間τ與對(duì)象的慣性時(shí)間常數(shù) Tm之比 τ/Tm≥ 程 [1]。 （楷體 1 號(hào)居 中 ） 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） （楷體初號(hào)加粗居中） 題 目： 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級(jí)控制 學(xué) 院： 自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 自動(dòng)化 （以上宋體四號(hào)居中） 摘要 Ⅰ 摘 要 （宋體、三號(hào)、加粗、居中） 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，不少控制對(duì)象普遍存在純滯后的現(xiàn)象 ， 如化工、加熱過程等 。 關(guān)鍵詞： 大滯后系統(tǒng)； PID 控制 ；串級(jí)控制； Smith 預(yù)估 Abstract Ⅱ Abstract (Times New Roman、 16磅、加粗、居中 ) （ Times New Roman 、 12磅） The pure lag widely exists in some modern industrial process, such as chemical industry and heating processes. This lag is not conducive to the control of system , sometimes it even could cause serious damages to system stability. In the cascade control system of electrically heated boiler and coil outlet temperature， it is crucial to cope with its lag. Based on MCGS , the model of boiler coil outlet temperature hysteresis system which consists of puter, boilers, pumps, temperature transmitters and electric control valve is measured . In this paper three schemes , singleloop PID control , cascade PID control and cascadesmith control , are adopted in the case of less control demanding . The process variables， control variables and set points are live updated between MCGS and MATLAB by OPC(OLE for Process Control). Experiments demonstrate the feasibility of three schemes, which can well achieve the control of temperature. Keywords: Large timedelay system； PID control； Cascade control； Smith controller 目錄 Ⅲ 目 錄 （宋體、三號(hào)、加粗、居中） 摘要 （中文） ???????????????????????????? I （英文） ???????????????????????????? II 第一章 概述 ???????????????????????????? 1 課題意義與研究背景 ?? ???????????????????? 1 本文研究的主要內(nèi)容 ?????????????????????? 2 第二章 監(jiān)控組態(tài)工程設(shè)計(jì) ?????????????????????? 3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹 ????????????????????????? 4 制作工程畫面 ????????????????????????? 5 構(gòu)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫 ???????????????????????? 7 設(shè)備 窗口 ??????????????????????????? 8 運(yùn)行策略 ??????????????????????????? 8 第三章 鍋爐盤管出口溫度的建模 ??????????????????? 10 建模的概念 ?????????????????????????? 10 建模步驟 ?????????????????????????? 10 建模方法 ?????????????????????????? 10 階躍響應(yīng)曲線法建模 ?????????????????????? 11 獲取模型方法 ???????????????????????? 11 測(cè)試步驟 ?????????????????????????? 11 模型參數(shù)的確定 ???????????????????????? 16 模型校驗(yàn) ???????????? ????????????? 17 第四章 盤管出口溫度的串級(jí)控制的仿真分析 ?????????? 19 盤管出口溫 度單回路 PID 控制 ??? ????????????? 19 盤管出口溫 度串級(jí) PID 控制 ???? ???????????? 20 串級(jí)控制結(jié)構(gòu)結(jié)合 Smith預(yù)估控制器的控制方案 ????????? 22 第五章 基于 OPC 技術(shù)的 盤管出口溫度的實(shí)時(shí)控制 ?????????? 25 OPC 技術(shù) ??????????????? ?????????? 25 Matlab 作為客戶端訪問 OPC 服務(wù)器的通信流程 ?????????? 26 基于 OPC 實(shí)現(xiàn) MATLAB 與 MCGS 的實(shí)時(shí)通訊 ?? ?????????? 29 目錄 Ⅲ 結(jié)束語 ???????????????????????????????? 30 致謝 ???????????????????????????????? 31 參考文獻(xiàn) ?????????????????????????????? 32 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級(jí)控制 1 第一章 概述 課題意義與研究背 景 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，不少控制對(duì)象普遍存在純滯后的現(xiàn)象，如化工、加熱過程等。 串級(jí)控制 系統(tǒng)與單回路系統(tǒng)相比，它能改善過程的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)控制質(zhì)量能迅速克服進(jìn)入副回路的二次擾動(dòng)。只要在設(shè)計(jì)時(shí)把變化劇烈幅度大的擾動(dòng)包含在副回路中，即可以大大削弱其對(duì)主被控量的影響。但是大林算法的參數(shù)也很難確定，由于工業(yè)生產(chǎn)過程被控對(duì)象的時(shí)變性和不確定性，使得該算法只能方便對(duì)模型參數(shù)確定的系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制 [3