【正文】 節(jié) ” ()bsW 的雙閉環(huán)比值控制 ， 由于副流量滯后于主流量，則動態(tài)補償環(huán)節(jié)應(yīng)具有超前特性。 串級比值控制系統(tǒng) 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 9 單閉環(huán)比值控制和雙閉環(huán)比值控制是實現(xiàn)兩種物料流量間的定比值控制，在系統(tǒng)運行過程中其 比值系數(shù)是不變的。 當(dāng) 2Q 、 1Q 出現(xiàn)擾動時，副回路可以很快動作，使兩者的比例維持常數(shù)，即保持比值一定，從而不影響主參數(shù)，或大大減小擾動對主參數(shù) Y(s) 的影響。當(dāng)?shù)谌齾⒘侩S輸入物料的配比不同變化時，對第三參量的控制問題，變成了調(diào)節(jié)物料配比問題，這就是變比值控制，其控制的工藝圖和控制方框圖分別如圖 19， 110 所示 。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 11 圖 110 變比值控制系統(tǒng)控制方框圖 第二章 比值控制系統(tǒng)設(shè)計 本 章主要介紹比值控制系統(tǒng)中的比值控制方式的選擇原則、主從物料的選擇原則、比值系數(shù)的計算及調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定。實現(xiàn)以貴重物料為主進(jìn)行控制，其他非貴重物料根據(jù)控制過程需要增減變化。 比值系數(shù)計算 比值控制系統(tǒng)的控制過程是通過對主、從動量以及第三參量的檢測與控制實現(xiàn)的。流量和壓力的關(guān)系可概括為： Q c p?? （ 24） 式中， c 為差壓式流量計的比例系數(shù)， p? 為壓力或壓差。從這一點看，比例調(diào)節(jié)規(guī)律的特點之一就是調(diào)節(jié)及時、迅速。 積分調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)如 圖 22所示。 不過在現(xiàn)實中，積分調(diào)節(jié)規(guī)律很少單獨使用，它總是與比例調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合成為比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律，以發(fā)揚各自的特長，彌補對方的不足。因此對象在受到較小的擾動后，被調(diào)量變化量及變化速度都將很小，微分作用調(diào)節(jié)器同時由于自身動作的不靈敏區(qū)的存在而始終不動作 ,這樣，經(jīng)過一段時間后，偏差將積累成一個較大的 值。在時間較長后，微分作用消失，直到為零。 穩(wěn)定性是這樣來表述的：系統(tǒng)受到外作用后，其動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)恢復(fù)平衡的能力。若系統(tǒng)的最終誤差為零，則稱為無差系統(tǒng) ,否則稱為有差系統(tǒng)。因此，在干擾較大的場合，如工業(yè)過程的現(xiàn)場，控制系統(tǒng)應(yīng)有足夠的穩(wěn)定裕量。另一方面，在主設(shè)備完善、系統(tǒng)設(shè)計方案合理、設(shè)備安裝等均已完善的條件下，只有經(jīng)過正確的整定，才能達(dá)到預(yù)期的控制質(zhì)量。因此，計算還是有必要的。 將計算好的參數(shù)值在調(diào)節(jié)器上設(shè)置好，作階躍響應(yīng)試驗，觀察系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程，適當(dāng)修改調(diào)節(jié)器的參數(shù)，直到調(diào)節(jié)器過程滿意為止。 表 32 衰減曲線法計算公式 ? 規(guī)律 ? iT dT P PI PID s? ? ? — — — ? 規(guī)律 ? iT dT P PI PID s? ? ? — 2rt — — 3）按計算結(jié)果設(shè)置好調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)，作階 躍 擾動試驗，觀察調(diào)節(jié)過程，適當(dāng)修改調(diào)節(jié)器參數(shù)，到滿意為止。根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置比例帶? 值。 比值控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器確定及工程整定 ㈠ 單閉環(huán)控制系統(tǒng) 從動量控制回路是跟隨主動量而變化的隨動系統(tǒng)。主、從控制回路都應(yīng)將過渡過程整定成非周期臨界情況。以往的仿真控制系統(tǒng)主要是物理和半物理仿真，建立這樣的仿真控制系統(tǒng)投資大，安裝和維護(hù)費用也大。 控制系統(tǒng)的性能分析 頻域特性分析法是經(jīng)典控制理論中一種主要的分析方法。這種老辦法要耗費大量的時間、精力，而且計算數(shù)據(jù)的精確度還不一定能夠得到保證。在 使用時 Gm、 Pm是成對使用的，有時僅使用一個裕度指標(biāo) Pm。 G1=tf(num1,den1)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 28 ② 從動量無調(diào)節(jié)器的開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性。在執(zhí)行以下語句： margin(G12) 我們可得到從動量無調(diào)節(jié)器的開環(huán) Bode 圖如圖 42所示 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 29 圖 42 從動量無調(diào)節(jié)器開環(huán)系統(tǒng) Bode 圖 由從動量無調(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。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，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? ? 。主動量閉環(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。 與主動量控制器參數(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 附近時系統(tǒng)處于等幅振蕩）。 圖 416 ? ， ? 時，從動閉環(huán)系統(tǒng) Simulink 框圖 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 35 圖 417 ? ， ? 時，從動閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 可見，此時仍存在小的超調(diào)，還不夠理想。 而主動量響應(yīng)也保持主動量所給的值 5。 如圖 424為雙閉環(huán)系統(tǒng)主、從動量加入階躍隨機擾動的 Simulink 框圖，其仿真的結(jié)果圖如圖 425所示。 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頻繁，負(fù)荷變化較大，同時保證主、副物料總量恒定的生產(chǎn)過程。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)計簡單。 胡琳靜老師 平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，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)整等各個環(huán)節(jié)中都給予了 很大的幫助 。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 41 參考文獻(xiàn) [1] 李遵基主編 .熱工自動控制系統(tǒng) .北京 .中國電力出 版社 .1997： 4760 [2] 王云亮等著 .MATLAB 語言與自動控制系統(tǒng)設(shè)計 .北京 .機械工業(yè)出版社 .2020：104147 [3] 章衛(wèi)國等著 .自動化專業(yè)英語 .武漢 .武漢理工大學(xué)出版社 .2020： 178350 [4] 欣斯基著 .方崇智譯 .過程控制系統(tǒng) .北京 .化學(xué)工業(yè)出版社 .1982： 8095 [5] 邵欲森， 巴筱云等 .過程控制系統(tǒng)及儀表 .北京 .機械工業(yè)出版社 .1999： 6585 [6] 金以慧 .過程控制 .北京 .清華大學(xué)出版社 .1993： 4550 [7] 黃忠霖著 .控制系統(tǒng) MATLAB 計算及仿 真 .北京 .國防工業(yè)出版社 .2020： 35106 [8] 張發(fā)文著 .熱工過程控制系統(tǒng)分析、設(shè)計和調(diào)試 .北京 .中國電力出版社 .1997： 5793 [9] 胡壽松 .自動控制原理 .北京 .科技出版社 .2020:214266 [10] 吳永生 .熱工測量及儀表 .北京 .中國電力出版社 .1995： 222230 [11] 羅萬金 .電廠熱工過程自動調(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)計與分析 MATLAB 語言應(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控制系統(tǒng)的 MATLAB 計算及仿真 .北京 :機械工 業(yè)出版社 .2020 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 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)計說明書 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)計已順利的完成了。 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中，主、從動物料的選?。?(1)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中，主動物料的選擇一定要基于安全生產(chǎn)的角度，選擇對安全生產(chǎn)有影響的、制約正常生產(chǎn)的物料。 圖 425 主、從動量不 同時刻加階躍隨機擾動的雙閉環(huán) Simulink 仿真結(jié)果 如圖 425 所示，我們可以得到： 1000s 時從動量受階躍擾動，此時主動量控制響應(yīng)沒有受影響，而是維持在給定值 5不變，而從動量跟隨值在受單位階躍擾動的瞬時有小的變化，此后維持在給定值的 4倍處。也就是試探法得到的從動量調(diào)節(jié)器的參數(shù)不是最好的結(jié)果。 圖 418 ? ， ? 時，從動閉環(huán)系統(tǒng) Simulink 框圖 圖 419 ? ， ? 時，從動閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 可見當(dāng) ? ， ? 時，系統(tǒng)處于臨界振蕩狀態(tài)，此時響應(yīng)曲線無超調(diào)，達(dá)到最佳狀態(tài)。 圖 412 從動量控制系統(tǒng)等幅振蕩的 Simulink 框圖 圖 413 從動量控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)等幅振蕩 此時， pcrKK??，由圖知，振蕩周期 ? ，則由式（ 41）、（ 42）、（ 43）可以確定從動量的 PI 調(diào)節(jié)器。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 。下面我們來分別整定主動量和從動量控制器的參數(shù)。） ⑵ 選擇控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)器形式。den1=conv([10,1],[20,1])。 G2=tf(num2,den2)。首先我們要進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、選擇控制模型。 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驗方法。頻域 分析法是自動控制中應(yīng)用的又一種數(shù)學(xué)模型 — 頻域特性來研究系統(tǒng)控制過程性能（穩(wěn)定性、快速性及穩(wěn)態(tài)精度）的方法。 MATLAB是Mathworks公司于 1982年推出的一套高性能的數(shù)值計算和可視化軟件，它集數(shù)值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個方便的、界面友好的用戶環(huán)境。因為從動量回路通過比值器和主動量回路發(fā)生聯(lián)系。故應(yīng)采用 PI 控制方式，并將過渡過程整定成非周期臨界情況，這時過渡過程既不振蕩反應(yīng)又快。 2） 將調(diào)節(jié)器的積分時間 iT 由最大調(diào)整到某一值，由于積分時間的引入使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，這時應(yīng)將比例帶 ? 值適當(dāng)增大，一般為純比例作用的 倍。從表 32可以發(fā)現(xiàn)，對于 ?? ，采用比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律時相對于采用比例調(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。 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)展起來的，它是利用比例作用下產(chǎn)生的 4:1 衰減振蕩（ ?? ）過程時調(diào)節(jié)器比例帶 s? 即過程上升時間 rt ，據(jù)經(jīng)驗公式內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 22 計算出調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)。 臨界比例帶法 臨界比例帶法又稱邊界穩(wěn)定法，其要點是將調(diào)節(jié)器設(shè)置成純比例作用，將系統(tǒng)投入自動運行并將比例帶由大到小改變，直到系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩為止。采用各種計算方法，求出閉環(huán)系統(tǒng)特征根的分布情況，對振蕩頻率、靜態(tài)偏差、動態(tài)偏差、控制過程時間等有 明確的結(jié)論，根據(jù)所得結(jié)論能夠比較在不同的調(diào)節(jié)規(guī)律、不同參數(shù)值的情況下過渡過程的品質(zhì)和實現(xiàn)保證衰減率大于所規(guī)定的數(shù)值的要求。 （ 3）靜差問題 在穩(wěn)態(tài)時，各比值控制的閉環(huán)均為定值控制，故系統(tǒng)跟蹤不應(yīng)存在靜差。在設(shè)計與調(diào)試過程中，若過分強調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，則可能會造成系統(tǒng)響應(yīng)遲緩和控制精度較低的后果；反之，若過分強調(diào)系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，則又會使系 統(tǒng)的振蕩加劇，甚至引起不穩(wěn)定。顯然，不穩(wěn)定的系統(tǒng)是無法正常工作的。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 19 第三章 控制系統(tǒng)的工程整定 對控制系統(tǒng)性能的要求 在控制過程中，一個理想的控制系統(tǒng)，始終應(yīng)使其被控量 (輸出 )等于給定值 (