【正文】 Kp ?；積分時間常數(shù) ??iT ；微分時間常數(shù)TTd ? 。 從以上仿真曲線可以發(fā)現(xiàn)：它的變化趨勢和圖 的曲線基本一致，基本能 夠反映被控對象的實(shí)際特性，這說明所建立的數(shù)學(xué)模型是滿意的 [14]。如果一個系統(tǒng)能夠很好地克服階躍干擾的影響，那么對于其他形式的干擾就不難克服。而換熱器是一個多容時滯對象，所得模型階次高，比較復(fù)雜。非參數(shù)模型辨識方法一般有：階躍響應(yīng)法；脈沖響應(yīng)法；頻率響應(yīng)法；相關(guān)分析法等。 建立數(shù)學(xué)模型，常常采用兩種方法：解析法和系統(tǒng)辨識。 被控對象的特性 如圖 汽 — 水換熱器是較有代表性的多容對象，蒸汽從水管外流過，將它所攜帶的熱量傳給水管，水被加熱后流出換熱器。 對于換熱器過程控制系統(tǒng)，人們最關(guān)心的是對換熱器中介質(zhì)即冷流體的溫度和壓力的自動控制與調(diào)節(jié)，而在這兩項(xiàng)當(dāng)中，溫度的自動調(diào)節(jié)又處于首位。 被控參量的選擇 影響一個生產(chǎn)過程正常操作的因素很多，但并非對所有影響因素都要進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)就是研究汽 — 水加熱系統(tǒng)溫度的控制。 I 參數(shù)應(yīng)選擇較小的積分時間，可以出現(xiàn)衰減振蕩過程。為了使下水箱的液位較快達(dá)到設(shè)定值，勢必向上水箱大量注水。當(dāng)水的流入量與流出量相等的時候，水位保持不變。按公式將控制器參數(shù)放好后，得到曲線不是很滿意，適當(dāng)調(diào)整 Kp 當(dāng) Kp=13 時可以得到如圖 的仿真曲線，曲線呈 4： 1 衰減振蕩。 通過上述過程，可以找到 4： 1 衰減振蕩時的比例度 s? 及振蕩周期 Ts。雙容過程也可以近似為有時延的單容過程 sesT RsQ sHsG 01)( )()( 0 312 ????? 式 () 其階越響應(yīng)曲線如圖 所示： 圖 雙容水箱階越響應(yīng)曲線圖 因?yàn)樯纤浜拖滤涞膶ο筇匦允窍嗤乃噪p容水箱 的對象傳函可以近似為： 11404900 )( 2 ??? sssG 式 () 控制方案 設(shè)計(jì)中雙容水箱的控制也同樣采用單回路控制方案，控制方案如圖 所示。 通過圖 中的仿真曲線，可以看出比例系數(shù) Kp 的作用在于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。如果水箱液位正好等于期望的液位值，入水量就可以保持不變。 來實(shí)現(xiàn)水箱液位 控制系統(tǒng)仿真 研究 [7]。因此，只能說在一定范圍內(nèi)， 控制 器參數(shù)整定合適與否，對控制質(zhì)量具有重要的影響。 4) 當(dāng)廣義對象控制通道時間常數(shù)或容積延遲很大，負(fù)荷變化亦很大時，簡單 控制系統(tǒng)已不能滿足要求，應(yīng)設(shè)計(jì)復(fù)雜控制系統(tǒng)。但 Kd過大，則會使響應(yīng)過程過分提前制動，從而延長調(diào)節(jié)時間，而且統(tǒng)的抗干擾性能較差。但是 τ c 的影響比純滯后 τ c 對系統(tǒng)的影響緩和。大多數(shù)流量控制系統(tǒng)的流量記錄曲線波動得都比較厲害，就是由于流量對象時間常數(shù)比較小的緣故。 ? 大比較容易調(diào)整。從靜態(tài)方面分析，由式 )1()( 0KKKy Cf ??? ，似乎可以得出當(dāng) fK 、 CK 不變時，控制通道放大倍數(shù) 0K愈大，系統(tǒng)的余差愈小的結(jié)論。由于按偏差確定控制作用以使輸出量保持其在期望值的反饋控制系統(tǒng)，對于滯后較大的控制對象，其反 饋控制作用不能及時影響系統(tǒng)的輸出，以致引起輸出量的過大波動，直接影響控制品質(zhì)。 由于前饋控制作用是按干擾進(jìn)行工作的，而且整個系統(tǒng)是開環(huán)的，因此根據(jù)一種干擾設(shè)置的前饋控制只能克服這一干擾，而對于其他干擾，由于這個前饋控制器無法感受到也就無能為力了。 前饋控制系統(tǒng) 下圖 為前饋控制系統(tǒng)方塊圖。它能夠抵制施加在系統(tǒng)上的干擾因素 ， 系統(tǒng)過渡過程具有過渡時間較小、最大偏差較小、系統(tǒng)穩(wěn)定性較高等特點(diǎn) 。 控制系統(tǒng)仿真的一般步驟 (1)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 Simulink本身就是一種用來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真的軟件工具，它是 MATLAB的一個附加組件，用來提供一個系統(tǒng)級的建 模與動態(tài)仿真的工具平臺； 用模塊組合的方法使用戶能夠快速、準(zhǔn)確地創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型。顯示出如此旺盛的生命力， MATLAB有其不同于其 它語言的特點(diǎn)。由于采用了分散 結(jié)構(gòu)和冗余等技術(shù)，使系統(tǒng)的可靠性極高，再加上硬件方面的開放式框架和軟件方面的模塊化形式，使得它組態(tài)、 擴(kuò)展極為方便，還有眾多的控制算法 (幾十至上百種 ) 、較好的人 —機(jī)界面和故障檢測報告功能。其中70 年代既是古典控制應(yīng)用發(fā)展的鼎盛時期，又是現(xiàn)代控制應(yīng)用發(fā)展的初期， 90 年代初既是現(xiàn)代控制應(yīng)用發(fā)展的繁榮時期，又是高級控制發(fā)展的初期。這里 “過程 ”是指在生產(chǎn)裝置或設(shè)備中進(jìn)行的物質(zhì)和能量的相互作用和轉(zhuǎn)換過程。 通過對仿真曲線的研究，分析了 控制器參數(shù)對系統(tǒng) 過渡過程 的影響。 在 simulink 軟件包 中 建立了 各系統(tǒng) 的仿真模型。 Heat exchanger 目 錄 摘 要 ........................................................................................................................................ II Abstract......................................................................................................................................III 第一章 引 言 ............................................................................................................................ 1 過程控制簡介 ............................................................................................................. 1 過程控制的發(fā)展 ......................................................................................................... 1 控制系統(tǒng)仿真的含義 ................................................................................................. 2 矩陣實(shí)驗(yàn)室 Matlab 簡介 ............................................................................................ 2 動態(tài)系統(tǒng)軟件包 Simulink 簡介 ................................................................................. 3 控制系統(tǒng)仿真的一般步驟 ......................................................................................... 4 第二章 過程控制系統(tǒng)概述 ...................................................................................................... 5 過程控制中常見的控制系統(tǒng) ..................................................................................... 5 單回路控制系統(tǒng) .............................................................................................. 5 串級控制系統(tǒng) .................................................................................................. 5 前饋控制系統(tǒng) .................................................................................................. 6 前饋 — 反饋控制系統(tǒng) ...................................................................................... 7 通道特性對控制質(zhì)量的影響 ..................................................................................... 8 干擾通道特性對控制質(zhì)量的影響 .................................................................. 8 控制通道特性對控制質(zhì)量的影響 .................................................................. 8 控制器參數(shù)對系統(tǒng)的影響 ....................................................................................... 10 控制器控制規(guī)律的選擇 ........................................................................................... 10 控制器參數(shù)整定 ....................................................................................................... 11 第三章 液位控制系統(tǒng)的仿真研究 ........................................................................................ 12 單容水箱液位控制系統(tǒng) ........................................................................................... 12 單容水箱數(shù)學(xué)模型 ........................................................................................ 12 控制方案 ........................................................................................................ 14 單容水箱的 Simulink 仿真 ............................................................................ 14 雙容水箱液位控制系統(tǒng) ........................................................................................... 17 雙容水箱數(shù)學(xué)模型 ........................................................................................ 17 控制方案 ........................................................................................................ 19 雙容水箱的 Simulink 仿真 ............................................................................ 19 三容水箱液位控制系統(tǒng) ........................................................................................... 23 三容水箱的系統(tǒng)建模 .................................................................................... 23 三容水箱的 Simulink 仿真 ............................................................................ 24 本章小結(jié) ................................................................................................................... 25 第四章 換熱器溫度控制 系