【正文】 Kp ?；積分時(shí)間常數(shù) ??iT ；微分時(shí)間常數(shù)TTd ? 。 從以上仿真曲線可以發(fā)現(xiàn)：它的變化趨勢(shì)和圖 的曲線基本一致，基本能 夠反映被控對(duì)象的實(shí)際特性，這說(shuō)明所建立的數(shù)學(xué)模型是滿意的 [14]。如果一個(gè)系統(tǒng)能夠很好地克服階躍干擾的影響，那么對(duì)于其他形式的干擾就不難克服。而換熱器是一個(gè)多容時(shí)滯對(duì)象，所得模型階次高，比較復(fù)雜。非參數(shù)模型辨識(shí)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(shí)。 被控對(duì)象的特性 如圖 汽 — 水換熱器是較有代表性的多容對(duì)象，蒸汽從水管外流過(guò)，將它所攜帶的熱量傳給水管，水被加熱后流出換熱器。 對(duì)于換熱器過(guò)程控制系統(tǒng)，人們最關(guān)心的是對(duì)換熱器中介質(zhì)即冷流體的溫度和壓力的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)，而在這兩項(xiàng)當(dāng)中，溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)又處于首位。 被控參量的選擇 影響一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程正常操作的因素很多，但并非對(duì)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(shí)間，可以出現(xiàn)衰減振蕩過(guò)程。為了使下水箱的液位較快達(dá)到設(shè)定值，勢(shì)必向上水箱大量注水。當(dāng)水的流入量與流出量相等的時(shí)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(shí)可以得到如圖 的仿真曲線，曲線呈 4： 1 衰減振蕩。 通過(guò)上述過(guò)程，可以找到 4： 1 衰減振蕩時(shí)的比例度 s? 及振蕩周期 Ts。雙容過(guò)程也可以近似為有時(shí)延的單容過(guò)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?duì)象特性是相同的所以雙容水箱 的對(duì)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(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)水箱液位 控制系統(tǒng)仿真 研究 [7]。因此，只能說(shuō)在一定范圍內(nèi)， 控制 器參數(shù)整定合適與否，對(duì)控制質(zhì)量具有重要的影響。 4) 當(dāng)廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常數(shù)或容積延遲很大，負(fù)荷變化亦很大時(shí)，簡(jiǎn)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(guò)大，則會(huì)使響應(yīng)過(guò)程過(guò)分提前制動(dòng)，從而延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)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(duì)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(dòng)得都比較厲害，就是由于流量對(duì)象時(shí)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(shí)，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(duì)于滯后較大的控制對(duì)象，其反 饋控制作用不能及時(shí)影響系統(tǒng)的輸出，以致引起輸出量的過(guò)大波動(dòng)，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(gè)系統(tǒng)是開(kāi)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(duì)于其他干擾，由于這個(gè)前饋控制器無(wú)法感受到也就無(wú)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(guò)渡過(guò)程具有過(guò)渡時(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真的軟件工具，它是 MATLAB的一個(gè)附加組件，用來(lái)提供一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的建 模與動(dòng)態(tài)仿真的工具平臺(tái)； 用模塊組合的方法使用戶能夠快速、準(zhǔn)確地創(chuàng)建動(dòng)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(yǔ)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(kāi)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(cè)報(bào)告功能。其中70 年代既是古典控制應(yīng)用發(fā)展的鼎盛時(shí)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(shí)期，又是高級(jí)控制發(fā)展的初期。這里 “過(guò)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(guò)程。 通過(guò)對(duì)仿真曲線的研究，分析了 控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng) 過(guò)渡過(guò)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(guò)程控制簡(jiǎn)介 ............................................................................................................. 1 過(guò)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(jiǎn)介 ............................................................................................ 2 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)軟件包 Simulink 簡(jiǎn)介 ................................................................................. 3 控制系統(tǒng)仿真的一般步驟 ......................................................................................... 4 第二章 過(guò)程控制系統(tǒng)概述 ...................................................................................................... 5 過(guò)程控制中常見(jiàn)的控制系統(tǒng) ..................................................................................... 5 單回路控制系統(tǒng) .............................................................................................. 5 串級(jí)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(duì)控制質(zhì)量的影響 ..................................................................................... 8 干擾通道特性對(duì)控制質(zhì)量的影響 .................................................................. 8 控制通道特性對(duì)控制質(zhì)量的影響 .................................................................. 8 控制器參數(shù)對(duì)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