【正文】 主回路仍按單回路系統(tǒng)的整定方法整定 , 如通過試驗(yàn)方法求取主回路被控對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線 ,并由曲線求得參數(shù) , 再按響應(yīng)曲線法中給定的公式計(jì)算等效調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。 武漢理工大學(xué)《過程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書 16 4 軟件設(shè)計(jì) 程序流程圖 該系統(tǒng)的工作過程是由于水不斷蒸發(fā)使水位下降， 8051 單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使給水閥門開打，注水量增加，水位恢復(fù)到規(guī)定范圍內(nèi)；當(dāng)水位高于規(guī)定值時(shí)， 8051 單片機(jī)再次發(fā)出控制信號(hào)，使給水閥門變小，注水量降低，水位又恢復(fù)到規(guī)定范圍。為了使副環(huán)回路構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)，副環(huán)的開環(huán)放大系數(shù)的符號(hào)必須為 “負(fù) ”，即副環(huán)內(nèi)所有各環(huán)節(jié)放大倍數(shù)符號(hào)的乘積應(yīng)為 “負(fù) ”。常用的控制儀表有電動(dòng) II 型、 III 型。 武漢理工大學(xué)《過程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書 8 圖 串級(jí)控制系統(tǒng) 鍋爐汽包水位的 PID控制方案 控制汽包水位的手段是操縱給水，依此構(gòu)成的單回路控制系統(tǒng)對(duì)鍋爐的假水位現(xiàn)象回發(fā)出相反的補(bǔ)償動(dòng)作，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)蛊唤档阶阋园l(fā)生危險(xiǎn)事故的程度，如果根據(jù)蒸汽流量來給出校正動(dòng)作，就可以糾正虛假水位引起的誤動(dòng)作，從而減少水位的波動(dòng)，改善控制的精確度。 串級(jí)控制系統(tǒng)中，兩個(gè)控制器串聯(lián)工作，以主控制器為主導(dǎo)，保證主變量穩(wěn)定為目的，兩個(gè)控制器協(xié)調(diào)一致，互相配合。 系統(tǒng)方案論證 串級(jí)控制方案 過熱器出口蒸汽溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖如下圖所示。汽水混合物在汽包中分離成水和汽，水和給水一起再進(jìn)入下降管參加循環(huán)，汽則由汽包頂部的管子引往過熱器，蒸汽在過熱器中吸熱、升溫達(dá) 到規(guī)定溫度，成為合格蒸汽送入蒸汽母管。模糊控制是建立在人工經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的，它能將熟練操作員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)和描述，并用語言表達(dá)出來，得到定性的、不精確的控制規(guī)則，不需要被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。鍋爐的給水用給水泵打入省煤器，在省煤器中，水吸收煙氣的熱量，使溫度升高到本身壓力下的沸點(diǎn)，成為飽和水然后引入汽包。 ㎝ 范圍內(nèi)。 串級(jí)控制方案論證 串級(jí)控制是隨著工業(yè)的發(fā)展，新工藝不斷出現(xiàn)，生產(chǎn)過程日趨強(qiáng)化，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)已不能滿足工藝要求的情況下產(chǎn)生的。副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是用以消除給水壓力波動(dòng)等因素引起的給水流量的自發(fā)性擾動(dòng)以及當(dāng)蒸 汽負(fù)荷改變時(shí)迅速調(diào)節(jié)給水流量，以保證給水流量和蒸汽流量平衡。 調(diào)節(jié)閥的流量特性的選擇，在實(shí)際生產(chǎn)中常用的調(diào)節(jié)閥有線性特性、對(duì)數(shù)特性和快開特性三種，在本系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇線性特性。若副控制器有微分作用，一旦主控制器航五輸出稍有變化，控制閥就將大幅度變化，這對(duì)控制系統(tǒng)很不利，故副控制器只選用比例控制器。 傳感器選擇 由于鍋爐內(nèi)的溫度較高，所以，對(duì)于傳感器的選擇必須適合于高溫環(huán)境，本設(shè)計(jì)采用溶解氧傳感器，該傳感器不但適合高溫環(huán)境，且操作維護(hù)十分簡(jiǎn)便，價(jià)格經(jīng)濟(jì)。因?yàn)檎{(diào)節(jié)通道放大系數(shù)較大 ,副調(diào)節(jié)回路可等效為反饋回路的倒數(shù)。 圖 采用廣義參數(shù)的系統(tǒng)仿真圖 ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?HPZCPZwwPZC sGsUKKsGKKsG sGsUKKsG ??? ?????? ???111?????sRsC? ?tesTKi ???????? ? 11 ? ? ? ?? ?TtutusTi ??1武漢理工大學(xué)《過程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書 20 由圖可以看出，經(jīng)過 P— PID 控制系統(tǒng)控制的鍋爐水位輸出的超調(diào)量有所 減小，在蒸汽擾動(dòng)作用下，水位波動(dòng)范圍也減小了，達(dá)到了控制的目的。 圖 程序流程圖 PID控制系統(tǒng)算法 PID 控制的本質(zhì)是一個(gè)二階線性控制器，通過調(diào)整比例、積分和微分三項(xiàng)參數(shù)，使得大多數(shù)的工業(yè)控制系統(tǒng)獲得良好的閉環(huán)控制性能。這樣只要根據(jù)主對(duì)象與主變送器放大倍數(shù)的符號(hào)及整個(gè)主環(huán)開環(huán)放大倍數(shù)的符號(hào)為 “負(fù) ”的要求，就可以確定主控制器的正、反作用。 III型儀表較 II 型儀表操作、維護(hù)更為方便、簡(jiǎn)捷，同時(shí) III 型儀表還具有完善的跟蹤、保持電路，使得手動(dòng)切換非常方便，隨時(shí)都可以進(jìn)行切換，且保證無擾動(dòng)。 圖 前饋系統(tǒng)方框圖 其中 PDG 表示干擾通道對(duì)象特性， PCG 表示控制通道對(duì)象特性， ffG 表示前饋控制器傳函。 串級(jí)控制有以下優(yōu)點(diǎn) 主調(diào)節(jié)器 主調(diào)節(jié)器 主變送器 副變送器 副調(diào)節(jié)器 調(diào)節(jié)閥 副對(duì)象 二次擾動(dòng) 一次擾動(dòng) 副參數(shù) 主參數(shù) 給定 武漢理工大學(xué)《過程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書 7 由于副回路的存在，減小了對(duì)象的時(shí)間常數(shù)，縮短了控制通道，使控制作用更加及時(shí)； 提高了系統(tǒng)的工作頻率，使振蕩周期減小，調(diào)節(jié)時(shí)間縮短，系統(tǒng)的快速性增強(qiáng)了； 對(duì)二次干擾具有很強(qiáng)的克服能力，對(duì)客服一次干擾的能力也有一定的提高； 對(duì)負(fù)荷或操作條件的變化有一定的自適應(yīng)能力。 入口蒸汽 過熱器 出口蒸汽溫度 圖 過熱蒸汽溫度串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖 調(diào)節(jié)器 2 稱主調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器 1 稱為副調(diào)節(jié)器。然后經(jīng)過過熱器，形成一定的過熱蒸汽，匯集到蒸汽母管。由于鍋爐水位控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器輸入端常加有兩個(gè)輸入量，極易引起水位控制偏差，本文提出了如何消除水位偏差的方法，即輔助信號(hào)自消方法。 鍋爐是由“鍋”和“爐”兩部分組成的。水位過高會(huì)影響汽水分離器的正常工作，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致蒸汽帶水增加，使過熱器管壁結(jié)垢，造成工業(yè)事故，同時(shí)鍋爐出口蒸汽帶水過多還會(huì)使過熱蒸 汽溫度產(chǎn)生急劇變化。 串級(jí)控制由于副環(huán)的存在，改善了對(duì)象的特性，使等效副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)減小，系統(tǒng)的工作頻率 提高。一個(gè)環(huán)在里面，稱之為副環(huán)或副回路，在控制過程中起著“粗調(diào)”的作用 。為了保證系統(tǒng)有較好的流通能力，需要使控制閥兩端的壓降在整個(gè)管線的總壓降中占有較大的比例。 控制器控制規(guī)律選擇 在串級(jí)控制中，主變量直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量或生產(chǎn)的安全，所以主變量一般要求不得有余差，而對(duì)副變量的要求一般都不很嚴(yán)格，允許有一定的波動(dòng)和余差。需要注意一點(diǎn) , 使用 8255 芯片時(shí) , 首先要對(duì)它初始化 , 也就是對(duì) 8255 的3 個(gè)端口的工作方式預(yù)先設(shè)置。用試探的方法選擇副調(diào)節(jié)器的比例帶 ,以保證內(nèi)回路不振蕩為原則。本設(shè)計(jì)中的 PID控制方法對(duì)鍋爐水位進(jìn)行的控制，通過比較 前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)和串級(jí)前饋系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選用了串級(jí)前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)參與整個(gè)控制，內(nèi)循環(huán)采用 PID 控制快速消除了控制通道的給水?dāng)_動(dòng)，外回路采用的 PID 方法克服了蒸汽擾動(dòng)的影響，并通過采用廣泛的工程參數(shù)進(jìn)行仿真，可以看出用此系統(tǒng)可以有效的控制鍋爐汽包水 位。 式中 T 是采樣周期，周期 T 必須足夠短 ,才能保證有足夠的精度，因此數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器，表達(dá)式如下： u(kT)=Kp{e(kT)+T/Ti∑ e(jT)+Td/T[e(Kd)― e(Kt― T)]} 在反饋控制部分，如果過