【正文】 早地引入積分作用容易產(chǎn)生飽和，產(chǎn)生過大的超調(diào)量，預(yù)期的調(diào)節(jié)規(guī)律將遭到破壞。 系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計電路圖如圖 所示。由于副控制器輸出的是，而控制閥只能接受 ~ 氣壓信號，所以在副控制器與控制閥之間設(shè)置了一個電氣轉(zhuǎn)換器。 串級前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng) 為克服調(diào)節(jié)閥的變差（滯環(huán)），閥前后壓差變化，引起閥和流量變化（如蒸汽壓力變化）增加一個流量付環(huán)，其目的在于通過設(shè)置副變量來提高對主變量的控制質(zhì)量，由于副回路的存在，對進(jìn)入副回路的干擾有超前控制的作用，因而減少了干擾對主變量的影響，同時系統(tǒng)對負(fù)荷改變時有一定的自適應(yīng)能力 。因此，串級控制系統(tǒng)的設(shè)計合理性十分重要。通常串級系統(tǒng)副環(huán)的對象慣性小，工作頻率高，而主環(huán)慣性大，工作頻率低。 經(jīng)上介紹，鍋爐系統(tǒng)的主要包括燃燒系統(tǒng)、送引風(fēng)系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)等。利用 MATLAB 對傳統(tǒng) PID 控制系統(tǒng)和雙沖量自適應(yīng)模糊 PID 控制系統(tǒng)仿真，結(jié)果表明后者的自適應(yīng)能力更強(qiáng)，抗干擾能力和魯棒性更好，保證水位的穩(wěn)定。 關(guān)鍵詞： 汽包水位； 雙沖量； 串級系統(tǒng)； PID 控制； 模糊控制 武漢理工大學(xué)《過程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書 3 1 鍋爐系統(tǒng)簡介 鍋爐工作過程簡介 鍋爐是一種承受一定工作壓力的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備 .其作用就是有效地把燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能 ,或再通過相應(yīng)設(shè)備將熱能轉(zhuǎn)化為其它生產(chǎn)和生活所需的能量形式 ,長期以來在生產(chǎn)和居民生活中都起很重要的作用。 產(chǎn)品設(shè)計的意義 鍋爐汽包水位控制是維持鍋筒水位在允許的范圍內(nèi)，使鍋爐的給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量。為了提高系統(tǒng)的控制性能，希望主副環(huán)的工作頻率相差三倍以上，以免頻率相近時發(fā)生共振現(xiàn)象面破壞正常工作。 氣包水位串級雙沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖 圖 中所示的雙沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng) ,汽包水位是被控變量 ,是主沖量信號 ,蒸汽流量和給水流量是輔助沖量信號。 圖 串級前饋系統(tǒng)模型 圖 串級前饋控制系統(tǒng)方框圖 武漢理工大學(xué)《過程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書 10 串級前饋模型傳遞函數(shù)： ??sF ??sGff? ? ? ? ?sGsG PDPC ?1 =0 (22) 綜上兩種調(diào)節(jié)系統(tǒng)的比較，我們可以看出，采用串級前饋調(diào)節(jié)具有更大的優(yōu)勢，故在在此設(shè)計方案中，采用串級前饋的控制方式來對其進(jìn)行控制。 圖 用電動 III 型儀表組成的主控 串級控制系統(tǒng)方塊圖 該方案較于上一方案多設(shè)置了一個主控 串級控制切換開關(guān)，可以根據(jù)不同情況使控制系統(tǒng)工作于主控方式和串級控制方式下。 圖 系統(tǒng)電路圖 本系統(tǒng)以 80C51 單片機(jī)為核心 , 它有 4KEPROM, 所以不需外擴(kuò) EPROM, 這樣可利用 P1 口作為按鍵輸入口 ,輸入口接有中斷式獨立式按鍵電路 , 向單片機(jī)輸入命令、功能切換 , 可以對單片機(jī)進(jìn)行人工干預(yù) 。為了克服這一缺點，可以采用積分分離的 PID 控制算法，這樣既保持了積分的作用，又減少了超調(diào)量，使控制性能有較大的改善。武漢理工大學(xué)《過程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書 21 參考文獻(xiàn) [1] 孫優(yōu)賢 《 鍋爐設(shè)備的自動調(diào)節(jié) 》中國電力出版社 [2] 廖初《 新型 PID 控制及其應(yīng)用 》機(jī)械工業(yè)出版社 [3] 周萬河《 過程控制與自動化儀表 》電子工業(yè)出版社 [4] 李家強(qiáng)《 計算機(jī)控制系統(tǒng) 》機(jī)械工業(yè)出版社 [5] 范勝宇《 MATLAB 及其在電路與控制理論中的應(yīng)用 》中國電力出版社 [6] 張國兵《 工業(yè)鍋爐微機(jī)控制 》清華大學(xué)出版社 。 副回路的分析和整定 根據(jù)串級控制系統(tǒng)的分析整定方法 , 應(yīng)將副回路處理為具有近似比例特性的快速隨動系統(tǒng) , 以使副回路具有快速消除內(nèi)擾及快速跟蹤蒸汽流量的能力。由于輸出接口比較多 , 可擴(kuò)展一片 8255 可編程接口芯片 , 利用指令設(shè)置各口的工作方式 , 8255 內(nèi)部有 3 個并行的 8 位 I/O 接口 ,分別為 A 口、 B 口、 C 口 , 8255 是 8 位芯片 , 有 8 位數(shù)據(jù)線 , 數(shù)據(jù)線接于 80C51 的 P0 接口 , 可以用于實現(xiàn) 8255 與 80C51 之間的數(shù)據(jù)傳輸。 武漢理工大學(xué)《過程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書 13 控制器設(shè)計 由上文論述可知，系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)選擇串級控制。 調(diào)節(jié)閥的口徑的大小，直接決定著控制介質(zhì)流過它的能力。 圖 中所示的串級控制系統(tǒng)有一個明顯的特點 :在結(jié)構(gòu)上有兩個閉環(huán)。除了克服落在副環(huán)內(nèi)的擾動外，還提高了系統(tǒng)的工作頻率，加快過渡過程。水位過高或過低，都是不允許的。它所產(chǎn)生的蒸汽不僅能夠為蒸餾、化學(xué)反應(yīng)、干燥等過程提供熱源，而且還可以作為風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、泵類驅(qū)動透平的動力源。根據(jù)雙沖量水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制水位誤 差 ,設(shè)計采用了雙沖量 PID 串級控制方式采用輔助信號蒸汽流量和給水流量對消方法消除水位偏差。具有一定壓力的過熱蒸汽，經(jīng)過負(fù)荷設(shè)備調(diào)節(jié)閥供負(fù)荷設(shè)備使用。將過熱器出口蒸汽溫度調(diào)節(jié)器的輸出信號，不是用來控制調(diào)節(jié)閥而是用來改變調(diào)節(jié)器 2 的給定值，起著最后校正作用。 一 般來說，一個設(shè)計合理的串級控制系統(tǒng)，當(dāng)干擾從副回路進(jìn)入時，其最大偏差將會較小到控制系統(tǒng)的 1/10— 1/100，即便是干擾從主回路進(jìn)入，最大偏差也會縮小到單回路控制系統(tǒng)的 1/3— 1/5。 根據(jù)不變性原理，即被控變量與干擾量絕對無關(guān)，或被控變量對干擾完全獨立，武漢理工大學(xué)《過程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書 9 則 ? ? ? ?sFsT =0，即 ??sT =0 ?? ??sFsT = PCffPD GGG ?? =0 (21) 所以 ???sGff ? ? ? ?sGsG PCPD 即 ??sGff = 干擾通道對象特性 /控制通道對象特性 上式的負(fù)號表示控制通道與干擾通道作用相反。所以在本設(shè)計中選用電動 III 型儀表。在本系統(tǒng)中，主對象的放大倍數(shù)為的符號為 “正 ”，所以主控制器應(yīng)選 “負(fù) ”作用。對于水位系統(tǒng)的建模，可近似地認(rèn)為“純滯后 +一階慣性”環(huán)節(jié)，進(jìn)行實驗對于一階慣性環(huán)節(jié)對象，往往采用 PID控制算法， PID 調(diào)節(jié)器如圖 所示。 6 課程設(shè)計總結(jié) 鍋爐是典型的復(fù)雜熱工系統(tǒng)，鍋爐燃燒過程控制有許多被控量和控制變量，這些變量互相關(guān)聯(lián)，要對其建立一個精確的數(shù)學(xué)模型相當(dāng)困難。如果傳遞函數(shù)以后需要改變 ,則應(yīng)相應(yīng)地改變比例帶值 ,使傳遞函數(shù)與比例帶的比值保持為試探時的值 ,以保證內(nèi)回路的穩(wěn)定性。 并行輸出口接有雙向可控硅驅(qū)動器電路 , 來控制電機(jī)啟停 。 副環(huán)是一個隨動系統(tǒng)，它的 給定值隨主控制器輸出的變化而變化，為了加快跟蹤，副控制器一般不帶積分作用。 綜合以上各種因素，在鍋爐過熱蒸汽控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥選擇氣開閥。在串級控制系統(tǒng)中，主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器的任務(wù)不同，主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是校正水位偏差。