【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 yi)數(shù)列a中的數(shù)據(jù)是以步長(zhǎng)20s仿真600s得到的，因此含有31個(gè)數(shù)據(jù)，a與擬合結(jié)果步長(zhǎng)相同，由于兩階躍曲線(xiàn)給定階躍信號(hào)幅值相同，可認(rèn)為兩條曲線(xiàn)所在坐標(biāo)系相同，: 擬和曲線(xiàn)與仿真曲線(xiàn)比較仿真曲線(xiàn)僅在200400s間誤差較大約為10%，導(dǎo)致誤差的原因可能是擬合時(shí)以二次曲線(xiàn)一部分取代慣性環(huán)節(jié)造成的,也可能是由于傳感器測(cè)量誤差導(dǎo)致的。誤差在接受范圍內(nèi)，仿真曲線(xiàn)基本能反映數(shù)據(jù)曲線(xiàn)的變化，因而可以認(rèn)為傳遞函數(shù)基本準(zhǔn)確。4 控制方案的設(shè)計(jì)及仿真有了被控對(duì)象的傳遞函數(shù)就可以確定控制方案，從而在理論上設(shè)計(jì)控制器，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，進(jìn)而對(duì)實(shí)際控制起指導(dǎo)意義。 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)框圖控制系統(tǒng)框圖是控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的前提條件，它根據(jù)控制工藝的具體流程，反映系統(tǒng)信息的流動(dòng)控制過(guò)程，本設(shè)計(jì)采用串級(jí)控制，考慮流量變化快，時(shí)間慣性小，應(yīng)較快得到抑制，選擇流量作為副被控參數(shù)，副環(huán)是隨動(dòng)控制，追求快速性，因而采用P調(diào)節(jié)，P調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)控制閥的開(kāi)度改變流量，流量傳感器將檢測(cè)信號(hào)送回P調(diào)節(jié)器并形成負(fù)反饋，此閉環(huán)作為內(nèi)環(huán)。溫度變化相對(duì)緩慢，時(shí)間慣性大，作為主被控參數(shù)，主環(huán)是定值控制，追求準(zhǔn)確性，采用PID調(diào)節(jié)。經(jīng)分析可得控制工藝流程圖： 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖通過(guò)流程圖可知：將給定值與溫度傳感器反饋信號(hào)的差值輸入主調(diào)節(jié)器，進(jìn)行PID運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)控制算。主調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)作為內(nèi)環(huán)的給定值，與流量傳感器反饋信號(hào)的差值送P調(diào)節(jié)器運(yùn)算并輸出，以控制調(diào)節(jié)閥，通過(guò)流量變化，影響鍋爐溫度。得到控制系統(tǒng)框圖：流量給定值溫度PvPtei2ei1PID控制器P控制器閥鍋爐溫度傳感器流量傳感器 Simulink控制系統(tǒng)仿真Simulink可以動(dòng)態(tài)地模擬出在給多種信號(hào)作用下所構(gòu)造控制系統(tǒng)的響應(yīng)，只需將控制系統(tǒng)框圖內(nèi)對(duì)象改寫(xiě)為傳遞函數(shù)形式。 模擬PID控制器的傳遞函數(shù)D(s)=U(s)/E(s)=Kp(1+1/TiS+TdS)可理解為同一信號(hào)分別經(jīng)比例（）、積分()、微分()運(yùn)算后相加；P調(diào)節(jié)器為純比例環(huán)節(jié)()；鍋爐傳遞函數(shù)已求得()；首先假設(shè)調(diào)節(jié)閥為純比例環(huán)節(jié)()，可構(gòu)造如下系統(tǒng)圖，其中PID、P、閥的參數(shù)均未整定： simulink控制系統(tǒng)線(xiàn)性仿真考慮到實(shí)際使用中，由于閥有動(dòng)作死區(qū)，即位于0開(kāi)度時(shí)可能有流量或小開(kāi)度時(shí)無(wú)流量，達(dá)到最大開(kāi)度時(shí)，控制信號(hào)盡管繼續(xù)增大但已經(jīng)失去調(diào)節(jié)作用等原因（），將閥的傳遞函數(shù)作為非線(xiàn)性環(huán)節(jié)處理，得到非線(xiàn)性系統(tǒng)圖： simulink控制系統(tǒng)非線(xiàn)性仿真、P參數(shù)已經(jīng)整定，Saturation和Coulombamp。Viscous friction兩個(gè)環(huán)節(jié)組合形成閥的流量特性。Saturation為限幅環(huán)節(jié)，上限幅值為100，下限幅值為0，Coulombamp。Viscous friction為粘滯摩擦環(huán)節(jié)，函數(shù)設(shè)為y=+。通過(guò)參數(shù)的調(diào)節(jié)可以得到較好的響應(yīng)曲線(xiàn)。 控制系統(tǒng)仿真響應(yīng)曲線(xiàn)，終值20，階躍時(shí)刻為0；主調(diào)節(jié)器參數(shù)為；副調(diào)節(jié)器參數(shù)為；仿真時(shí)間2000s時(shí)得到的。余差（靜態(tài)偏差）C： 是系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)給定值與被控參數(shù)穩(wěn)態(tài)值之差。由于仿真環(huán)境為理想狀態(tài)，未考慮實(shí)際運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的各種情況，余差必然為零。衰減率Ψ ：是衡量系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程穩(wěn)定性的一個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)。可定義為，系統(tǒng)只有一個(gè)波峰，不存在震蕩，因而可認(rèn)為衰減比為0，Ψ=1。最大偏差A(yù) （超調(diào)量σ）：對(duì)于定值系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最大偏差是指被控參數(shù)第一個(gè)波的峰值與給定值的差，隨動(dòng)系統(tǒng)通常采用超調(diào)量指標(biāo)，即，超調(diào)量為3%。過(guò)渡過(guò)程時(shí)間 ： 是指系統(tǒng)從受擾動(dòng)作用時(shí)起，到被控參數(shù)進(jìn)入新的穩(wěn)定值177。5%的范圍內(nèi)所經(jīng)歷的時(shí)間，是衡量控制快速性的指標(biāo)。由圖知，≈，即進(jìn)入穩(wěn)定值177。5%的范圍內(nèi)，可認(rèn)為過(guò)渡完成。綜合動(dòng)靜態(tài)指標(biāo)，可認(rèn)為階躍響應(yīng)曲線(xiàn)相當(dāng)理想，但由于是仿真結(jié)果，未考慮模型精確度，測(cè)量精度，以及真實(shí)系統(tǒng)中所存在的未知干擾等問(wèn)題，只可作為設(shè)計(jì)參考，調(diào)節(jié)器參數(shù)、實(shí)際響應(yīng)曲線(xiàn)未必與仿真一致，實(shí)際控制中可能達(dá)不到這么好的控制效果。通過(guò)仿真參數(shù)的調(diào)節(jié)也得到了PID控制器參數(shù)對(duì)控制效果的影響。比例控制Kp對(duì)系統(tǒng)性能的影響：比例系數(shù)KP加大使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，響應(yīng)速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小，KP偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)。KP太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。KP太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。KP可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以控制對(duì)象的特性決定的。如果KP的符號(hào)選擇不當(dāng),對(duì)象狀態(tài)(PV值)就會(huì)離控制目標(biāo)的狀態(tài)(SP值)越來(lái)越遠(yuǎn)，如果出現(xiàn)這樣的情況KP的符號(hào)就一定要取反。積分控制KI對(duì)系統(tǒng)性能的影響：積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，KI小（積分作用強(qiáng)）會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。微分控制KD對(duì)系統(tǒng)性能的影響：微分作用可以改善動(dòng)態(tài)特性，KD偏大時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較短。KD偏小時(shí)，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)。只有KD合適，才能使超調(diào)量偏小，減短調(diào)節(jié)時(shí)間。 串級(jí)控制與單回路控制系統(tǒng)抗干擾性能仿真為了體現(xiàn)串級(jí)控制的優(yōu)勢(shì)，必須將串級(jí)控制系統(tǒng)的抗干擾能力和單回路控制系統(tǒng)的抗干擾能力加以比較。 單回路控制抗干擾能力測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)串級(jí)控制的特點(diǎn)在于抗二次干擾能力強(qiáng)，在串級(jí)控制系統(tǒng)副回路中加入階越信號(hào)來(lái)模擬流量的干擾，同時(shí)為了能夠?qū)?shù)據(jù)與單回路控制系統(tǒng)抗干擾效果在同一張圖內(nèi)進(jìn)行相比較，需要設(shè)置工作區(qū)域B，存儲(chǔ)方式為數(shù)列。單回路控制系統(tǒng)是采用PID控制器直接控制流量。在同樣位置加入流量的階躍干擾信號(hào)，將仿真結(jié)果輸出到工作區(qū)域C中, 存儲(chǔ)方式為數(shù)列。只有當(dāng)單回路控制系統(tǒng)的階越響應(yīng)曲線(xiàn)與串級(jí)控制系統(tǒng)的階越響應(yīng)曲線(xiàn)比較近似，并施加同樣的干擾信號(hào)，其抗干擾能力才具有可比性。在無(wú)干擾信號(hào)時(shí)，調(diào)節(jié)單回路控制系統(tǒng)參數(shù)，使響應(yīng)曲線(xiàn)接近同樣階躍信號(hào)作用下串級(jí)控制系統(tǒng)響應(yīng)曲線(xiàn)。再加入干擾信號(hào)，其仿真時(shí)間均設(shè)為4000s，采樣時(shí)間設(shè)為20s。干擾信號(hào)階越時(shí)刻為2000s，階越初值0，階越終值18。仿真后結(jié)果分別存儲(chǔ)于工作區(qū)域B、C中，將兩系統(tǒng)響應(yīng)數(shù)據(jù)在同一張圖內(nèi)進(jìn)行比較，需在Matlab中編寫(xiě)程序如下：x=0:20:4000。plot(x,b,x,c)grid 兩種控制系統(tǒng)抗干擾能力比較圖、藍(lán)色曲線(xiàn)是串級(jí)控制系統(tǒng)響應(yīng)曲線(xiàn)。首先放大圖中兩系統(tǒng)階躍響應(yīng)部分，調(diào)節(jié)時(shí)間基本相同，單回路控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)超調(diào)量偏大，綜合各種指標(biāo)可認(rèn)為兩系統(tǒng)在階躍信號(hào)下控制效果大致相同。在兩控制系統(tǒng)控制效果相同的情況下，加入干擾信號(hào)，單回路控制系統(tǒng)在干擾信號(hào)的作用下，為穩(wěn)態(tài)值的2%，在曲線(xiàn)末端甚至出現(xiàn)小幅度波動(dòng)。而串級(jí)控制系統(tǒng)在干擾信號(hào)的作用下，可認(rèn)為系統(tǒng)仍處于的特點(diǎn)穩(wěn)定狀態(tài)，兩者抗干擾能力十分懸殊。充分證明了串級(jí)控制抑制二次干擾能力強(qiáng)。 兩種控制系統(tǒng)階越響應(yīng)比較圖（放大） 擾動(dòng)時(shí)刻響應(yīng)曲線(xiàn)（放大）5 結(jié)論致謝首先，我要衷心感謝我的指導(dǎo)老師孫虹老師，沒(méi)有她的悉心指導(dǎo)，我也不會(huì)這么順利的完成我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。其次，我要感謝我的母校，四年來(lái)，在母校的栽培下，使我順利的完成了學(xué)業(yè)，并且給我的學(xué)生時(shí)代劃上了完美的句點(diǎn)。最后，我要感謝我的父母，是他們的無(wú)私奉獻(xiàn)供養(yǎng)了我上大學(xué)，我才會(huì)有今天的成績(jī)，衷心的感謝他們！ 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)從一接到任務(wù)書(shū)，就在孫虹老師的悉心指導(dǎo)下，還有我自己的查閱資料，我了解到了串級(jí)控制的作用，還有PID控制的作用，也知道了MATLAB軟件使得工程應(yīng)用變得更加快捷和方便。同時(shí)了解綜合應(yīng)用過(guò)程控制理論以及近年來(lái)興起的仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制、組態(tài)軟件，設(shè)計(jì)了鍋爐溫度流量串級(jí)控制系統(tǒng)。從而一步步的順利完成任務(wù)。在此過(guò)程當(dāng)中，我學(xué)到了很多有用的東西，讓我把整個(gè)本科知識(shí)又回顧了一遍，為以后進(jìn)入社會(huì)打下了良好的基礎(chǔ)，同時(shí)在查閱資料的過(guò)程當(dāng)中也學(xué)到許多，新的或者以前未掌握的知識(shí)，在此，我要感謝學(xué)校能夠給我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，讓我從中受益匪淺。參考文獻(xiàn)[1] （第五版）.[2] [3] . [4] 劉文定，. [5] ——[6] The Math 《MATLAB HELP》 2004[7] ICP DAS 《User Manual》 2000[8] 邵裕森，戴先中 《過(guò)程控制工程》 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2000附錄：英語(yǔ)資料及譯文About PID controlRecently automation technology is based on the concept of feedback. Elements of feedback theory consist of three parts: measurement, parison and implementation. Measurement variables of concern, pared with expectations, with the control system to correct the error response.The theory and application of automatic control, the key is to make the correct measurement and parison of how best to rectify the system.PID (proportional integral differential) controller as the first practical use of the controller more than 50 years of history, is still the most widely used industrial controller. Simple PID controller, the use of the system does not accurately model a prerequisite that they have bee the most widely used controller.PID controller is the proportion of cells (P), integral unit (I) and the differential unit (D) ponent.Because of its wide range of uses, the use of flexible, has been serialized products, the use of only three parameters setting (Kp, Ti and Td) can be. In many cases, does not necessarily need all three modules, which can take 12 unit, but the proportion of the control unit is essential.First of all, PID broad range of applications. Although many industrial processes or timevarying nonlinear, but can be simplified through their basic nonlinear and dynamic characteristics of the system over time, so that you can control the PID.Secondly, PID parameter can tune easier. That is, PID parameters Kp, Ti and Td can be based on the dynamic characteristics of the process of setting a timely manner. If the dynamic characteristics of the process of change, for example, changes may be caused by the load dynamic characteristics of the system changes, PID parameters can be retuning.Third, PID controller in practice is to be improved continuously, the following are two examples of improvements.In factories, we always see a lot of loops are in manual, and because of the difficulty of the course so that the automatic mode, a smooth working. As a result of these deficiencies, the use of the industrial control system PID is always subject to product quality, safety, waste production and energy problems. PID parameter selftuning PID parameters in order to deal with this problem setting generated. Now, the autotuning or selftuning of PID controller is a business singleloop controllers and distributed control system of a standard.In some cases the systemspecific design of PID