【正文】 胡琳靜老師 平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，中期論文的修改，后期 論文格式 調(diào)整等各個環(huán)節(jié)中都給予了 很大的幫助 。 十三周的畢業(yè)設(shè)計使我獲益頗多， 我得到了很多老師和同學(xué)的幫助 。同時 也對比值控制系統(tǒng)有了一定程度的了解 ，使我能夠把所學(xué)過的理論知識運用到實踐當(dāng)中。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 41 參考文獻(xiàn) [1] 李遵基主編 .熱工自動控制系統(tǒng) .北京 .中國電力出 版社 .1997： 4760 [2] 王云亮等著 .MATLAB 語言與自動控制系統(tǒng)設(shè)計 .北京 .機械工業(yè)出版社 .2020：104147 [3] 章衛(wèi)國等著 .自動化專業(yè)英語 .武漢 .武漢理工大學(xué)出版社 .2020： 178350 [4] 欣斯基著 .方崇智譯 .過程控制系統(tǒng) .北京 .化學(xué)工業(yè)出版社 .1982： 8095 [5] 邵欲森， 巴筱云等 .過程控制系統(tǒng)及儀表 .北京 .機械工業(yè)出版社 .1999： 6585 [6] 金以慧 .過程控制 .北京 .清華大學(xué)出版社 .1993： 4550 [7] 黃忠霖著 .控制系統(tǒng) MATLAB 計算及仿 真 .北京 .國防工業(yè)出版社 .2020： 35106 [8] 張發(fā)文著 .熱工過程控制系統(tǒng)分析、設(shè)計和調(diào)試 .北京 .中國電力出版社 .1997： 5793 [9] 胡壽松 .自動控制原理 .北京 .科技出版社 .2020:214266 [10] 吳永生 .熱工測量及儀表 .北京 .中國電力出版社 .1995： 222230 [11] 羅萬金 .電廠熱工過程自動調(diào)節(jié) .北京 .水力水電出版社 .1990 [12] 薛定宇著 .反饋控制系統(tǒng)設(shè)計與分析 MATLAB 語言應(yīng)用 .北京 .第一版清華大學(xué) 出版社 .2020： 15134 [13] 洪 乃剛編著 .電力電子和電力拖動控制系統(tǒng)的 MATLAB 計算及仿真 .北京 :機械工 業(yè)出版社 .2020 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 42 [14] Cheres and medium size drum boiler models suitable for long term dynamic response IEEE Transaction on Energy ： 15～ 31 [15] Chen MS. Dillon WE. Power system modeling. Proceedings of the . [16] . Classical control theory. New ： 7095 [17] Bord . Introduction to Control Systems. New York. ： 6075 附 錄 一、二章中所涉及的 SAMA 圖如下： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 43 謝 辭 尊敬的各位老師： 您們好！在您的辛勤指導(dǎo)和同組同學(xué)熱心幫助下，我的畢業(yè)設(shè)計已順利的完成了。這樣就達(dá)到了許多生產(chǎn)上的要求，并且雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)設(shè)計簡單。 我們看到，系統(tǒng)在啟動時選擇最佳參數(shù)使系統(tǒng)較快的達(dá)到穩(wěn)定，穩(wěn)定后選擇穩(wěn)定性好的參數(shù)而后根據(jù)不同的擾動選擇參數(shù)，面對 單位擾動時仍使用穩(wěn)定性好的參數(shù)，受到較大的單位隨機擾動時，選擇最佳系統(tǒng)參數(shù)使系統(tǒng)盡快恢復(fù)穩(wěn)定。對安全生產(chǎn)影響次要的物料，使它受控及時，調(diào)整方便，滯后時間非常短。 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中，主、從動物料的選取： (1)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中，主動物料的選擇一定要基于安全生產(chǎn)的角度，選擇對安全生產(chǎn)有影響的、制約正常生產(chǎn)的物料。 結(jié) 論 綜上，我們可以知道 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)適用于主副流量擾動頻繁，負(fù)荷變化較大，同時保證主、副物料總量恒定的生產(chǎn)過程。 主動量與從動量在 t=0s 時同時加單位隨機擾動，看系統(tǒng)是否可以自我調(diào)節(jié)，達(dá)到預(yù)期效果，如圖 426為雙閉環(huán)系統(tǒng)主、從動量加入單位隨機擾動的 Simulink 框圖，得到仿真曲線如圖 427圖所示。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 39 綜上分析，我們也驗證了雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)在控制過程中，若主動量受到干擾發(fā)生波動，則主動量回路對其進(jìn)行定值控制， 使主動量始終穩(wěn)定在給定值附近，同時從動量控制回路也會隨主動量的波動進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)從動量受到擾動發(fā)生波動時，從動量控制回路對其進(jìn)行定值控制，使從動量始終穩(wěn)定在定值附近，而主動控制回路不受從動量波動的影響。 圖 425 主、從動量不 同時刻加階躍隨機擾動的雙閉環(huán) Simulink 仿真結(jié)果 如圖 425 所示，我們可以得到： 1000s 時從動量受階躍擾動，此時主動量控制響應(yīng)沒有受影響，而是維持在給定值 5不變，而從動量跟隨值在受單位階躍擾動的瞬時有小的變化，此后維持在給定值的 4倍處。 如圖 424為雙閉環(huán)系統(tǒng)主、從動量加入階躍隨機擾動的 Simulink 框圖，其仿真的結(jié)果圖如圖 425所示。 現(xiàn)在我們知道沒有隨機擾動時系統(tǒng)控制性能很好，現(xiàn)在我們給主動量和從動量都加入單位隨機擾動量，看系統(tǒng)有無自動的調(diào)節(jié)能力，最后輸出能否跟隨輸入變化。如圖 422 為其 Simulink 框圖，響應(yīng)結(jié)果為圖 423所示 圖 422 調(diào)整參數(shù)后的雙閉環(huán) Simulink 框圖 圖 423 調(diào)整參數(shù)后雙閉環(huán) Simulink 仿真結(jié)果 對比圖 421 與圖 423我們可以發(fā)現(xiàn)圖 423 響應(yīng)的結(jié)果參數(shù)要比圖 421 好。也就是試探法得到的從動量調(diào)節(jié)器的參數(shù)不是最好的結(jié)果。 而主動量響應(yīng)也保持主動量所給的值 5。其 Simulink 框圖運行的結(jié)果如圖 421 所示。 雙閉環(huán)比值控制過程相當(dāng)于從動量隨主動量變化的隨動控制過程。 圖 418 ? ， ? 時，從動閉環(huán)系統(tǒng) Simulink 框圖 圖 419 ? ， ? 時，從動閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 可見當(dāng) ? ， ? 時，系統(tǒng)處于臨界振蕩狀態(tài)，此時響應(yīng)曲線無超調(diào)，達(dá)到最佳狀態(tài)。 圖 416 ? ， ? 時，從動閉環(huán)系統(tǒng) Simulink 框圖 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 35 圖 417 ? ， ? 時，從動閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 可見，此時仍存在小的超調(diào)，還不夠理想。但超調(diào)過大，當(dāng)外界干擾較強時系統(tǒng)可控性變差。 整定后，主動量閉環(huán)控制系統(tǒng) Simulink 框圖如圖 414 所示，其閉環(huán)控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)如圖 415 所示。 圖 412 從動量控制系統(tǒng)等幅振蕩的 Simulink 框圖 圖 413 從動量控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)等幅振蕩 此時， pcrKK??，由圖知，振蕩周期 ? ，則由式（ 41）、（ 42）、（ 43）可以確定從動量的 PI 調(diào)節(jié)器。 與主動量控制器參數(shù)整定相同，首先找出使系統(tǒng)等幅振蕩的比例系數(shù)，如圖 412 所示使從動量控制系統(tǒng)等幅振蕩的 Simulink 框圖，讓 0IK? ,調(diào)整 PK 使系統(tǒng)等幅振蕩（使 PK 為 附近時系統(tǒng)處于等幅振蕩）。 圖 410 ? ， ? 時，主動閉環(huán)系統(tǒng) Simulink 框圖 圖 411 ? ， ? 時，主動閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 由圖可知，調(diào)節(jié) ? ， ? 時，系統(tǒng)基本達(dá)到振蕩臨界要求，即無超調(diào)的理想曲線。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 32 圖 48 ? ， ? 時，主動閉環(huán)系統(tǒng) Simulink 框圖 圖 49 ? ， ? 時，主動閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 可見，此時仍存在小的超調(diào)，還不夠理想。下面我們用試探法調(diào)節(jié) PI 調(diào)節(jié)器的參數(shù)，讓 pK 減小為 ， IK 為 。主動量閉環(huán)控制系統(tǒng) Simulink 框圖如圖 46 所示，其閉環(huán)控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)如圖 47所示。 圖 44 主動量控制系統(tǒng)等幅振蕩的 Simulink 框圖 圖 45 主動量控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)等幅振蕩 此時， pcrKK??，由圖知，振蕩周期 19kTs? ，則： 1/k pcrK? ? （ 41） （ 42） ? （ 43） k???內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 31 那么， PI 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)可以確定為1 0 .8 5 0 .0 4()c sGs s?? （比例系數(shù) ? ， iKKsT?? ）。 首先找出使系統(tǒng)等幅振蕩的比例系數(shù)，如圖 44所示使主動量控制系統(tǒng)等幅振蕩的 Simulink 框圖，讓 0IK? ,調(diào)整 PK 使系統(tǒng)等幅振蕩（實驗法可得使 PK 為 附近時系統(tǒng)處于等幅 振蕩）。下面我們來分別整定主動量和從動量控制器的參數(shù)。先讓 0IK? ,調(diào)整 PK 使系統(tǒng)等幅振蕩，即系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，此時，使系統(tǒng)等幅振蕩的 PK ，就是系統(tǒng)的臨界比例系數(shù) PcrK ，而臨界比例帶 1/k pcrK? ? 。 ⑶整定主動量和從動量控制器參數(shù)。 圖 43 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 如圖 43所示。） ⑵ 選擇控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)器形式。在執(zhí)行以下語句： margin(G12) 我們可得到從動量無調(diào)節(jié)器的開環(huán) Bode 圖如圖 42所示 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 29 圖 42 從動量無調(diào)節(jié)器開環(huán)系統(tǒng) Bode 圖 由從動量無調(diào)節(jié)器開環(huán)系統(tǒng) Bode 圖可知，系統(tǒng)幅值裕度 Gm=，相角裕度Pm=176。 G12=G1*G2。 [num2,den2]=pade(5,10)。den1=conv([10,1],[20,1])。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 28 ② 從動量無調(diào)節(jié)器的開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性。 圖 41 主動量無調(diào)節(jié)器開環(huán)系統(tǒng) Bode 圖 由主動量無調(diào)節(jié)器開環(huán)系統(tǒng) Bode 圖可知，系統(tǒng)幅值裕度 Gm=，相角裕度Pm=176。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 27 [Gm Pm Wcp Wcg]=margin(G12) Gm = Pm = Wcp = Wcg = 通過執(zhí)行以上程序，我們得到了主動量無調(diào)節(jié)器的開環(huán)頻域性能指標(biāo)。 G2=tf(num2,den2)。 G1=tf(num1,den1)。 應(yīng)用頻域特性分析法，繪制 Bode 圖，其 MATLAB 程序如下： num1=3。 ⑴ 分析主動量控制系統(tǒng)和從動量控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。首先我們要進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、選擇控制模型。在 使用時 Gm、 Pm是成對使用的，有時僅使用一個裕度指標(biāo) Pm?；蚍翟６?Gm1，表示系統(tǒng)不穩(wěn)定。 對于最小相位系統(tǒng)：當(dāng)相角裕度 Pm0176。 應(yīng)用 MATLAB 提高的上述頻域仿真函數(shù)與其他函數(shù)命令，語句編制成 MATLAB程序，這種 MATLAB 程序，這種 MATLAB 的指令方式下進(jìn)行頻域仿真同樣是最常用的實驗方法。這種老辦法要耗費大量的時間、精力，而且計算數(shù)據(jù)的精確度還不一定能夠得到保證。這三種曲線就是頻域分析的三種工具。它是一種圖解的方法。頻域 分析法是自動控制中應(yīng)用的又一種數(shù)學(xué)模型 — 頻域特性來研究系統(tǒng)控制過程性能（穩(wěn)定性、快速性及穩(wěn)態(tài)精度）的方法。 控制系統(tǒng)的性能分析 頻域特性分析法是經(jīng)典控制理論中一種主要的分析方法。這對 DEH系統(tǒng)優(yōu)化運行中參數(shù)的整定、修改起到了預(yù)測和指導(dǎo)作用。在火電廠中， DEH(汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng) )是汽輪機運轉(zhuǎn)的神經(jīng)中樞，該系統(tǒng)性能只能通過動態(tài)過程才能反映出來。 MATLAB是Mathworks公司于 1982年推出的一套高性能的數(shù)值計算和可視化軟件，它集數(shù)值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個方便的、界面友好的用戶環(huán)境。以往的仿真控制系統(tǒng)主要是物理和半物理仿真，建立這樣的仿真控制系統(tǒng)投資大，安裝和維護費用也大。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 25 第四章 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 MATLAB 概述 火電廠是高度重視安全生產(chǎn)的企業(yè)之一，控制系統(tǒng)一旦投入運行，是不允許無關(guān)人員隨便亂動的。因此，主動量的過渡過程為非周期變化過程有效防止了這種可能性。因為從動量回路通過比值器和主動量回路發(fā)生聯(lián)系。主、從控制回路都應(yīng)將過渡過程整定成非周期臨界情況。 ㈡ 雙閉環(huán)