【正文】 最后，感謝評(píng)審組的各位老師，感謝您們?cè)诎倜χ?，抽出寶貴的時(shí)間，來(lái)評(píng)審我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，歡迎您們提出寶貴的意見，謝謝！45。其中我的論文指導(dǎo)老師胡琳靜老師對(duì)我的關(guān)心和支持尤為重要。 首先感謝各位任課老師，四年來(lái)是你們的孜孜教誨豐富了我的知識(shí)，使我在作這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)有了豐富的知識(shí)底蘊(yùn)，為論文的順利完成奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；你們的言傳身教讓我受益終生。通過這次設(shè)計(jì)，我對(duì)本專業(yè)知識(shí)有了進(jìn)一步的掌握，對(duì)我們大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了綜合應(yīng)用。本文在設(shè)計(jì)時(shí)由于時(shí)間倉(cāng)促，沒有充足的時(shí)間來(lái)更加完善系統(tǒng)，系統(tǒng)有些地方可能還沒有想到，并且由于設(shè)計(jì)者能力有限，難免有一些漏洞，希望各位老師指出錯(cuò)誤，我將虛心地接受并加以改進(jìn)。使系統(tǒng)更加完美，從動(dòng)量的跟隨性能在時(shí)間上延遲小，并且跟隨主動(dòng)量的波動(dòng)小，抗干擾能力也很強(qiáng)。上述設(shè)計(jì)的雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)投運(yùn)后，控制平穩(wěn)，基本上滿足了生產(chǎn)控制要求。(2)從動(dòng)物料應(yīng)受控及時(shí)，調(diào)節(jié)滯后時(shí)間短。在控制過程中，當(dāng)需要調(diào)整負(fù)荷時(shí)，只要改變主動(dòng)量回路控制器的給定值，就可同步調(diào)整主動(dòng)量和從動(dòng)量，并保持主動(dòng)量和從動(dòng)量的比值不變。圖426 雙閉環(huán)系統(tǒng)主、從動(dòng)量加入單位隨機(jī)擾動(dòng)的Simulink框圖圖427 加隨機(jī)擾動(dòng)的雙閉環(huán)Simulink仿真結(jié)果由圖427仿真結(jié)果我們可知：主動(dòng)控制系統(tǒng)和從動(dòng)控制系統(tǒng)均受隨機(jī)擾動(dòng)，可見除初始時(shí)間延遲外，從動(dòng)量較好的跟隨主動(dòng)量變，并基本維持比值為4，克服外界干擾，實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)量和從動(dòng)量間的比值控制，且對(duì)主動(dòng)量和從動(dòng)量均進(jìn)行了調(diào)節(jié)，提高了系統(tǒng)的綜合控制精度。② 主動(dòng)量與從動(dòng)量在同一時(shí)刻加隨機(jī)擾動(dòng)。2000s時(shí)主動(dòng)量受階躍擾動(dòng)，可見此時(shí)主動(dòng)量的響應(yīng)值瞬時(shí)有一個(gè)小的變化，此后維持在5，從動(dòng)量的跟隨值在主動(dòng)量加隨機(jī)擾動(dòng)的瞬間也有較小的變化，此后維持在20。圖424 加隨機(jī)擾動(dòng)的雙閉環(huán)Simulink框圖主動(dòng)量在2000s以后加單位階躍擾動(dòng)，從動(dòng)量在1000s以后加單位階躍隨機(jī)擾動(dòng)，下面我們觀察所得到的曲線圖，如圖425所示。① 主動(dòng)量與從動(dòng)量不在同一時(shí)刻加隨機(jī)擾動(dòng)。初始時(shí)間從動(dòng)量即跟隨主動(dòng)量，且從動(dòng)量跟隨主動(dòng)量時(shí)波動(dòng)較小。下面我們調(diào)節(jié)從動(dòng)量的PI調(diào)節(jié)器，現(xiàn)在我們進(jìn)行仿真，對(duì)比結(jié)果。但我們還可以看出初始時(shí)間從動(dòng)量響應(yīng)有一個(gè)負(fù)的“超調(diào)量”，并沒有立刻達(dá)到終值20，這可能是我們?cè)谠O(shè)計(jì)的過程中沒有保證從動(dòng)量控制環(huán)要比主流量控制環(huán)快，這樣不能使從流量控制環(huán)跟隨主流量控制環(huán)而變化。圖420 雙閉環(huán)Simulink仿真框圖圖421 雙閉環(huán)Simulink仿真結(jié)果由圖421可知，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能很好，從動(dòng)量在沒有隨機(jī)干擾的情況下以4倍比值跟隨主動(dòng)量，最終達(dá)到20，處于穩(wěn)定狀態(tài)。以上我們已經(jīng)根據(jù)所給的主、從動(dòng)量控制參數(shù)確定了PI參數(shù)，現(xiàn)假定主動(dòng)量給定值為5，主動(dòng)量和從動(dòng)量的比值根據(jù)工藝要求及測(cè)量?jī)x表假定為4，則系統(tǒng)控制過程Simulink仿真框圖如圖420所示。⑷ 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)控制工程仿真。我們繼續(xù)調(diào)節(jié)，圖418為其Simulink框圖，則可得到則得到圖419所示的響應(yīng)曲線。故應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)PI參數(shù)，同樣用試探法，圖416為其Simulink框圖，則可得到則得到圖417所示的響應(yīng)曲線。 圖414 臨界曲線整定后從動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)Simulink框圖圖415 整定后從主動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線可見，系統(tǒng)有約50%以上的超調(diào)量，系統(tǒng)響應(yīng)較快，且無(wú)常值偏差。那么，PI調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)可以確定為（比例系數(shù)，）。此時(shí)，其階躍響應(yīng)等幅振蕩如圖413所示。② 從動(dòng)量控制器參數(shù)。我們繼續(xù)調(diào)節(jié)，圖410為其Simulink框圖，則可得到則得到圖411所示的響應(yīng)曲線。圖48為其Simulink框圖，則得到圖49所示的響應(yīng)曲線。圖46 臨界曲線整定后主動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)Simulink框圖圖47 整定后主動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線由圖47所示階躍響應(yīng)，我們可以得出系統(tǒng)有約25%30%的超調(diào)量，為了使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能更加完善，我們進(jìn)一步調(diào)整系統(tǒng)中的PI參數(shù)，使曲線處于振蕩與不振蕩的邊界。應(yīng)用臨界曲線法整定后，我們可以確定PI調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，我們將具體形式加入仿真系統(tǒng)中，進(jìn)行仿真，分析結(jié)果。其階躍響應(yīng)等幅振蕩如圖45所示。① 整定主動(dòng)量控制器參數(shù)。由系統(tǒng)等幅振蕩的圖形，我們可以讀出系統(tǒng)等幅振蕩的周期，這樣，根據(jù)表的計(jì)算公式和及可以確定PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)。根據(jù)工程整定的論述，我們選擇PI形式的控制器，即：，本設(shè)計(jì)中采用臨界曲線法整定系統(tǒng)。其中代表比值，即雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中的比值系數(shù)，在此我們?cè)O(shè)定為4，和分別為主動(dòng)量控制環(huán)和從動(dòng)量控制環(huán)控制器 ，按前述分析取為PI調(diào)節(jié)器形式。因?yàn)樗O(shè)計(jì)的為雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，所以我們用圖43所示的控制系統(tǒng)框圖，兩閉環(huán)調(diào)節(jié)器均應(yīng)選擇PI控制規(guī)律。可見，系統(tǒng)是穩(wěn)定的（Gm1,Pm0176。 [Gm Pm Wcp Wcg]=margin(G12)Gm =Pm = Wcp =Wcg = 通過執(zhí)行以上程序，我們得到了從動(dòng)量無(wú)調(diào)節(jié)器的開環(huán)頻域性能指標(biāo)。 G2=tf(num2,den2)。 G1=tf(num1,den1)。仍采用頻域分析法，其MATLAB程序如下： num1=3。我們可以知道系統(tǒng)開環(huán)穩(wěn)定。在執(zhí)行以下語(yǔ)句： margin(G12)我們可得到主動(dòng)量無(wú)調(diào)節(jié)器的開環(huán)Bode圖，如圖41所示為主動(dòng)量無(wú)調(diào)節(jié)器的開環(huán)Bode圖。 G12=G1*G2。 [num2,den2]=pade(5,10)。den1=[15,1]。① 主動(dòng)量無(wú)調(diào)節(jié)器的開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性。然后對(duì)所選用的調(diào)節(jié)器進(jìn)行參數(shù)整定，得到匹配參數(shù)后，進(jìn)行繪制系統(tǒng)Simulink框圖，然后對(duì)其進(jìn)行MATLAB仿真分析。已知：雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的主動(dòng)控制量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和從動(dòng)量控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型如下: 現(xiàn)在我們就其所給的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真。幅值裕度Gm、相角裕度Pm越大，系統(tǒng)穩(wěn)定性能越好?；蚍翟６菺m1，表示系統(tǒng)穩(wěn)定；相角裕度Pm0176。通過頻域性能指標(biāo)的性質(zhì)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。借助計(jì)算機(jī)及其軟件，特別是利用MATLAB軟件提供的頻域分析的函數(shù)，能夠方便、簡(jiǎn)單、快捷地繪制曲線，并計(jì)算出頻域性能指標(biāo)，還可以借助這些曲線對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。傳統(tǒng)的頻域分析法是計(jì)算數(shù)據(jù)，繪制Bode圖，并求出頻域性能指標(biāo)。頻域分析里主要用到三種曲線：Bode圖，Nyquist曲線，Nichols曲線。這種方法不必直接求解系統(tǒng)的微分方程，而是間接的運(yùn)用系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性曲線，分析閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)。它是通過研究對(duì)系統(tǒng)正弦輸入信號(hào)下的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性來(lái)分析系統(tǒng)的。實(shí)踐證明，利用MATLAB對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，具有安全、可靠、節(jié)省人力、物力和財(cái)力等優(yōu)點(diǎn)，它為加快大型火電機(jī)組熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)試速度，提高火電廠熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)的投入率，又提供了一個(gè)新的方法和手段。為此，利用MATLAB仿真工具和VB開發(fā)界面，建立DEH仿真平臺(tái)，在不干擾生產(chǎn)的情況下，對(duì)DEH系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行分析研究，從而避免了對(duì)系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整的盲目性，使DEH系統(tǒng)各部分的動(dòng)態(tài)過程完整地呈現(xiàn)出來(lái)。利用MATLAB軟件中的SIMULINK功能可對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，它的仿真結(jié)果將會(huì)對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)有著重要的指導(dǎo)意義。尤其是自動(dòng)化儀表發(fā)展如此之快，使這些仿真控制系統(tǒng)不得不進(jìn)行設(shè)備的更新改造，其經(jīng)濟(jì)損失是顯而易見的。因此，對(duì)控制系統(tǒng)的分析研究和自動(dòng)化人員生產(chǎn)技能的培訓(xùn)只能在仿真控制系統(tǒng)上進(jìn)行。㈢ 變比值控制系統(tǒng) 變比值控制系統(tǒng)，又可稱為串級(jí)比值控制系統(tǒng)，它具有串級(jí)控制系統(tǒng)的一些特點(diǎn)，仿效串級(jí)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇原則，主調(diào)節(jié)器選擇PI或PID控制規(guī)律；副調(diào)節(jié)器（即從動(dòng)量調(diào)節(jié)器）可按單閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行整定。主動(dòng)量的變化必然引起從動(dòng)量回路控制器設(shè)定值的變化，如果主動(dòng)量的變化頻率接近從動(dòng)量回路的工作頻率時(shí)，則有可能引起從動(dòng)量回路的共振，以致系統(tǒng)的控制品質(zhì)變壞。另外，這樣整定參數(shù)也防止了從動(dòng)量回路共振問題。因此，兩閉環(huán)調(diào)節(jié)器均應(yīng)選擇PI控制規(guī)律，而且應(yīng)使從流量控制環(huán)響應(yīng)較主流量控制環(huán)快，這樣從流量控制系統(tǒng)才有能跟上主流量的變化，保證主、從流量比值恒定。⑶ 適當(dāng)放寬比例度（一般為20%）的情況下，逐步緩慢地減小積分時(shí)間，直到出現(xiàn)振蕩與不振蕩的臨界過程或稍有一點(diǎn)超調(diào)的情況為止?？刂破鲄?shù)的整定步驟可歸納如下：⑴ 根據(jù)工藝要求的流量比值K，求得比值系數(shù)。因此，要求反映快速、準(zhǔn)確。4） 對(duì)于采用三參數(shù)的調(diào)節(jié)器，在進(jìn)行完上述調(diào)整試驗(yàn)后，將微分時(shí)間由小到大地調(diào)整，觀察每次試驗(yàn)過程，在感到滿意時(shí)便停止。保持比例帶不變修改積分時(shí)間，同樣反復(fù)試湊直到滿意為止。做階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過程，修改積分時(shí)間重復(fù)試驗(yàn)，直到滿意為止。將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，穩(wěn)定后做階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過程，若過渡過程有希望的衰減率（）則可，否則改變比例帶值，重復(fù)上述試驗(yàn)。 經(jīng)驗(yàn)法整定具體步驟：1） 將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間放到最大，微分時(shí)間置于最小。 通過長(zhǎng)期實(shí)踐，人們總結(jié)了一套參數(shù)整定的經(jīng)驗(yàn)，稱之為經(jīng)驗(yàn)法。對(duì)于三參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律，由于微分作用的引入提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，因此可將減小至后作為調(diào)節(jié)器比例帶設(shè)定值，同時(shí)積分時(shí)間與無(wú)微分作用下相比也適當(dāng)減小了。與臨界比例帶法一樣，衰減曲線法也是利用了比例作用下的調(diào)節(jié)過程。在曲線上求取時(shí)的振蕩周期或時(shí)的上升時(shí)間tr，按表32計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。應(yīng)逐步減小比例帶值，并再次試驗(yàn)，直到過渡過程曲線出現(xiàn)4:1的衰減過程，對(duì)于的調(diào)節(jié)過程也是一樣的做上述試驗(yàn)，直到出現(xiàn)10:1的衰減過程。衰減曲線法的具體步驟是：1） 置調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間，微分時(shí)間，比例帶為稍大的值；將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行。 表31 臨界比例帶法計(jì)算公式（）規(guī) 律PPI PID ———臨界比例帶法在實(shí)際應(yīng)用中有一定的局限性，有些生產(chǎn)過程根本不允許產(chǎn)生等幅振蕩，如火力發(fā)電廠鍋爐汽包水位控制；此外，某些慣性較大的單容對(duì)象用比例調(diào)節(jié)器又很不容易產(chǎn)生等幅振蕩過程，得不到臨界狀態(tài)下的調(diào)節(jié)器比例帶即振蕩周期，則無(wú)法應(yīng)用臨界比例帶法。3） 根據(jù)記錄曲線的振蕩周期此狀態(tài)下調(diào)節(jié)器比例帶為，然后按表31計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。2） 將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，待系統(tǒng)穩(wěn)定后逐漸減小比例帶，直到進(jìn)入等幅振蕩狀態(tài)。這時(shí)控制系統(tǒng)處于邊界穩(wěn)定狀態(tài)，記下此狀態(tài)下的比例帶值，即臨界比例帶以及振蕩周期，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)，可以看出臨界比例帶法無(wú)須知道對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行參數(shù)整定。不過計(jì)算分析不必要求達(dá)到精確的結(jié)果，而是利用一些經(jīng)驗(yàn)性圖表，先估計(jì)調(diào)節(jié)器參數(shù)的取值范圍，從而給現(xiàn)場(chǎng)整定提供參考。但是現(xiàn)場(chǎng)整定也要在正確的理論指導(dǎo)下才能有效進(jìn)行并解決所能發(fā)現(xiàn)的問題，若事先不經(jīng)過任何理論計(jì)算和分析，盲目地實(shí)踐可能會(huì)延誤時(shí)機(jī)，甚至帶來(lái)麻煩。由于這些原因，各種計(jì)算結(jié)果只能是近似的，只宜作參考依據(jù)。但問題是計(jì)算方法要以控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性為依據(jù)，而動(dòng)態(tài)特性測(cè)取時(shí)含有不精確性，更難以處理的是在工況變動(dòng)時(shí)，對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性可能發(fā)生變化。