【正文】 結(jié)束時間為 16： 21，歷時 130分鐘。選定為 10%，然后將調(diào)節(jié)器改為手動運行。 4. 核對智能調(diào)節(jié)儀參數(shù)設(shè)置，將智能調(diào)節(jié)儀作為溫度變送器使用，關(guān)鍵參數(shù)有 Sn=21,CtrL=0, DIL＝ 0， DIH＝ 100（ ℃ ） ,OPL=40, OPH=200。 2. TT1 的 1a、 1b、 1c 端對應(yīng)接到智能調(diào)節(jié)儀 I 的 4端；智能調(diào)節(jié)儀 Ｉ 的輸出 5端并接本掛 件上 250Ω電阻后對應(yīng)接到數(shù)據(jù)采集卡模擬量輸入 AI GND 端； AT4 模擬輸出 AO1的 420mA+、 端對應(yīng)接到溫控模塊控制輸入 +、 端； AT4模擬輸出 AO2的 420mA+、 端對應(yīng)接到電動調(diào)節(jié)閥控制輸入 +、 端。 管路連接：將鍋爐內(nèi)膽出水口與工頻泵進水口 2 連接起來，將工頻泵出水口與支路 1 進水口連接起來，將支路 1出水口與盤管進水口連接起來，將盤管出水口與儲水箱進水口連接起來。 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級控制 12 測試步驟 測試時選擇盤管出水口溫度（也可根據(jù)實驗需要選擇另外兩個溫度測試點處的溫度）作為被控量，實驗之前先將儲水箱中貯足水量，將鍋爐內(nèi)膽打滿水。前者的傳遞函數(shù)除以后者的傳遞函數(shù)，即G1 ( s )/G2（ s） ， 可近似得到盤管的溫度模型。本文并沒有采用該法。 獲取模型的方法 盤 管鍋 爐 內(nèi) 膽溫 度 變 送 器 2加 熱 模 塊溫 度 變 送 器 1輸 入內(nèi) 膽 溫 度 盤 管 溫 度輸 出 圖 開環(huán)測模型 方法一：設(shè)由鍋爐內(nèi)膽到盤管出水口的管道長度為 L米，熱水的流速為 v米 /秒，則內(nèi)膽的熱水要經(jīng)過 τd秒后才能到達被控點，其中 τd=L/v。非線性因素：在不同負(fù)荷、不同設(shè)定值條件下測試； 同一負(fù)荷、同一設(shè)定值下正、反擾動，全面掌握特性。 ③仔細(xì)記錄起始部分，因為對動態(tài)特性參數(shù)的影響很大。過大，使正常生產(chǎn)受到干擾甚至危及安全。 該法建模時的注意事項： ①合理選擇階躍擾動信號的幅度，一般在正常輸入信號的 5%～ 15%。 階躍響應(yīng)曲線法建模 在被控系統(tǒng)處于開環(huán)穩(wěn)定時，使輸入量（調(diào)節(jié)閥）作階躍式變化，記錄被控過程輸出的變化曲線，直至進入新的穩(wěn)態(tài)。 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級控制 11 本文采用的是測試法中的 階躍響應(yīng)曲線 法來建模 。 機理分析法建模又稱為數(shù)學(xué)分析法建模或理論建模，是根據(jù)過程的內(nèi)部機理（運動規(guī)律），運用一些已知的定律、原理建立過程的數(shù)學(xué)模型。 4) 參數(shù)估計：在模型結(jié)構(gòu)已知的情況下，用實驗方法確定對系統(tǒng)特性用影響的參數(shù)數(shù)值。 2) 實驗設(shè)計： 變量的選擇，輸入信號的形式、 大小，正常運行信號還是附 加試驗信號，數(shù)據(jù)采樣速率，辨識允許的時間及確定量測儀器等。合適的實驗數(shù)據(jù)是驗證模型和建模的重要依據(jù)。在建模中必須掌握建模對象所要用到的先驗知識。 建模需要三類主要的信息源： 要確定明確的輸入量與輸出量 通常選一個可 控性良好，對輸出量影響最大的一個輸入信號作為輸入量，其余的輸入信號則為干擾量。 它 是一個實際系統(tǒng)模型化的過程。因描述的關(guān)系各異，所以實現(xiàn)這一過程的手段和方法也是多種多樣的。 建模是研究系統(tǒng)的重要手段和前提。盤管出口水溫滯后工程是測量系統(tǒng)模型的準(zhǔn)備與前提，是進行測模型的一個必要的軟 件環(huán)境。 圖 運行策略 進行以上各個環(huán)節(jié)后，盤管出口水溫滯后的工程已經(jīng)基本完成。啟動策略在應(yīng)用系統(tǒng)開始運行時調(diào)用，退出策略在應(yīng)用系統(tǒng)退出時調(diào)用，循環(huán)策略由系統(tǒng)在運行過程中定時循環(huán)調(diào)用，用戶策略供系統(tǒng)中的其他部件調(diào)用。 運行策略本身是系統(tǒng)提供的一個框架，其里面放置有策略條件構(gòu)件和策略構(gòu)件組成的“策略行”，通過對運行策略的定義，使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件操作實時數(shù)據(jù)庫，控制用戶窗口的打開、關(guān)閉并確定設(shè)備 構(gòu)建的工作狀態(tài)等，從而實現(xiàn)對外部設(shè)備工作過程的精確控制。 所謂“運行策略”，是用戶為實現(xiàn)對系統(tǒng)運行流程自由控制所組態(tài)生成的一系列功能塊的總稱。對于復(fù)雜 的工程，監(jiān)控系統(tǒng)必須設(shè)計成多分支、電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級控制 9 多層循環(huán)嵌套式結(jié)構(gòu)，按照預(yù)定的條件，對系統(tǒng)的運行流程及設(shè)備的運行狀態(tài)進行有針對性選擇和精確的控制。如圖 、使得計算機與設(shè)備能夠有一個較好的連接接口。 圖 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級控制 8 設(shè)備連接 在工作臺“設(shè)備 窗口”中雙擊“設(shè)備窗口”圖標(biāo)進入。若組態(tài)設(shè)備顯示為有誤，則應(yīng)仔細(xì)檢查直至確認(rèn)無誤后，則進入下一設(shè)計環(huán)節(jié)。 圖 水溫控制窗口 選中“水溫控制”窗口圖標(biāo)，單擊“動畫組態(tài)”，進入動畫組態(tài)窗口，開始編輯畫面。 建立窗口 在“用戶窗口”中單擊“新建窗口”按鈕，建立“窗口 0”，并修改其窗口名稱為“水溫控制”。 在菜單文件中選擇新建工程菜單項，生成新建工程 ，名稱為“盤管水溫滯后”。 盤管 位于 加熱裝置的出水口與出口溫度測量點之間，水流流經(jīng)該處會有時延，用它來模擬大滯后系統(tǒng)。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹 過程控制實驗室 THPCAT2試驗裝置鍋爐溫度控制系統(tǒng)由 鍋爐、水泵、溫度變送器、電動調(diào)節(jié)閥、盤管等構(gòu)成。此項操作在設(shè)備窗口內(nèi)進行。 編寫程序調(diào)試工程： 利用調(diào)試程序產(chǎn)生的模擬數(shù)據(jù)，檢查動畫顯示和控制流程是否正確。后一部分則設(shè)置圖形的動畫屬性，與實時數(shù)據(jù)庫中定義的變量建立相關(guān)性的連接關(guān)系，作為動畫圖形的驅(qū)動源 編寫控制流程程序： 在運行策略窗口內(nèi)，從策略構(gòu)件箱 中，選擇所需功能策略構(gòu)件，構(gòu)成各種功能模塊，由這些模塊實現(xiàn)各種人機交互操作。 制作動畫顯示畫面： 動畫制作分為靜態(tài)圖形設(shè)計和動態(tài)屬性設(shè)置兩個過程。編制菜單分兩步進行，第一步首先搭建菜單的框架，第二步再對各級菜單命令進行功能組態(tài)。封面窗口和啟動窗口也可等到建電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級控制 4 立了用戶窗口后，再行建立。主要內(nèi)容包括：定義工程名稱、封面窗口名稱和啟動窗口名稱，指定存盤數(shù)據(jù)庫文件的名稱以及存盤數(shù)據(jù)庫，設(shè)定動畫刷新的周期。如編寫控制程序（腳本程序），選用各種功能構(gòu)件等。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，變?yōu)閿?shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接及設(shè)備驅(qū)動的對象。用戶窗口相當(dāng)于一個“容器”，用來放置圖元、圖符和動畫構(gòu)件等各種圖形對象，通過對圖形對象的組態(tài)設(shè)置，建立與實時數(shù)據(jù)庫的連接，來完成圖形、界面的設(shè)計工作。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊設(shè)備驅(qū)動程序，定義連接與驅(qū)動設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量，使系統(tǒng)能夠從外部設(shè)備中讀取數(shù)據(jù)并控制外部設(shè)備的工作狀態(tài)，實現(xiàn)對液位系統(tǒng)的實時控制。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設(shè)計封面圖形，確定自動啟動的窗口，設(shè)定動畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。 本文采用的是北京昆侖通態(tài)公司的 MCGS組態(tài)軟件，經(jīng)過各種現(xiàn)場的長期實際運行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。 MCGS系統(tǒng)可以與廣泛的數(shù)據(jù)源交換數(shù)據(jù)；它提供多種高性能的 i／ 0驅(qū)動；它全面支持 0PC標(biāo)準(zhǔn)，可以和更多的自動化設(shè)備連接。利用其可視化的畫面制作技術(shù)，可實現(xiàn)各種滿足要求的仿真界面，能夠快捷地開發(fā)組建高效的控制系統(tǒng)。它作為數(shù)據(jù)采集與過程控制中的專用軟件，伴隨著集散型控制系統(tǒng)的出現(xiàn)為人熟知，處于自動控制系統(tǒng)的監(jiān)控層，支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議。 第五章：基于 OPC 技術(shù)的 盤管出口溫度的實時控制 在以上幾章的內(nèi)容的基礎(chǔ)上，結(jié)合 OPC 技術(shù) 、 Matlab 等來實現(xiàn)對盤管出口溫度的實時控制。 第四章 盤管出口溫度 的串級控制的仿真分析 本章介紹了三種不同的控制算法并根據(jù)運行效果改進。 第二章 監(jiān)控組態(tài)工程設(shè)計 本章對本組態(tài)軟件、系統(tǒng)硬件做了一個簡要概述，并介紹了組態(tài)部分的設(shè)計與實現(xiàn)方法。本文依次設(shè)計單回路 PID、串級 PID、串級 Smith 預(yù)估三種控制方案分別對該系統(tǒng)進行仿真研究，在 過程控制實驗室 THPCAT2試驗裝置上 ，利用 MCGS 實現(xiàn)溫度參數(shù)的實時采集和 友好的界面設(shè)計，并利用 OPC 技術(shù)，建立 MCGS 與Matlab的無縫連接，由 Matlab送控制量給組態(tài)軟件，實現(xiàn)對過程變量的采集和控制。運用組態(tài)軟件 MCGS 收集到了盤管、鍋爐內(nèi)膽共兩組實時溫度數(shù)據(jù)。 本文研究的主要內(nèi)容 本文以過程控制實驗平臺的監(jiān)控實現(xiàn)為背景。 本文將串級控制與 Smith預(yù)估結(jié)合起來，通過對比，取得比單一 PID控制更快的動態(tài)響應(yīng)特性，更小的超調(diào)，比串級控制獲得更高的穩(wěn)態(tài)精度。史密斯預(yù)估補償控制 雖然在原理上早已成功，但其控制規(guī)律在模擬儀表上不易實現(xiàn)，阻礙了其在工業(yè)上的應(yīng)用，現(xiàn)在可以用計算機作為控制器，通過軟件的方法實現(xiàn)史密斯預(yù)估補償控制規(guī)律。改進的 Smith 預(yù)估控制方法無法從根本上改變對數(shù)學(xué)模型的依賴 [5]。 Smith 預(yù)估控制方法可以有效地對時滯進行補償。其特點是預(yù)先估計出系統(tǒng)在給定信號下的動態(tài)特性，然后由預(yù)估器進行補償，力圖 使被延遲了的被調(diào)量超前反映到調(diào)節(jié)器，使調(diào)節(jié)器提前動作，從而減少超調(diào)量并加速調(diào)節(jié)過程。 在控制領(lǐng)域中的經(jīng)典方法是 Smith O J 在 1959年提出的預(yù)估補償算法 [4]。 該方法克服純滯后極其有效，其特點是把期望的閉環(huán)響應(yīng)設(shè)計成為一階慣性加純滯后，然后反過來推出滿足該閉環(huán)響應(yīng)的控制器。設(shè)計的 數(shù)字控制器 （算法）使閉環(huán)系統(tǒng)的特性為具有電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級控制 2 時間滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，且滯后時間與被控對象的滯后時間相同。單回路系統(tǒng)往往不能滿足生產(chǎn)工藝的要求，由于串級控制系統(tǒng)的副回路是隨動控制系統(tǒng)，具有一定的自適應(yīng)性，在一定程度上可以補償非線性對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響。 4. 用于克服被控過程的非線性 在過程控制中，一般的被控過程都存在著一定的非線性。 3. 用于抑制變化劇烈幅度較大的擾動 串級控制系統(tǒng)的副回路對于回路內(nèi)的擾動具有很強的抑制能力。使用串級控制系統(tǒng)，在距離調(diào)節(jié)閥較近、純滯后較小的位置構(gòu)成副回路，把主要擾動包含在副回路中，提高副回路對系統(tǒng)的控制能力，可以減小純滯后對主被控量的影 響。利用串級控制系統(tǒng)存在二次回路而改善過程動態(tài)特性，提高系統(tǒng)工作頻率，合理構(gòu)造二次回路，減小容量滯后對過程的影響，加快響應(yīng)速度。能提高了系統(tǒng)的工作頻率，對負(fù)荷變化的適應(yīng)性較強 。對于具有大滯后的過程控制問題，用常規(guī)的 PID 控制器來控制對象，超調(diào)及振蕩都比較強，帶來較長的穩(wěn)定時間，很難獲得良好的控制性能。針對它的控制算法，工程上常見有傳統(tǒng) PID算法、串級控制法、大林算法、 Smith 預(yù)估控制法和智能控制法等多種方法 [2]。 長期以來，溫度控制系統(tǒng)就一直是工業(yè)過程中難度較大的控制系統(tǒng)之一。所謂具有純滯后的過程，指的是：對象的純滯后時間τ與對象的慣性時間常數(shù) Tm之比 τ/Tm≥ 程 [1]。通過對該系統(tǒng)的仿真控制實 驗，結(jié)果表明該三種方案是可行的，較好地 實現(xiàn)了溫度的控制 。在控制要求不太苛刻的情況下，本文 分別采用單回路 PID控制、串級 PID控制以及串級結(jié)合 Smith預(yù)估補償?shù)姆椒?，進行研究與仿真， 針對該系統(tǒng)選用可行的控制方案 。在電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級控制系統(tǒng)中，關(guān)鍵要解決其滯后的問題。 （楷體 1 號居 中 ） 畢業(yè)設(shè)計 （論文） （楷體初號加粗居中） 題 目： 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級控制 學(xué) 院： 自動化學(xué)院 專 業(yè)： 自動化 （以上宋體四號居中） 摘要 Ⅰ 摘 要 （宋體、三號、加粗、居中） 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，不少控制對象普遍存在純滯后的現(xiàn)象 ， 如化工、加熱過程等 。 這種滯后的存在， 對系統(tǒng)的控制是極為不利的，嚴(yán)重時甚至?xí)茐南到y(tǒng)的穩(wěn)定性 。基于 MCGS組態(tài)軟件，