鍋爐燃燒過程控制系統(tǒng)的simulink仿真畢業(yè)論文-在線瀏覽
2024-08-08 01:49本頁面
【正文】 1控制系統(tǒng)及MATLAB語言的應(yīng)用基礎(chǔ) 3 3 3 4 頻域性能指標： 4 頻域分析的三種分析方法 4 5 5 的特點 5 MATLAB在控制系統(tǒng)分析中的應(yīng)用 6 6 7 92 燃燒過程控制系統(tǒng)概述 11 12 143 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)辨識 17 17 174 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 18 18 19 195 鍋爐燃燒控制各子系統(tǒng)仿真 21 21 24 26 276 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)SIMULINK仿真 307 總結(jié) 32[參考文獻] 33附 錄 34致 謝 37 引 言過程控制系統(tǒng)是工業(yè)中控制系統(tǒng)的主要表現(xiàn)形式，一般指工業(yè)生產(chǎn)過程中自動控制系統(tǒng)的被控變量為溫度、壓力、流量、液位、成分等變量的系統(tǒng)。在實際工程中，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)往往很復(fù)雜，如果不借助專用的系統(tǒng)建模軟件，很難準確地把一個控制系統(tǒng)的復(fù)雜模型輸入計算機，對其進行進一步的分析與仿真，Simulink的出現(xiàn)給控制系統(tǒng)分析與設(shè)計帶來了福音。[1]Simulink仿真的模型是具體的函數(shù)模型，因此，過程的建模就顯的十分的重要。2．測試法測試法建模通常只用于建立輸入輸出模型。復(fù)雜過程一般都采用測試法建模。經(jīng)典辨識法包括時域法、頻域法和相關(guān)分析法。我們針對工程訓(xùn)練任務(wù)書中給出的系統(tǒng)辨識函數(shù)，搭建了仿真框圖，調(diào)整PID參數(shù)，最終使系統(tǒng)在較好的指標內(nèi)達到穩(wěn)定。自動控制系統(tǒng)是在無人直接操作或干預(yù)的條件下，通過控制器使控制對象自動的按照給定的規(guī)律運行，使被控制量能夠按照給定的規(guī)律變化。穩(wěn)定性是指動態(tài)過程的平穩(wěn)性，就是動態(tài)過程的振蕩傾向于系統(tǒng)受干擾偏離平衡狀態(tài)后恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力。快速性是指動態(tài)過程的快速性，即動態(tài)過程的時間長短，時間越短，快速性能越好。受控對象不同，對穩(wěn)、準、快的技術(shù)要求也各有所側(cè)重。而且，同一個系統(tǒng)的穩(wěn)、準、快各個指標往往相互制約。時域分析的目的是求解響應(yīng)的性能指標。階躍響應(yīng)的一般性能指標有：上升時間tr、峰值時間tp、超調(diào)量sigma(σ%)、調(diào)節(jié)時間ts及穩(wěn)態(tài)誤差ess。即：峰值時間tp：是指從0到階躍響應(yīng)曲線h(t)進入穩(wěn)態(tài)值附近的誤差帶而不再超出的最小時間。在MATLAB中實現(xiàn)時域分析有兩種方法：一種是MATLAB的函數(shù)指令方式，如求取連續(xù)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)函數(shù)step()，單位沖激響應(yīng)函數(shù)impulse()，零輸入響應(yīng)函數(shù)initial()等；另一種是在Simulink窗口菜單操作方式下進行時域仿真。頻帶：幅頻特性A(ω)(0)時對應(yīng)的頻率。 頻域分析的三種分析方法Bode圖（幅頻/相頻特征曲線）、Nyquist曲線、Nichols圖。（2）Nyquist曲線：Nyquist曲線是根據(jù)開環(huán)頻率特性在復(fù)平面上會出的幅相軌跡。反饋控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件是，Nyquist曲線按逆時針包圍臨界點（1，j0）的圈數(shù)p等于開環(huán)傳遞函數(shù)位于右半S平面的極點數(shù)，否則閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。頻域分析法是經(jīng)典控制理論中重要的系統(tǒng)分析方法。這種方法要耗費大量時間、精力，而且繪圖、計算精確度不能得到保證。根軌跡法是一種表示特征根與某一參數(shù)的全部數(shù)值關(guān)系的圖解方法。上述可變參數(shù)可以是開環(huán)傳遞函數(shù)中任何可變參數(shù)，但通常取開環(huán)增益作為可變參數(shù)。系統(tǒng)閉環(huán)特征方程的根滿足1+G(s)H(s)=0則系統(tǒng)的根軌跡方程為在MATLAB中，系統(tǒng)專門提供了繪制根軌跡有關(guān)的函數(shù)，這些函數(shù)能簡單快捷的繪制根軌跡或者進行相關(guān)的計算。在MATLAB里，有超過500種的數(shù)學(xué)、統(tǒng)計、科學(xué)及工程方面的函數(shù)可供使用，而且使用簡單快捷。例如，在MATLAB里，用戶不用對矩陣預(yù)定義就可以使用。(4)強大的數(shù)據(jù)可視化功能。MATLAB還有較強的編輯圖形界面的能力。由各學(xué)科領(lǐng)域水平很高的專家編寫的功能強勁的工具箱，使用戶無需編寫自己學(xué)科范圍內(nèi)的基礎(chǔ)程序，而直接進行高、精、尖的研究。[3]這里重點介紹一下利用MATLAB進行系統(tǒng)根軌跡分析和頻域分析的方法?？赏ㄟ^pzmap(p，z)繪制出零極點圖，圖中的極點用 “”表示，零點用 “o”表示。在系統(tǒng)分析過程中，常常希望確定根軌跡上某一點處的增益值K，這時可利用MATLAB中的rlocfind( )函數(shù)，在使用此函數(shù)前要首先得到系統(tǒng)的根軌跡，然后再執(zhí)行如下命令：[K，poles]=rlocfind(num，den) 或 [K，poles]=rlocfind(A，B，C，D)執(zhí)行上述命令后，將在屏幕上的圖形中生成一個十字光標，使用鼠標移動它至所希望的位置，然后敲擊鼠標左鍵即可得到該極點的位置坐標值poles以及它所對應(yīng)的增益K值。（1） 頻率向量 頻率向量可由logspace( )函數(shù)來構(gòu)成。有了這些數(shù)據(jù)就可以利用下面的MATLAB命令： subplot(2，1，1)；semilogx(w，20*log10(mag))subplot(2，1，2)；semilogx(w，phase)在同一個窗口上同時繪制出系統(tǒng)的Bode圖了，其中前一條命令中對幅值向量mag求取分貝(dB)值。利用MATLAB控制系統(tǒng)工具箱提供的margin( )函數(shù)可以求出系統(tǒng)的幅值裕量與相位裕量，該函數(shù)的調(diào)用格式為[Gm，Pm，Wcg，Wcp]=margin(num，den) 或 [Gm，Pm，Wcg，Wcp]=margin(A，B，C，D)式中Gm和Pm分別為系統(tǒng)的幅值裕量和相位裕量，而Wcg 和Wcp分別為幅值裕量和相位裕量處相應(yīng)的頻率值。（4）頻率響應(yīng)值MATLAB也提供了直接的求取頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)的函數(shù)freqresp( )，其調(diào)用格式為：F=freqresp(num，den，sqrt(1)*ω) 或 F=freqresp(A，B，C，D，iu，sqrt(1)*ω)式中F為頻率響應(yīng)，ω為給定的頻率范圍向量。當(dāng)然也可使用下面的簡單命令來直接繪出系統(tǒng)的奈奎斯特圖：nyquist(num，den，ω) 或 nyquist(A，B，C，D，iu)更簡單地： nyquist(num，den) 或 nyquist(A，B，C，D)（6）尼柯爾斯圖(Nichols圖)函數(shù)調(diào)用格式為：[mag，phase，ω]=nichols(num，den，ω)或[mag，phase，ω]=nichols(A，B，C，D，iu，ω)可見該函數(shù)的調(diào)用格式以及返回的值與bode( )函數(shù)完全一致，事實上雖然它們使用的算法不同， 但這兩個函數(shù)得出的結(jié)果還是基本一致的。Simulink為用戶提供了一個圖形化的用戶界面（GUI）。它與用微分方程和差分方程建模的傳統(tǒng)仿真軟件包相比，具有更直觀、更方便、更靈活的優(yōu)點。Simulink的主要功能如下：交互建模Simulink提供了大量的功能塊以方便用戶快速的建立動態(tài)系統(tǒng)模型。交互仿真Simulink提供了交互性很強的非線性仿真環(huán)境，可以通過下拉菜單執(zhí)行仿真，或使用命令進行批處理。擴充和制定Simulink的開放結(jié)構(gòu)允許擴展仿真環(huán)境的功能：用戶可以用MATLAB、Fortran和C代碼生成自定義模塊圖，并擁有自己的圖標和界面；用戶還可以將原來的Fortran和C語言代碼連接起來。工具箱提供的高級設(shè)計和
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