【正文】 放大系數(shù)和臨界振蕩周期； （ 3）在一定的控制度下通過公式計算得到 PID控制器的參數(shù)。 P是解決幅值振蕩， P大了會出現(xiàn)幅值振蕩的幅度大，但振蕩頻率小，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的時間長。 D是消除靜態(tài)誤差的，一般 D設(shè)置都比較小，而且對系統(tǒng)的影響比較小?；陬l域的參數(shù)整定是需要參考模型的，首先需要辨識出一個能較好反應(yīng)被控對象頻域特性的二階模型。 基于頻域的設(shè)計在一定程度上回避了精確的系統(tǒng)建模，而且有較為明顯確的物理意義，比常規(guī)的 PID控制可適應(yīng)的場合更多。ZieglerNichols法是根據(jù)給定對象的瞬態(tài)響應(yīng)特點來確定 PID控制器的參數(shù)。 15 設(shè)計 PID 控制器時注意事項 在使用模擬控制器時，由于各行各業(yè)應(yīng)用對象的特性是不相同的，如對象很敏感，或被控流量常是脈動狀態(tài)時，就不應(yīng)再用微 分功能了，否則會使脈動信號變化加劇。對于有經(jīng)驗的儀表工大多是按照自己的實踐經(jīng)驗來確定控制器的選擇。而對時間常數(shù)較大的被控對象，在階躍響應(yīng)作用下，偏差通常不會在 幾個采樣周期內(nèi)消除掉，積分項的作用就可能使輸出值超過正常范圍，造成較大的超調(diào)。 過限消弱積分法就是在控制變量進(jìn)入飽和區(qū)后，程序只執(zhí)行削弱積分項的運算，而停止增大積分項的運算。 數(shù)字 PID控制器的輸入量是系統(tǒng)的給定值 r和系統(tǒng)實際輸出 y的偏差值 e。為了消除干擾的影響，除了在硬件采取相應(yīng)的措施以外，在控制算法上也要采取一定的措施。在 PID控制算法中，差分項對數(shù)據(jù)誤差和干擾特別敏感。 控制系統(tǒng)能否穩(wěn)定的處于自動運行狀態(tài)，與控制器PID參數(shù)整定具有重要的關(guān)系，要多采用幾種參數(shù)整定方法，選取最佳方案。本文在分析電鍋爐溫度 16 控制系統(tǒng)特點的基礎(chǔ)上，提出用一階慣性滯后環(huán)節(jié)來描述溫控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 第 3 章控制系統(tǒng)特性及仿真工具的研究 仿真是對實際過程的模擬，系統(tǒng)仿真就是在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，以計算機(jī)為工具對系統(tǒng)進(jìn)行實驗研究的一種方法。本章通過對系統(tǒng)采用不同的參數(shù)調(diào)整策略，得出它們各自的仿真結(jié)果，然后進(jìn)行分析比較，從中找出一個合乎要求的解決方案。 2. 溫度控制通過單片機(jī)實現(xiàn)，由控制算法計算出輸出量，根據(jù)輸出量判斷繼電器的通斷。 ① 自由升溫段 :要求鍋爐水溫快速升至溫度設(shè)定值。 水溫的檢測元件采用數(shù)字式傳感器。 曲線上變化最快處作切線，與 t軸交于 B點，交穩(wěn)態(tài)值的漸近線于 A 點， A點在 t軸的投影為 C點，則 OB為過程量滯后時間 ? ， BC為過程的時間常數(shù) T，此處分別為 122s和 120s。一般作法是給調(diào)節(jié)對象輸入到使被控對象開環(huán)穩(wěn)定運行于實際工況附近，并以此輸出值作為縱坐標(biāo)的原點 (0值 )，然后在加一階躍輸入信號，使被控對象輸出隨之發(fā)生變化，最后穩(wěn)定在一個值。 MATLAB 簡介 MATLAB是美國 MathWorks公司出品的商業(yè) 數(shù)學(xué)軟件 ，用于 算法 開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及 數(shù)值計算 的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括 MATLAB和Simulink兩大部分。它是集命令翻譯、科學(xué)計算于一身的一套交互式軟件系統(tǒng)。除原有的數(shù)值計算能力外，還增加了圖形處理功能。 MATLAB4x版在繼承和發(fā)展其原有數(shù)值計算和圖形處理能力的同時，還推出了符號計算工具包、 Notebook和一個交互式操作的動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、分析集成環(huán)境 Simulink。 Simulink 是 Simulation（仿真）與 Link（鏈接）的簡寫形式，它是一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。Simulink 具有適用面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理等復(fù)雜系統(tǒng)的仿真和設(shè)計。它除了包括輸入模塊、輸出模塊、連續(xù)模塊、離散模塊、函數(shù)和表模塊、數(shù)學(xué)模塊、非線性模塊、 19 信號模塊以及子系統(tǒng)模塊外，還包括各個工具箱特有的模塊，如模糊邏輯工具箱的模糊邏輯控制器模塊。本文的所有仿真都是在Simulink 中完成的。 （ 1） 在 Command Window 輸入“ Simunlink”命令。 （ 3）單擊 MATLAB主窗口工具欄中的 “ Simunlink”工具。Subsystems（接口與子系統(tǒng)）模塊庫、 Signal Attributes（信號屬性）模塊庫、 Signal Routing（信號路由）模塊庫、 Sinks（輸 出）模塊庫、 Sources（信號源）模塊庫、 UserDefined Functions （用戶自定義）模塊庫、 Additional Mathamp。 單擊 Simunlink庫瀏覽器左側(cè)的子模塊庫標(biāo)題，在庫瀏覽器右側(cè)顯示該庫的所有模塊。 3 Simunlink 仿真過程 在已知系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型活系統(tǒng)框圖的情況下，利用 Simunlink進(jìn)行建模仿真的基本步驟如下。 （ 2） 建立空白模型窗口。 20 （ 4） 設(shè)置仿真參數(shù)，運行仿真。 第四章控制系統(tǒng)仿真研究 PID 控制器設(shè)計 在 Simulink中創(chuàng)建用 PID算法控制電鍋爐溫度的結(jié)構(gòu)圖如圖 : 圖 電鍋爐 PID控制系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖 仿真結(jié)構(gòu)圖與仿真步驟簡介 圖 PID子模塊 21 PID控制系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖中的一個子模塊，這個子模塊的功能就是實現(xiàn) PID操作 的功能，在其中的 Gain、 Gain Gain2模塊中分別輸入 pk 、 ik 、 dk 在不同 參數(shù)整定方法下得出的數(shù)值可以控制 PID實現(xiàn)不同的調(diào)節(jié)功能。當(dāng)被控對象的傳遞函數(shù)可以近似為帶延遲的一階系統(tǒng) : 23 ? ? 1skeGs Ts ??? ? (43) 齊格勒一尼柯爾斯給出了用表 pk , iT , dT 方法 表 參數(shù)表 Table The table of parameter 用 法 用 ZieglerNichols法則調(diào)整 PID控制器，給出下列公式： ? ? 11pdiG s k T sTs??? ? ????? 11 .2 1 0 .52T ss ?????? ? ????? ? ? sT s ??? （ 44） 由電鍋爐溫度控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)得 :K=， T=120秒， ? =122秒。 控制器類型 pk iT dT p T? ? 0 PI ? ? 0 PID ? 2? ? 24 圖 ZieglerNichois參數(shù)整定純 PID控制響應(yīng)曲線圖 由圖 ，在齊格勒一尼柯爾斯參數(shù)整定下純 PID控制系統(tǒng)性能指標(biāo)為調(diào)節(jié)時間sst =1870秒，超調(diào)量 %? =25%，穩(wěn)態(tài)誤差 0sse? ZieglerNichois參數(shù)整定純 PID控制響應(yīng)曲線圖 可以看出，其調(diào)節(jié)時間較長，超調(diào)量較大，并且其產(chǎn)生 了較大的振蕩，產(chǎn)生這個誤差的主要原因是其比例其比例環(huán)節(jié)比較大，導(dǎo)致 動態(tài)性能變差，振蕩比較嚴(yán)重，超調(diào)量增大，并且其積分環(huán)節(jié)也是較大，導(dǎo)致靜差較大，與穩(wěn)定時候的溫度之間有較大的余查。 圖 ChienHrones參數(shù)整定純 PID控制響應(yīng)曲線圖 由圖 ， ChienHrones參數(shù)整定純 PID控制系統(tǒng)性能指標(biāo)為 :調(diào)節(jié)時間 sst = 1280秒，超調(diào)量 %? =11%,穩(wěn)態(tài)誤差 0sse? ChienHrones參數(shù)整定純 PID控制響應(yīng)曲線圖可以看出其靜差較大，這是由于積分環(huán)節(jié)較大導(dǎo)致的，可以適當(dāng)?shù)臏p小積分環(huán)節(jié)的數(shù)值，來減少其與穩(wěn)定時刻之間的溫度與差。 仿真結(jié)果分析可見，用經(jīng)典的方法算出的 PID參數(shù)不一定能滿足控制要求。對電鍋爐控制系統(tǒng)，根據(jù)各個環(huán)節(jié)對電鍋爐溫度曲線的控制情況，經(jīng)過嘗試不同的參數(shù)，可以得到 26 以下一組參數(shù)，可以得到較好的控制效果， pk =， ik = , dk = 如圖 。 控制系統(tǒng)方案的分析與選擇 從以上三種 PID參數(shù)整定方法的仿真結(jié)果中可以看出， ZieglerNichols(齊格勒一尼柯爾斯 )參數(shù)整定 法其參數(shù)調(diào)節(jié)不是很好，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間較長，產(chǎn)生的超調(diào)量比較大，并且其產(chǎn)生較長時間的振蕩，這樣不利于工業(yè)生產(chǎn)，其經(jīng)濟(jì)效益較差，且會對電鍋爐產(chǎn)生一定的沖擊，會有電鍋爐有損壞，這種參數(shù)調(diào)節(jié)方法不適用于這個電鍋爐系統(tǒng)，可以舍棄。 27 但是溫度的超調(diào)量還是比較明顯，對于電鍋爐系統(tǒng)還是不是太完美的調(diào)節(jié)方式。 本章小結(jié) 本章根據(jù)電鍋爐溫度控制系統(tǒng)特性分析了溫控系統(tǒng)可選用的控制方案，介紹了 PID控制器設(shè)計在 MATLAB中的實現(xiàn)方法，并利用 Matlab的 Simulink開發(fā) 環(huán)境對 PID控制三種參數(shù)整定方案進(jìn)行研究和仿真分析，經(jīng)過多次試驗與篩選，得到的最佳控制方案為參數(shù)人工整定 PID控制。目前我國的溫度控制主要以傳統(tǒng)控制方式為主，精度不高，容易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，易產(chǎn)生振蕩。 PID控制作為一種基本的控制方案，至今在工業(yè)生產(chǎn)過程仍保持著主導(dǎo)位置，本論文采用經(jīng)典的 PID控制理論，設(shè)計一種 PID控制器 ，對電鍋爐溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。針對電鍋爐溫控系統(tǒng)可采用的控制方案進(jìn)行了研究，提出了溫控系統(tǒng)可采用的控制方案，采用傳統(tǒng)的 PID控制，討論了這種控制方案的基本理論、實現(xiàn)形式和注意事項。當(dāng)電鍋爐溫度控制系統(tǒng)采用人工整定進(jìn)行控制時，超調(diào)量與調(diào)節(jié)時間的矛盾可以得到基本的解決。但PID控制算法離實際應(yīng)用尚有許多工作要做，下一步要將控制器應(yīng)用于實踐，以完善對溫度的智能性控制。 28 致謝 本課題是在導(dǎo)師馬銘的悉心指導(dǎo)下完成的，在課題的研究過程中，馬老師傾注了大量的心血，他兢兢業(yè)業(yè)的工作作風(fēng)、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和寬以待人的優(yōu)秀品質(zhì)給我留下非常深刻的印象。馬老師敏銳的洞察力、淵博的學(xué)識、高度的責(zé)任感令我深受裨益。在此特向馬老師表示深深的感謝 ! 在課題的研究期間得到了師兄妹們的大量幫助，在此向他們表示衷心的感謝 ! 最后我還要向我的父母及家人表示最深摯的謝意，本人能夠完成學(xué)業(yè)離不開他們多年來的支持和幫助。 and optimal adaptive fuzzy control of plex systems using fuzzy dynamic Sets and Systems,2020, 133: 117 6徐麗娜 .神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 .哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 1999: 813 7 顧毅 .智能 控制發(fā)展綜述 .信息技術(shù)， 2020,6: 3940 8 孫新國 .電加熱常壓熱水鍋爐及其設(shè)計 .工業(yè)鍋爐， 2020, (1): 6264 9 蔣智翔，楊小昭 .一種新型的電儲熱系統(tǒng)一自儲能電鍋爐介紹 .2020中美工 29 業(yè)鍋爐先進(jìn)技術(shù)研討會會議論文集， 2020:3 80384 10 陶駿昌，陶明磊 .電鍋爐優(yōu)化設(shè)計 .中國建筑學(xué)會建筑熱能動力分會第十一 屆學(xué)術(shù)交流大會論文集 .2020:2 26229 11 陶永華 .新型 PID控制及其應(yīng)用 .機(jī)械工業(yè)出版社， 2020: 150 12 Chuen Chien uzzy Logic in Control uzzy Logic ControllerPart. IEEE Trans,on Systems,Man and Cybenretics,1 990,2 0(2):4 04418 13 王耀南，劉治 .智能 PID控制器在工業(yè)對象中的應(yīng)用 .自動化儀表， 2020, 22 (5) : 2325 14 金以慧 .過程控制清華大學(xué)出版社， 1993: 820 15 Zhang Bin, Wang Jingcheng, Zhang Ranmin. Dynamic model of reheating Furnace based on fuzzy system and geic .Control Theory amp。據(jù)我所知， 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計）不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設(shè)計）授權(quán)使用說明 本論文（設(shè)計）作者完全了解 **學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文（設(shè)計）的規(guī)定，學(xué)校有權(quán)保留論文（設(shè)計）并向相關(guān)部門送交論文（設(shè)計）的電子版和紙質(zhì)版。學(xué)?？梢怨颊撐模ㄔO(shè)計）的全部或部分內(nèi)容。 作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 日期： 32 注 意 事 項 （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中