隔焰隧道窯溫度-溫度串級控制系統(tǒng);

1、摘 要 隧道窯是對陶瓷制品進(jìn)行預(yù)熱、燒成、冷卻的裝置。制品在窯道的燒成帶內(nèi)按工藝規(guī)定的溫度進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般為1300c，偏差不得超過5c。本文設(shè)計(jì)的隔焰式隧道窯燒成帶系統(tǒng)是以窯道燒成帶的溫度作為被控變量，燃料的流量作為操縱變量的溫度溫度串級控制系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)中具體分析了系統(tǒng)各組成部分的選型與正反作用方式的確定及其系統(tǒng)的工作過程。本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)核心為單片機(jī)的和溫度的檢測變送兩部分，同時(shí)給出了整體的軟件設(shè)計(jì)流程。在本文的最后詳細(xì)的敘述了參數(shù)整定的幾種方法，各有優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵字：串級控制 溫度控制 單片機(jī) 參數(shù)整定 控制器15武漢理工大學(xué)過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書目 錄1 隔焰式隧道窯系統(tǒng)的分析及

2、設(shè)計(jì)要求11.1 隔焰式隧道窯系統(tǒng)概述11.2 隔焰式隧道窯系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求12 隔焰式隧道窯串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)22.1 隔焰式隧道窯控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)22.2 系統(tǒng)控制量和被控量的選擇42.3 系統(tǒng)主副控制器的選擇42.4 系統(tǒng)各部分正反作用方式的確定42.5 隔焰式隧道窯系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程53 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)83.1 硬件設(shè)計(jì)總體思路83.2 單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)83.3 傳感器和變送器的選擇93.4 外圍電路結(jié)構(gòu)104 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)114.1軟件設(shè)計(jì)流程圖115 控制器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)以及參數(shù)整定125.1控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)125.2 控制規(guī)律參數(shù)的整定126 心得體會(huì)14參考文獻(xiàn)15隔焰式隧道窯溫度溫度串

3、級控制系統(tǒng)1 隔焰式隧道窯系統(tǒng)的分析及設(shè)計(jì)要求1.1 隔焰式隧道窯系統(tǒng)概述 隧道窯是對陶瓷制品進(jìn)行預(yù)熱、燒成、冷卻的裝置。制品在窯道的燒成帶內(nèi)按工藝規(guī)定的溫度進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般為1300c，偏差不得超過5c。所以燒成帶的燒結(jié)溫度是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要控制指標(biāo)之一，因此將窯道燒成帶的溫度作為被控變量，將燃料的流量作為操縱變量。如果火焰直接在窯道燒成帶燃燒，燃燒氣體中的有害物質(zhì)將會(huì)影響產(chǎn)品的光澤和顏色，所以就出現(xiàn)了隔焰式式隧道窯。火焰在燃燒室中燃燒，熱量經(jīng)過隔焰式板輻射加熱燒成帶。1.2 隔焰式隧道窯系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1）分析被控對象特性，設(shè)計(jì)一種串級控制系統(tǒng)，繪制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖和原理方框圖，說明其

4、工作原理和工藝流程。2）系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程，控制量和被控量的選擇3）系統(tǒng)各組成部分的選型與正反作用方式的確定。4）系統(tǒng)硬件電路與軟件設(shè)計(jì)5）控制器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)以及參數(shù)整定2 隔焰式隧道窯串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 隔焰式隧道窯控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)（1）隔焰式隧道窯燒成帶溫度簡單控制系統(tǒng)隔焰式隧道窯燒成帶溫度簡單控制系統(tǒng)工藝流程圖如圖1所示，原理方框圖如圖2所示。按照簡單控制系統(tǒng)，影響燒成帶溫度1的各種干擾因素都被包括在控制回路當(dāng)中，只要干擾造成1偏離設(shè)定值，控制器就會(huì)根據(jù)偏差的情況，通過控制閥改變?nèi)剂系牧髁?，從而把變化了?重新調(diào)回到設(shè)定值。 圖1 隔焰式隧道窯燒成帶溫度簡單控制系統(tǒng)工藝流程圖 圖2 隔焰

5、式隧道窯燒成帶溫度簡單控制系統(tǒng)原理方框圖但由于從控制閥到窯道燒成帶滯后時(shí)間太大，如果燃料的壓力發(fā)生波動(dòng)，盡管控制閥門開度沒變，但燃料流量將使圖2隔焰式隧道窯溫度簡單控制系統(tǒng)方框圖生變化，必將引起燃燒室溫度的波動(dòng)，再經(jīng)過隔焰式板的傳熱、輻射，引起燒成帶溫度的變化。因?yàn)橹挥袩蓭囟瘸霈F(xiàn)偏差時(shí)，才能發(fā)現(xiàn)干擾的存在，所以對于燃料壓力的干擾不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)。燒成帶溫度出現(xiàn)偏差后，控制器根據(jù)偏差的性質(zhì)立即改變控制閥的開度，改變?nèi)剂狭髁?，對燒成帶溫度加以調(diào)節(jié)。可是這個(gè)調(diào)節(jié)作用同樣要經(jīng)歷燃燒室的燃燒、隔焰式板的傳熱以及燒成帶溫度的變化這個(gè)時(shí)間滯后很長的通道，當(dāng)調(diào)節(jié)過程起作用時(shí)，燒成帶的溫度已偏離設(shè)定值很遠(yuǎn)了。

6、也就是說，即使發(fā)現(xiàn)了偏差，也得不到及時(shí)調(diào)節(jié)，造成超調(diào)量增大，穩(wěn)定性下降。如果燃料壓力干擾頻繁出現(xiàn)，對于單回路控制系統(tǒng)，不論控制器采用pid的什么控制作用，還是參數(shù)如何整定，都得不到滿意的控制效果。 （2）隔焰式隧道窯串級控制系統(tǒng)控制燃燒室的溫度2并不是目的，真正的目的是燒成帶1的溫度穩(wěn)定不變，所以燒成帶溫度控制器應(yīng)該是定值控制，起主導(dǎo)作用。而燃燒室溫度控制器則起輔助作用，它在克服干擾d2的同時(shí)，應(yīng)該受燒成帶溫度控制器的操縱，操縱方法就是燒成帶溫度控制器的輸出作為燃燒室溫度控制器的設(shè)定值，從而就形成了圖3所示的串級控制系統(tǒng)。 圖3 隔焰式隧道窯溫度-溫度串聯(lián)控制工藝流程圖所謂串級控制系統(tǒng)，就是采

7、用兩個(gè)控制器串聯(lián)工作，主控制器的輸出作為副控制器的設(shè)定值，由副控制器的輸出去操縱控制閥，從而對主被控變量具有更好的控制效果，這樣的控制系統(tǒng)被稱為串級控制系統(tǒng)，隔焰式隧道窯溫度-溫度串聯(lián)控制原理方框圖如圖4所示。圖4 隔焰式隧道窯溫度-溫度串聯(lián)控制原理方框圖串級系統(tǒng)和簡單系統(tǒng)有一個(gè)顯著的區(qū)別，即其在結(jié)構(gòu)上形成了兩個(gè)閉環(huán)。一個(gè)閉環(huán)在里面，被稱為副環(huán)或者副回路，在控制過程中起著“粗調(diào)”的作用；一個(gè)環(huán)在外面，被稱為主環(huán)或主回路，用來完成“細(xì)調(diào)”任務(wù)，以最終保證被調(diào)量滿足工藝要求。無論主環(huán)或副環(huán)都有各自的調(diào)節(jié)對象、測量變送元件和調(diào)節(jié)器。2.2 系統(tǒng)控制量和被控量的選擇制品在窯道的燒成帶內(nèi)按工藝規(guī)定的溫度

8、進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般為1300c，偏差不得超過5c。所以燒成帶的燒結(jié)溫度是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要控制指標(biāo)之一，因此將窯道燒成帶的溫度作為被控變量，將燃料的流量作為操縱變量。2.3 系統(tǒng)主副控制器的選擇在串級控制系統(tǒng)中，主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器的任務(wù)不同，對于它們的選型即調(diào)節(jié)動(dòng)作規(guī)律的選擇也有不同考慮。副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是要快動(dòng)作以迅速抵消落在副環(huán)內(nèi)的二次擾動(dòng)，面且副參數(shù)則并不要求無差，所以一般都選p調(diào)節(jié)器，也可以采用pd調(diào)節(jié)器，但這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，而效果并不很大。在一般情況下，采用p調(diào)節(jié)器就足夠了。如主、副環(huán)的頻率相差很大，也可以考慮采用pi調(diào)節(jié)器。隔焰式隧道窯串級控制系統(tǒng)中由于主、副對象都是對溫度的

9、采集，所以主、副環(huán)的頻率相差不大，副調(diào)節(jié)器選用p調(diào)節(jié)器即可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是準(zhǔn)確保持被調(diào)量符合生產(chǎn)要求。凡是需要采用串級調(diào)節(jié)的場合，工藝上對控制品質(zhì)的要求總是很高的，不允許被調(diào)量存在偏差，因此，主調(diào)節(jié)器都必須具有積分作用，一般都采用pi調(diào)節(jié)器。如果副環(huán)外面的容積數(shù)目較多，同時(shí)有主要擾動(dòng)落在副環(huán)外面的話，就可以考慮采用pid調(diào)節(jié)器。隔焰式隧道窯串級控制系統(tǒng)中對燒成帶的溫度控制要求燒結(jié)溫度一般為1300c，偏差不得超過5c，為了達(dá)到精準(zhǔn)的控制，所以在系統(tǒng)本設(shè)計(jì)中主調(diào)節(jié)器選用pid調(diào)節(jié)器。2.4 系統(tǒng)各部分正反作用方式的確定與簡單控制系統(tǒng)一樣，一個(gè)串級控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行，其主、副回路

10、都必須構(gòu)成負(fù)反饋，因而必須正確選擇主、副控制器的正、反作用方式。(1)副控制器正、反作用的選擇 串級控制系統(tǒng)中，副控制器作用方式的選擇，是根據(jù)工藝安全等要求，在選定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式后，按照使副回路構(gòu)成副反饋系統(tǒng)的原則來確定的。因此，副控制器的作用方式與副對象特性及調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式有關(guān)，其選擇方法與簡單控制系統(tǒng)中控制器正、反作用方式的選擇方法相同。這時(shí)可不考慮主控制器的作用方式，只是將主控制器的輸出作為副控制器的設(shè)定值即可。在假定副測量變送裝置的增益為正的情況下，副控制器正反作用選擇的判別式為 （副控制器）（調(diào)節(jié)閥）（副對象）=（-）其中，調(diào)節(jié)閥的“”取決于它的“氣開”還是“氣關(guān)”作

11、用方式，“氣開”為“+”，“氣關(guān)”為“-”；而副對象的“”取決于控制變量和副被控變量的關(guān)系，控制變量增大，副被控變量也增大時(shí)稱其為“+”，否則稱其為“-”。 (2)主控制器正、反作用的選擇 串級控制系統(tǒng)中，主控制器作用方式的選擇完全由工藝情況確定，而與調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式及副控制器的作用方式完全無關(guān)，即只需根據(jù)主對象的特性，選擇與其作用方向相反的主控制器就行了。由于副回路是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)，在選擇主控制器的作用方式時(shí)，首先把整個(gè)副回路簡化為一個(gè)環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)的輸入信號是主控制器的輸出信號（即副回路的設(shè)定值），而輸出信號就是副變量，其副回路的輸入信號與輸出信號之間總是正作用，即輸入增加，輸出亦增

12、加。因此，整個(gè)副回路可看成為一個(gè)增益為正的環(huán)節(jié)。這樣，在假定主測量變送裝置的增益為正的情況下，主控制器正、反作用的選擇實(shí)際上只取決于主對象的增益符號，主控制器正反作用方式選擇的判別式為（主控制器） (主對象）=（-）由這個(gè)判別式也可看出，主控制器的作用方向與主對象的特性相反。即當(dāng)主對象為正作用時(shí)，主控制器選反作用；而當(dāng)主對象為負(fù)作用時(shí)，主控制器選正作用。在隔焰式隧道窯串級控制系統(tǒng)中，考慮到生產(chǎn)的安全，控制閥選擇“氣開”工作方式，根據(jù)主、副控制器的正反選擇規(guī)律分析，兩個(gè)控制器都選擇“反”作用方式。2.5 隔焰式隧道窯系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程（1)只存在二次干擾假定系統(tǒng)只受到來自燃料壓力波動(dòng)的干擾。由于它進(jìn)

13、入副回路，所以屬于二次干擾d2。例如整個(gè)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)下，突然燃料壓力升高，這時(shí)盡管控制閥門開度沒變，可燃料的流量增大了，首先將引起燃燒室溫度2升高，經(jīng)副溫度檢測變送器后，副控制器接受的測量值增大。由于燃料流量的變化，并不能立即引起燒成帶溫度1的變化。所以此時(shí)主控制器的輸出暫時(shí)還沒有變化，因此副控制器處于定值控制狀態(tài)。根據(jù)副控制器的“反”作用，其輸出將減小，“氣開”式的控制閥門將被關(guān)小，燃料流量將被調(diào)節(jié)回穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的大小。(2)只存在一次干擾假定串級控制系統(tǒng)只受到來自窯車速度的干擾，比如窯車的速度加快，必然導(dǎo)致窯道中燒成帶溫度1的降低。對于定值控制的主控制器來說，其測量值減小，由于主控制器的

14、“反”作用，它的輸出必然增大，也就是說副控制器的設(shè)定值增大了。因?yàn)楦G車的速度屬于一次干擾，它對副變量（燃燒室的溫度2）沒有影響，所以這時(shí)副控制器的測量值暫時(shí)還沒有改變。對于副控制器來說，設(shè)定值增大而測量值沒變，可以等效為其設(shè)定值不變而測量值減小。根據(jù)副控制器的“反”作用，其輸出將增大，“氣開”式的控制閥門開度增大，從而加大燃料的流量，使燃燒室溫度2升高，進(jìn)而使窯道燒成帶溫度回升至設(shè)定值。(3)一次干擾和二次干擾同時(shí)存在 兩種干擾同時(shí)存在又可分為兩種不同情況。一次干擾和二次干擾引起主變量和副變量同方向變化，即同時(shí)增大或同時(shí)減小。假定一次干擾為窯車的前進(jìn)速度減小，將引起主變量（燒成帶溫度）1升高；

15、二次干擾為燃料壓力增大，導(dǎo)致副變量（燃燒室溫度）2也升高。對于主控制器來講，由于它的測量值升高，根據(jù)它的“反作用關(guān)系，它的輸出將在穩(wěn)態(tài)時(shí)的基礎(chǔ)上減小，也就是副控制器的設(shè)定值將減小。而對于副控制器來講，由于它的測量值增大，其輸出的變化應(yīng)該根據(jù)它的“反”作用以及設(shè)定值和測量值的變化方向共同決定。不妨將設(shè)定值的變化等效為設(shè)定值不變而測量值變化的情況，設(shè)定值減小可以等效為設(shè)定值不變而測量值增大。根據(jù)副控制器的“反”作用關(guān)系，上述兩種干擾都將使副控制器的輸出減小，都要求閥門開度關(guān)小。一次干擾和二次干擾引起主、副變量反方向變化，即一個(gè)增大而另一個(gè)減小。假定一次干擾為窯車前進(jìn)速度增大，引起主變量（燒成帶溫度

16、）1下降；二次干擾為燃料壓力增大，導(dǎo)致副變量（燃燒室溫度）2升高。對主控制器來說，由于其測量值減小，根據(jù)其“反”作用關(guān)系，它的輸出將增大，也將使副控制器的設(shè)定值增大。對副控制器來說，由于其測量值增大，設(shè)定值也增大，如果它們同步增大，幅度相同，即副控制器的輸入信號偏差沒有改變，控制器的輸出當(dāng)然也就不變，控制閥開度不變。實(shí)際上就是用二次干擾補(bǔ)償了一次干擾，閥門無需調(diào)節(jié)。如果兩個(gè)干擾引起副控制器的設(shè)定值和測量值的同向變化不相同，也就是說二次干擾還不足以補(bǔ)償一次干擾時(shí)，副控制器再根據(jù)偏差的性質(zhì)作小范圍調(diào)節(jié)即可將主變量穩(wěn)定在設(shè)定值上。3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 硬件設(shè)計(jì)總體思路硬件設(shè)計(jì)主要是單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)

17、計(jì)，外圍功能模塊選擇，i/o端口分配，通信線路選擇，模擬i/o通道電路設(shè)計(jì)等，具體包括傳感器、變送器的選擇、控制器芯片、a/d、d/a轉(zhuǎn)換，線路的連接，隔焰式隧道窯串級控制系統(tǒng)的硬件模塊如圖5所示進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖5 隔焰式隧道窯串級控制系統(tǒng)的硬件模塊圖3.2 單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為了獲得鍵盤輸入、實(shí)時(shí)顯示的功能，這里擴(kuò)展使用兩片單片機(jī)進(jìn)行控制。每一個(gè)單片機(jī)分別執(zhí)行不同的功能，它完成了對整個(gè)系統(tǒng)的溫度的控制及顯示溫度的測量值。設(shè)計(jì)中不再需要擴(kuò)展i/o接口，而是用單片機(jī)取代i/o接口。一來可以減少系統(tǒng)復(fù)雜程度，有利于增加系統(tǒng)的反應(yīng)速度，同時(shí)又增強(qiáng)了其精度，并在正?；蛞馔馔ｋ姇r(shí)數(shù)據(jù)不易丟失，增強(qiáng)人機(jī)交互能力

18、，且結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝和實(shí)現(xiàn)。在本系統(tǒng)中，由于需要實(shí)現(xiàn)功能的功能相對簡單，所以選擇89c52型單片機(jī)，其特點(diǎn)是運(yùn)算功能強(qiáng)，片內(nèi)含有256kbrom，不需片外擴(kuò)展rom。其中a/d轉(zhuǎn)換器采用adc0809，滿足兩路采樣通道的要求，d/a轉(zhuǎn)換器選擇dac0832，顯示采用8段數(shù)碼顯示管。串級控制中，對于輸入的兩路信號，采用兩路輸入的a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號直接傳給兩片單片機(jī)。在二號單片機(jī)中通過檢測溫度的輸入和鍵盤的輸人的不同來控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，檢測溫度的輸入是存放在pa中的，鍵盤的輸入是放在pb中的，這樣可以通過兩路采樣，構(gòu)成串級控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)溫度的需求。一號單片機(jī)用來顯示測量溫度和存儲數(shù)

19、據(jù)，單片機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖6所示。a/d轉(zhuǎn)換器1#單片機(jī)2#單片機(jī)d/a轉(zhuǎn)換器鍵盤輸入顯示輸入輸出圖6 單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.3 傳感器和變送器的選擇在本設(shè)計(jì)中選用熱電偶作為溫度傳感元件，能將溫度信號轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢（mv）信號，配以測量毫伏的指示儀表或變送器可以實(shí)現(xiàn)溫度的測量指示或溫度信號的轉(zhuǎn)換。具有穩(wěn)定、復(fù)現(xiàn)性好、體積小、響應(yīng)時(shí)間較小等優(yōu)點(diǎn)。熱電偶一般用于500c以上的高溫，可以在1600c高溫下長期使用，能夠達(dá)到本設(shè)計(jì)的要求，燒結(jié)溫度一般為1300c。在使用熱電偶時(shí)，由于冷端暴露在空氣中，受周圍環(huán)境溫度波動(dòng)的影響，且距熱源較近，其溫度波動(dòng)也較大，給測量帶來誤差，為了降低這一影響，通常用補(bǔ)償導(dǎo)

20、線作為熱電偶的連接導(dǎo)線。補(bǔ)償導(dǎo)線的作用就是將熱電偶的冷端延長到距離熱源較遠(yuǎn)、溫度較穩(wěn)定的地方。補(bǔ)償導(dǎo)線的作用如圖7所示。圖7 補(bǔ)償導(dǎo)線的作用示意圖檢測信號要進(jìn)入控制系統(tǒng)，必須符合控制系統(tǒng)的信號標(biāo)準(zhǔn)。變送器的任務(wù)就是將檢測信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。因此，熱電偶和熱電阻的輸出信號必須經(jīng)溫度變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號后，才能進(jìn)入控制系統(tǒng)，與調(diào)節(jié)器等其他儀表配合工作。圖8給出了溫度變送器的原理框圖，雖然溫度變送器有多個(gè)品種、規(guī)格，以配合不同的傳感元件和不同的量程需要，但他們的結(jié)構(gòu)基本相同。圖8 溫度變送器原理框圖在隔焰式隧道窯串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用ddz-iii型熱電偶溫度變送器。3.4 外圍電路結(jié)構(gòu)外圍電路

21、，主要是信號的檢測、i/v變換、伺服放大等。外圍電路的設(shè)計(jì)連接比較簡單如圖9所示。對串級控制中的主副參數(shù)檢測后，通過溫度傳感器、變送器，送給單片機(jī)系統(tǒng)的輸入；單片機(jī)系統(tǒng)的輸出則進(jìn)行伺服放大后，控制電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，按照控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行響應(yīng)動(dòng)作。伺服放大器d/a輸出調(diào)節(jié)閥燃燒室燒成帶a/d輸入in1in0溫度變送器溫度變送器圖9 外圍電路結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)閥通過控制燃料的供給量，控制燃燒室和燒成帶的溫度變化。溫度變送器是直接安裝在燒成帶和燃燒室內(nèi)，其輸出結(jié)果送至a/d轉(zhuǎn)換的兩個(gè)通道in0，in1等待程序進(jìn)行選擇。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)流程圖對于系統(tǒng)的主要執(zhí)行程序，包括了a/d采樣、pid運(yùn)算、結(jié)果輸出和d

22、/a轉(zhuǎn)換，總體程序設(shè)計(jì)流程圖如圖10所示。開始初始化鍵盤掃描檢測溫度并顯示對主回路進(jìn)行pid運(yùn)算對副回路進(jìn)行p運(yùn)算讀取a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果運(yùn)算結(jié)果輸出d/a結(jié)束？結(jié)束yn圖10 主程序的設(shè)計(jì)流程圖圖中對主回路的pid運(yùn)算是將給定值減去主回路通過液位變送器1反饋得到的參數(shù)得到控制器輸入量，經(jīng)過運(yùn)算輸出后，送至副回路的給定值，減去副回路通過液位變送器2反饋得到的參數(shù)作為副回路p運(yùn)算的給定值。副回路的輸出量送至d/a進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。這里，對于主回路的pid參數(shù)選擇需要通過調(diào)試來實(shí)現(xiàn)，使得在參數(shù)在較大的變動(dòng)范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)控制。通常，這里的pid 運(yùn)算要引入積分分離及輸出限幅。5 控制器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)以及參數(shù)整定串

23、級系統(tǒng)的整定要比簡單系統(tǒng)復(fù)雜些。在運(yùn)行中，主環(huán)和副環(huán)的波動(dòng)頻率不同，副環(huán)頻率較高，主環(huán)頻率較低。這些頻率主要決定于調(diào)節(jié)對象的動(dòng)態(tài)特性，但也與主、副調(diào)節(jié)器的整定情況有關(guān)。在整定時(shí)，應(yīng)盡量加大副調(diào)節(jié)器的增益以提高副環(huán)的頻率，目的是使主、副環(huán)的頻率錯(cuò)開，要求最好相差三倍以上，以減少相互之間的影響。5.1控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)隔焰式隧道窯串級控制系統(tǒng)中由于主、副對象都是對溫度的采集，所以主、副環(huán)的頻率相差不大，副調(diào)節(jié)器選用p調(diào)節(jié)器即可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。隔焰式隧道窯串級控制系統(tǒng)中對燒成帶的溫度控制要求燒結(jié)溫度一般為1300c，偏差不得超過5c，為了達(dá)到精準(zhǔn)的控制，所以在系統(tǒng)本設(shè)計(jì)中主調(diào)節(jié)器選用pid調(diào)節(jié)器。由于本設(shè)

24、計(jì)中采用的數(shù)字控制器，故控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)采用的是軟件實(shí)現(xiàn)，通過程序的控制實(shí)現(xiàn)副調(diào)節(jié)器p控制和主調(diào)節(jié)器pid控制規(guī)律。5.2 控制規(guī)律參數(shù)的整定在實(shí)際中進(jìn)行參數(shù)整定的方法有以下三種：（1）逐步逼近法：它是一種依次整定主環(huán)、副環(huán)，然后循環(huán)進(jìn)行，逐步接近主、副環(huán)的最佳整定的一種方法。（2）兩步整定法：它是一種先整定副環(huán)，后整定主環(huán)的一種方法。（3）一步整定法：人們在采用兩步法整定參數(shù)的實(shí)踐中，對兩步法反復(fù)進(jìn)行總結(jié)、簡化，從而得到了一步整定法兩步整定法雖然比逐步逼近法簡便得多，但仍然要分兩步進(jìn)行整定，要尋求兩個(gè)4：1的衰減振蕩過程，因而仍比較麻煩。所以本設(shè)計(jì)在進(jìn)行參數(shù)整定時(shí)采用的是一步整定法。所謂一步整

25、定法，就是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先確定副控制器的比例度，然后按照單回路控制系統(tǒng)的整定方法整定主控制器的參數(shù)。一步法的整定準(zhǔn)確性雖然比兩步法低一些，但由于方法更簡便，易于操作和掌握，因而在工程上得到了廣泛的應(yīng)用。 對于一個(gè)串級控制系統(tǒng)，在純比例控制的情況下，要得到主變量的4：1衰減振蕩過程，主、副控制器的放大系數(shù)kc1、kc2可以有好幾組搭配，它們的相互關(guān)系近似滿足kc1kc2=ks（常數(shù)），如表1所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以說明這一點(diǎn)。表1 主、副控制器放大系數(shù)匹配實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 參數(shù)序號副控制器主控制器過渡時(shí)間ks2skc21s kc1（min）140%2.575%1.3393.32230%3.33100%1103.33325%4125%0.883.2當(dāng)采用1至3組整定參數(shù)時(shí)，主變量均可得到4：1衰減振蕩過程，且過渡過程時(shí)間均在9min左右，而ks一般為3.3。這說明主、副控制器的放大系數(shù)可以在一定范圍內(nèi)任意匹配，而控制效果基本相同。這樣就可以依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，先將副控制器的比例度確定一個(gè)數(shù)值，然后按一般單回路控制系統(tǒng)參數(shù)整定方法整定主控制器的參