計算機控制的加熱爐爐壓智能系統(tǒng)研究

1、 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第i頁 計算機控制的加熱爐爐壓智能系統(tǒng)研究摘 要眾所周知，爐膛壓力是熱處理爐運行中監(jiān)視、控制并且反映爐內燃燒工況正常與否的重要參數(shù)之一它不僅僅與燃燒效率直接相關，而且與安全、節(jié)能和環(huán)保有著密切的聯(lián)系爐膛壓力自動控制和爐膛溫度自動控制已成為燃氣工業(yè)爐自動控制系統(tǒng)中婦孺皆知的基本功能如何在滿足爐膛溫度的控制精度下合理的控制爐膛壓力，已經(jīng)是熱處理爐行業(yè)迫在眉睫的主要難題本文以“東北特鋼集團大連基地鍛鋼工程新建臺車式熱處理爐”為課題背景，在了解了熱處理爐的工藝流程和工藝要求之后，詳細闡述了爐膛壓力控制系統(tǒng)的設計方案和設計過程整個設計方案是：傳統(tǒng)的單閉環(huán)調節(jié)加上爐膛

2、壓力監(jiān)督機制爐膛壓力監(jiān)督機制主要用于調節(jié)、修正不合理的控制參量空燃比、燃燒時間在研究中，首先對爐膛壓力系統(tǒng)進行建模，然后用自適應模糊pid控制算法對爐膛壓力進行單閉環(huán)調節(jié)，并在控制過程中進行量化因子和比例因子的尋優(yōu)經(jīng)過仿真，效果良好接著應用模糊傳感器理論對當前的壓力狀態(tài)進行正確的修正，并將修正后的壓力狀態(tài)適中、偏高、偏低與當前的空氣過剩系數(shù)適中、偏高、偏低進行綜合討論分析，得出控制參量空燃比和燃燒時間的修正值，從而調節(jié)爐內的氛圍，使爐膛壓力和爐膛溫度都處在一個良好的氣氛中關鍵詞：熱處理爐，自適應模糊 pid，尋優(yōu)，模糊傳感器，空氣過剩系數(shù)，空燃比遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第ii 頁a

3、bstractas we all known, the furnace pressure is one of the important parameters in monitoring, controlling and reflecting whether the combustion is normal or not in the operation of the heat treatment furnace. it isnt only related to the combustion efficiency but also to the safety, energy conservat

4、ion and environmental protection. furnace pressure automatic control and furnace temperature automatic control have been the basic function known by the women and children in the gas fired industrial furnace. how to control the furnace pressure reasonably under the control of the furnace temperature

5、 accurately has been the major challenge in the field of heat treatment furnace imminently.based on the new-built car-type heat treatment furnace used in forged steel project of northeast special steel group in dalian, after known the process flows and the technological requirements of heat treatmen

6、t furnace, in this paper, i illustrated in detail the design proposal and the design process of furnace pressure control system. the whole design is the traditional single return circuit regulation plus the monitoring mechanism of furnace pressure. the monitoring mechanism of furnace pressure is use

7、d to regulate, amend the unreasonable control parameters.in the study, first, i created the model of furnace pressure system and then used the adaptive fuzzy pid algorithm to regulate the furnace pressure in a single return circuit, at the same time i optimized the quantization factor and the scale

8、factor. the results good after simulation. subsequently i used the fuzzy sensor theory to amend the current pressure state, put amended pressure statemedium、high、low and the coefficient of excess air medium、high、low into discussion, concluded the corrected values of control parametersair-fuel ratio

9、and combustion time, adjusted the furnace atmosphere, made the furnace pressure and furnace temperature in a good atmosphere.key words: heat treatment furnace，adaptive fuzzy pid，optimization，fuzzy sensor，coefficient of excess air，air-fuel ratio遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第iii 頁目 錄計算機控制的加熱爐爐壓智能系統(tǒng)研究計算機控制的加熱爐爐壓智

10、能系統(tǒng)研究.i i摘摘 要要.i iabstractabstract.iiii第第 1 1 章章緒緒論論.1 11.1 臺車式熱處理爐簡介.11.2 臺車式熱處理爐工藝.41.2.1 200t臺車式熱處理爐工藝參數(shù) .41.2.2 200t臺車式熱處理爐工藝結構 .51.3 臺車式熱處理爐控制的關鍵問題.51.4 臺車式熱處理爐爐膛壓力控制技術的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀.71.5 課題的研究意義和本文的主要工作.8第第 2 2 章章臺車式熱處理爐壓力控制系統(tǒng)的總體設計臺車式熱處理爐壓力控制系統(tǒng)的總體設計.10102.1 引言.102.2 臺車式熱處理爐爐膛壓力控制原理.112.2.1 爐膛壓力控制系統(tǒng)的

11、組成.112.2.2 爐膛壓力的影響因素.122.2.3 爐膛壓力的控制參量分析.132.3 臺車式熱處理爐爐膛壓力的控制方案.142.4 本章小結.16第第 3 3 章章單閉環(huán)控制系統(tǒng)的研究與設計單閉環(huán)控制系統(tǒng)的研究與設計.17173.1 引言.173.2 臺車式熱處理爐爐膛壓力控制系統(tǒng)的模型建立.173.2.1 爐膛壓力數(shù)學模型的建立.183.2.2 系統(tǒng)元件的傳遞函數(shù).193.3 pid 控制原理和參數(shù)整定.19遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第iv 頁3.3.1 pid控制的基本原理.193.3.2 pid調節(jié)器的參數(shù)工程整定.223.4 基于自適應模糊 pid 算法的單閉環(huán)設計.

12、233.4.1 pid初始參數(shù)的整定.243.4.2 自適應模糊pid控制器的設計.253.5 本章小結.30第第 4 4 章章爐膛壓力狀態(tài)模糊傳感器的研究爐膛壓力狀態(tài)模糊傳感器的研究.31314.1 引言.314.2 爐膛壓力狀態(tài)模糊傳感器的研究與設計.324.2.1 模糊傳感器的基本結構和功能.334.2.2 爐膛壓力狀態(tài)的測量和語言輸出.344.2.3 蝶閥狀態(tài)的測量和語言輸出.354.2.4 爐膛壓力狀態(tài)對環(huán)境的適應性.364.3 本章小結.39第第 5 5 章章結論與展望結論與展望.4040參考文獻參考文獻.4141致致謝謝.4242遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第1 頁第 1

13、 章緒論1.11.1 臺車式熱處理爐簡介臺車式熱處理爐簡介臺車爐是屬于周期式作業(yè)爐，顧名思義，它的爐底為一可移動的臺車爐膛不分區(qū)段，爐溫按規(guī)定的加熱制度隨時間變化，用于鋼錠（或鋼坯）鍛前加熱或工件熱處理加熱加熱前，臺車在爐外裝料，加熱件放在專用的墊鐵上1（墊鐵高度一般為 250400 毫米） ，然后由牽引機構將臺車拉入爐內進行加熱，加熱之后再由牽引機構將臺車拉出爐外卸料，最后用吊車將加熱的工件吊到鍛壓設備上進行加工臺車式爐適用于不便在室式爐內加熱的大型鋼錠、鋼坯、鋼板的鍛壓前加熱和大型鑄件、鍛件、焊接件的熱處理加熱?？捎脷怏w或液體作燃料，也可用電加熱使用氣體或液體燃料時，燒嘴多布置在爐膛兩側。

14、臺車式爐按用途分為臺車式加熱爐和臺車式熱處理爐臺車式加熱爐的爐溫變化范圍為 6001250;臺車式熱處理爐的爐溫變化范圍為 3001100按燃燒室或燒嘴布置方式分為側燃式，底燃式及循環(huán)式等類型。熱處理工藝包括退火、回火、淬火、正火以及各種化學熱處理它是將材料放在一定的介質內加熱、保溫、冷卻，通過改變材料表面或內部的組織結構來控制其性能的一種綜合工藝過程在冶金工廠，熱處理的主要對象是金屬的錠、板、管、帶、絲以及型材、鋼軌、車輪等而在機械制造工廠，熱處理對象是各種零件、刀具、量具以及鍛件、鑄件等。與軋鍛前的加熱爐相比，熱處理爐有些明顯的特點：1熱處理工件的尺寸、形狀、性質干差萬別，工藝種類又很繁多

15、，所以熱處理爐的爐型非常多樣化。2熱處理往往是冶金和機械加工生產(chǎn)過程的最后一道工序，所以對工件的質量要求較高，這不僅是指工件內部的金相組織，而且還包括工件表面的質量和變形程度。3熱處理工藝過程比較復雜，其中包括加熱、保溫、冷卻等階段，所以熱處理爐的單位生產(chǎn)率和熱耗指標一般都較低。熱處理爐在使用中有嚴格的技術要求:1熱處理時，在金屬工件橫截面上所允許的溫差比較小，要求加熱均勻(在金屬遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第2 頁工件的橫截面上及長度上都有均勻的溫度分布)或溫度分布符合要求。2進行金屬熱處理時，要保證金屬有最少的脫炭、氧化。隨著耐火材料制造技術、高質量耐火纖維制品、燃燒技術的發(fā)展應用

16、，以及計算機在熱處理參數(shù)及管理和熱處理生產(chǎn)控制過程中的應用，熱處理爐在逐步向節(jié)能的全自動控制的數(shù)字化方向發(fā)展。本課題即以“東北特鋼集團大連基地鍛鋼工程新建臺車式熱處理爐”為研究對象，根據(jù)臺車式熱處理爐爐膛壓力控制系統(tǒng)的要求，提出問題，分析原因，設計了一套新的控制方案，解決了系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性、精確性等問題。遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第4 頁1.21.2 臺車式熱處理爐工藝臺車式熱處理爐工藝1.2.11.2.1 200t200t 臺車式熱處理爐工藝參數(shù)臺車式熱處理爐工藝參數(shù)本課題以“東北特鋼集團大連基地鍛鋼工程新建臺車式熱處理爐”為例，進行敘述1熱處理爐爐子型號：trg-48，有效尺

17、寸：12*4*3.5m.2熱處理爐控制方式：采用 plc 控制，有工控機進行操作，cpu 采用西門子 s7-300 系列3熱處理爐工藝：最高爐溫：970和 1100兩種；升溫速度：20125/h，可控；降溫速度：1035/h，可實現(xiàn)控制冷卻；爐內溫差：保溫期內5；爐子溫控精度：1.5。金屬燒損率：1.0%；鋼坯表面脫碳層深度：1.5mm4溫度檢測：共有 10 個燒嘴，側墻熱電偶布置在燒嘴對面的爐墻上，工作溫度為 0-1250，溫度控制要求能做到指示，記錄，報警，自動控制功能5流量檢測：包括冷發(fā)生爐煤氣和空氣煤氣的最大流量為 4800nm3/h，最小流量為 500 nm3/h，平均流量為 300

18、0 nm3/h，溫度為常溫煤氣管道管徑為325 *4要求煤氣控制具有指示，記錄，隨爐溫自動調節(jié)功能空氣的最大流量為 6600 nm3/h，最小流量為 800 nm3/h，平均流量為 4000 nm3/h，溫度為300空氣管道管徑為 620*4控制同煤氣6壓力檢測：爐膛壓力，工作壓力為+2030pa，具有指示，記錄功能，能通過煙道閘板調節(jié)；空氣熱風總管，工作壓力為 8000pa，具有指示功能，能通過變頻器調節(jié)；煤氣總管，工作壓力為 6000pa，具有指示，記錄，報警功能；氮氣總管，工作壓力為 0.5*106 pa，具有指示功能7安全：當煤氣管道低壓2000pa，空氣管道低壓3000pa 或助燃風

19、機斷電，氮氣管道壓力0.2*106pa 時，要求煤氣管道切斷閥切斷，并發(fā)出聲光報警8熱處理爐的溫度控制，連鎖，嚴格的升降溫曲線及控制柜配置的要求等都按廠家的要求來做，在此不列出遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第5 頁1.2.2 200t 臺車式熱處理爐工藝結構臺車式熱處理爐工藝結構1爐體：爐體鋼結構，爐體陶瓷纖維爐襯2爐門：爐門鋼結構，爐門內襯，爐門口，爐口鋼3臺車及其行走機構：臺車鋼結構，砌磚座，耐火砌體，行走結構為自行走形式4密封系統(tǒng)：爐門的密封，臺車的密封5燃燒供熱系統(tǒng)：煤氣供給系統(tǒng)，空氣供給系統(tǒng)，燃燒裝置（采用霍克德技術高速燒嘴及其配套器件組成，燃燒過程采用大動量數(shù)字化燃燒方式）

20、，排煙系統(tǒng)（由煙道、余熱回收裝置、煙氣調節(jié)閥和煙筒組成） ，吹掃放散系統(tǒng)，儀表用壓縮空氣系統(tǒng)1.3 臺車式熱處理爐控制的關鍵問題臺車式熱處理爐控制的關鍵問題臺車式熱處理爐自動化控制系統(tǒng)由自動化儀表（儀控） 、電氣傳動控制（電控）及配套的低壓供配電構成系統(tǒng)組成如下：0 級：現(xiàn)場級，包括現(xiàn)場儀表、傳感器及執(zhí)行器等1 級：基礎自動化級，包括操作員站 hmi、plc、遠程 i/o、智能測量儀表等組成通信網(wǎng)絡：plc 與 hmi 之間采用工業(yè)以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信，plc 與遠程i/o、智能測量儀表及變頻器等現(xiàn)場設備之間采用 profibus-dp 工業(yè)現(xiàn)場總線進行過程通信，本系統(tǒng)與公司能源管理系統(tǒng)之間也采

21、用以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信具體包括以下 7 個系統(tǒng)：1溫度控制系統(tǒng)：爐膛溫度控制和助燃空氣溫度控制2壓力控制系統(tǒng)：爐前煤氣壓力監(jiān)測控制、空氣壓力監(jiān)測控制、爐膛壓力監(jiān)測控制、以及儀表氣源壓力監(jiān)測報警系統(tǒng)3流量檢測控制系統(tǒng)：括煤氣流量和空氣流量檢測4參數(shù)檢測系統(tǒng)：對溫度、流量、壓力、調節(jié)閥設定、調節(jié)閥反饋、設備狀態(tài)進行實時檢測、顯示、存檔5故障檢測報警系統(tǒng)遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第6 頁6上位機功能：實時監(jiān)控、人工干預指令、故障報警管理、故障診斷、安全管理、能源數(shù)據(jù)采集、設備管理、操作指導、庫存管理7低壓電氣傳動及控制：鼓風機啟停傳動及控制，臺車出入、爐門升降、側密封傳動及控制根據(jù)臺車式熱處

22、理爐的工作原理，不難看出臺車式熱處理爐控制中有兩個關鍵問題：1. 爐膛溫度控制.爐膛溫度是熱處理爐最重要的工藝參數(shù)對于不同的工藝制度，爐溫的時變關系和分布的均勻性，在各升溫期、保溫期和降溫期都有具體要求在升溫期，為了保證鍛材的加熱速度（不能過快，也不希望過慢，這樣不易引起熱應力，對保證合金鋼和大型工件的加熱質量有利） ，爐溫應該按照某種時變關系連續(xù)上升，且與時間一一對應，呈正變關系，這時，如何能夠及時準確地把爐溫連續(xù)調整到位是問題的關鍵在恒溫期，爐溫保持不變，與時間無關，這時控制看似簡單，則難點轉變?yōu)槿绾问冀K保證爐溫的準確性與均勻性在降溫期，為了保證鍛材的冷卻速度，爐溫應該按照某種時變關系連續(xù)

23、下降，其時變特性也與時間一一對應，但是呈負變關系，此時的控制關鍵是如何及時準確地將爐溫連續(xù)調整到位值得一提的是爐溫的均勻性，除了在恒溫期的作用非常重要以外，在升溫期和降溫期也同等重要，所以最好也能夠做到像恒溫期一樣的均勻2爐膛壓力控制爐膛壓力控制對于爐子的使用壽命以及操作的穩(wěn)定性至關重要必須保證爐膛壓力為微正壓爐壓大有利于爐氣對工件的加熱和溫度的均勻，但壓力過大，則會在爐蓋縫隙中竄火，不僅浪費能源，而且易加快爐襯的損壞，還會造成操作人員人身危險，導致勞動環(huán)境的惡化如果壓力小，雖然對爐襯材料的使用有好處，但過低，則會在爐子縫隙處吸入大量的冷空氣，除增加工件的氧化外，還會導致爐溫的降低，又使加熱時

24、間延長，同時浪費大量的能源此外，爐膛壓力作為保證熱處理爐良好燃燒狀況的一個重要因素，對燃燒系統(tǒng)起著至關重要的作用爐壓的波動不僅會影響到燃料的正常燃燒，造成爐溫波動，同時還會影響空氣、燃氣單位時間的噴出量，使空燃比偏離最佳狀態(tài)因此，必須對爐膛壓力進行控制如何解決上述兩個關鍵問題影響到臺車式熱處理爐控制系統(tǒng)控制效果的好遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第7 頁壞故本人的論文就針對熱處理爐爐膛壓力控制方面做了一些研究1.4 臺車式熱處理爐爐膛壓力控制技術的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀臺車式熱處理爐爐膛壓力控制技術的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀熱處理爐壓力控制系統(tǒng)包括爐前煤氣壓力監(jiān)測控制、空氣壓力監(jiān)測控制、爐膛壓力監(jiān)測控制、以

25、及儀表氣源壓力監(jiān)測報警系統(tǒng)本課題研究的臺車式熱處理爐在設計上采用大動量火焰的高速燒嘴燃燒系統(tǒng)和數(shù)字化燃燒方式供熱，控制時只需將煤氣壓力和空氣壓力、儀表氣源壓力一次性調整到合適值, 在系統(tǒng)投入運行后, 只要保持壓力穩(wěn)定即可，因此控制相對簡單，易于實現(xiàn)，故本文研究的核心是爐膛壓力控制系統(tǒng)自爐溫控制和燃燒控制都已經(jīng)實現(xiàn)全部自動化后，爐膛壓力的控制也越來越顯示出重要性從 70 年代開始，世界各國就在為爐壓的控制研究了各種各樣的方式，使得爐壓控制已經(jīng)由最初的噴射式、配重式，發(fā)展到自動煙閥儀表調節(jié)方式等等國內在爐壓控制方面所做的研究主要有：1定值控制法是指爐壓控制系統(tǒng)的設定值不隨時間改變這種控制方法的弊端

26、是致使爐壓執(zhí)行機構始終處于工作狀態(tài)，降低了它的使用壽命當其用于連續(xù)加熱爐時，由于爐壓檢測位置與執(zhí)行機構安裝位置相距較遠，會使爐內煙氣流速較低，純滯后時間長，控制精度無從談起2 “前饋反饋”控制系統(tǒng)基于考慮影響爐壓變化的主要因素是爐內煙氣量，而煙氣量與燃料量（或空氣量）成正比所以一些人就采用爐子燃料總消耗檢測信號作為前饋量，組成前饋反饋控制系統(tǒng)這種系統(tǒng)雖能有效克服對象的純滯后現(xiàn)象，但仍屬定值調節(jié)系統(tǒng)類型近年來，北科大與太原鋼鐵公司合作，開發(fā)了以熱負荷為基準的變參數(shù)前饋爐壓控制策略，使隨熱負荷的變化調節(jié)煙道閘板的開啟度，取得了很好的效果3文獻3提出“等等看看”控制方法改連續(xù)調節(jié)為定時周期調節(jié)，并設

27、立調節(jié)死區(qū)，允許爐壓在一定范圍內波動，只要不超過給定界限，不予調節(jié) “等”就是等控制量輸出后系統(tǒng)純滯后時間過去, 下一次發(fā)出的控制信號由在觀察時段內所“看”到的誤差和誤差的變化率決定此種方法已經(jīng)應用到煙臺魯寶鋼管廠的加熱爐壓力控制中并取得較好的效果遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第8 頁4趙渭國，杜濤在文獻4中提出用開環(huán)控制系統(tǒng)進行爐壓調節(jié)即采集總燃料耗量信號和爐溫信號，將信號經(jīng)函數(shù)轉換后輸出，利用輸出值直接控制煙閘執(zhí)行機構，自動調節(jié)煙閘開度，達到調節(jié)爐壓的目的通過沈陽線材廠，營口中板廠和安鋼中型廠的運行實踐表明，該法取得了良好的控制效果5李紅利在文獻5提出了不用任何儀表，僅憑熱處理工的觀

28、察法就能判斷爐內壓力的大小，并給出解決方法經(jīng)過一年多的實踐證明，爐壓受控后，臺車維修量明顯減少，鋼件質量有了明顯提高，能耗也有了顯著下降國外熱處理爐的發(fā)展趨勢是圍繞著提高產(chǎn)品質量、節(jié)能、環(huán)保、自動化操作進行的:1. 以電能為熱源的爐子增多，油和煤氣為熱源的熱處理爐比例逐漸減少2. 對產(chǎn)品表面質量的要求更為嚴格，可控氣氛熱處理爐仍占重要地位3. 爐襯趨向使用輕質材料，在電阻爐上應用非金屬爐用耐熱構件和發(fā)熱元件的比例逐漸增加4. 微機和可編程序控制器的發(fā)展加速了熱處理自動化，并有與其它工序組成全自動熱處理線的趨勢1.5 課題的研究意義和本文的主要工作課題的研究意義和本文的主要工作熱處理是提高工件質

29、量和延長使用壽命的關鍵工序，也是充分發(fā)揮金屬材料潛力、節(jié)約材料的有效途徑熱處理爐是實現(xiàn)金屬熱處理工藝的主要設備，沒有先進的熱處理爐就不能實現(xiàn)先進的熱處理工藝有了先進的熱處理爐我們還必須應用先進的控制技術才能使它物盡所用，才能達到最終的控制目的眾所周知，一臺裝備優(yōu)良、技術先進的燃氣工業(yè)爐，在自動控制系統(tǒng)中必須配備爐溫自動控制、空燃比自動控制和爐膛壓力自動控制三個基本功能但是人們對爐溫自動控制和空燃比自動控制比較重視，而對爐膛壓力自動控制缺乏足夠的認識或雖已認識到它的重要性，但所做的研究、應用還是少之又少因此，本人在導師王克成教授的帶領下，在對東北特鋼集團大邊基地鍛鋼工程新建臺車式熱處理爐完成原理

30、圖設計之后，重點研究了爐膛壓力控制系統(tǒng)的設計根據(jù)臺車式熱處理爐爐膛壓力控制系統(tǒng)的要求，提出問題，分析原因，設計了一套新的控制方案，解決了系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性、精確性等問題遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第9 頁本文所做的主要工作是：首先介紹了臺車式熱處理爐的工藝流程、工藝參數(shù)和工藝結構，讓大家對臺車式熱處理爐有了一個總體上的認識接著詳細敘述了模糊控制原理，為后續(xù)章節(jié)提供理論基礎第 3 章提出爐膛壓力控制系統(tǒng)的總體設計方案共分兩個步驟，第一步采用單閉環(huán)調節(jié)，使用自適應模糊 pid 控制算法.第二步設計爐膛壓力監(jiān)督機制，運用模糊傳感器理論，在蝶閥開度為測量背景下，對爐膛壓力狀態(tài)給出準確的描述，

31、并結合當前空氣過剩系數(shù)的大小展開討論，找出爐膛壓力狀態(tài)不適中的原因，同時對空燃比、燃燒時間進行修正 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第10頁第 2 章臺車式熱處理爐壓力控制系統(tǒng)的總體設計2.1 引言引言熱處理的壓力制度對燃燒過程、爐內氣體流動和溫度分布有重要影響，從這個角度來說，壓力制度也服務于溫度制度，也是實現(xiàn)工藝要求的溫度制度的保證條件所以，熱處理爐的壓力控制與爐壓調節(jié)也應具有調節(jié)能力足夠大、調整及時準確的特點熱處理爐壓力控制系統(tǒng)包括爐前煤氣壓力監(jiān)測控制、空氣壓力監(jiān)測控制、爐膛壓力監(jiān)測控制、以及儀表氣源壓力監(jiān)測報警系統(tǒng)1煤氣壓力監(jiān)測控制系統(tǒng)對爐前煤氣壓力實時監(jiān)測當煤氣總管壓力低于第一限

32、定值時，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警信號，提醒有關人員及時處理；低于第二限定值（最低允許壓力）時，系統(tǒng)發(fā)出指令，迅速關閉爐前煤氣快切總閥并進行聲光報警，熱處理爐停止運行1空氣壓力監(jiān)測控制系統(tǒng)對爐前空氣壓力實時監(jiān)測當總管空氣壓力低于第一限定值時，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警信號，提醒有關人員及時處理；低于第二限定值（最低允許壓力）時，系統(tǒng)發(fā)出指令，迅速關閉爐前煤氣快切總閥并聲光報警，熱處理爐停止運行2儀表氣源壓力監(jiān)測報警系統(tǒng)對儀表氣源壓力進行監(jiān)測當氣源欠壓、低于第一限定值時，由 plc 發(fā)出聲光報警信號，當氣源超低壓、低于第二限定值時，系統(tǒng)會發(fā)出指令，熱處理爐自動停止運行，以確保設備運行的安全可靠通過人機界面，操作人員

33、可以隨時了解氣源壓力狀況由于本課題研究的熱處理爐采用脈沖燃燒控制方式, 所以可以將煤氣壓力和空氣壓力、儀表氣源壓力一次性調整到合適值, 在系統(tǒng)投入運行后, 只需保持壓力穩(wěn)定即可，控制相對簡單，易于實現(xiàn)，故本文不做詳細論述4爐膛壓力監(jiān)測控制系統(tǒng)這是本文研究的核心理論研究和實驗證明，爐內的壓力對不同加熱工藝的加熱質量影響是很大的，通過爐內壓力的有效控制，可以提高熱處理的質量，可 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第11頁以獲得穩(wěn)定的爐內溫度場，引導熱流的方向，因而提高了熱處理的質量，并且能有效地節(jié)約能源特別是隨著熱處理技術向高精度方向發(fā)展，使熱處理爐爐內壓力的控制越來越顯示出其重要性2.2 臺車

34、式熱處理爐爐膛壓力控制原理臺車式熱處理爐爐膛壓力控制原理2.2.1 爐膛壓力控制系統(tǒng)的組成爐膛壓力控制系統(tǒng)的組成為了防止冷空氣侵入和火焰外噴，爐膛壓力要保持微正壓爐內壓力是否控制或控制的好壞，直接影響爐內溫度的均勻性和爐子熱效率因此，對于全自動控制的爐子必須采取相應技術措施控制爐壓熱處理爐的爐壓控制系統(tǒng)就是控制排煙量使爐膛壓力維持在設定范圍內熱處理爐單獨設置排煙系統(tǒng)排煙系統(tǒng)由煙道、余熱回收裝置、煙氣調節(jié)閥和煙筒組成采用集中排煙方式，依據(jù)爐子大小，設置一個或兩個排煙口煙氣從排煙口排出，經(jīng)過煙道、空氣預熱器、煙氣調節(jié)閥、煙筒，排入大氣我們采用的爐壓自動控制系統(tǒng)由微差壓變送器（-100100pa）

35、、plc（s7-300）和氣動執(zhí)行機構（煙氣調節(jié)閥蝶閥）構成典型的閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)，見圖 3-1根據(jù)實時采集的爐壓參數(shù)，利用煙囪排煙量的多少自動調節(jié)蝶閥的開度，從而實現(xiàn)爐膛壓力的自動控制，保持爐膛壓力為微正壓（2030pa） ，并且通過人機界面，操作人員可以隨時了解爐內壓力狀況圖 2.1爐壓控制系統(tǒng)的組成 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第12頁2.2.2 爐膛壓力的影響因素爐膛壓力的影響因素爐壓控制技術遠比爐溫控制復雜得多，影響因素有19-20：1排煙裝置抽力是指煙囪與排煙機等排煙裝置對爐內的抽力這是影響火焰爐爐內壓力的主要因素該抽力愈大，則爐內煙氣排出速度愈快，單位時間內排出的煙氣量愈多，

36、爐氣壓力愈低，甚至造成負壓2燃燒器噴出的火焰燃燒器噴出的火焰，沿流動方向壓力逐漸增大，火焰根部為負壓，而火焰尾部為正壓此外，當火焰與爐料相碰后，部分動壓頭轉變?yōu)殪o壓頭，使料面壓力增大3爐氣密度與爐膛高度如暫不考慮前兩個因素影響，則火焰爐爐內壓力沿爐膛高度方向的分布服從式即 (3-1)的規(guī)律其中、為爐膛內上下兩平面ghpp)(12熱空表表2表p1表p處表壓力，、為外界空氣與爐內熱氣的密度，為兩平面相距的高度此空熱h式表明，爐膛上部表壓力大于下部，而且愈?。礌t氣溫度愈高）,愈高，熱h則上下壓力相差愈大4燃料消耗量當排煙裝置對爐內抽力不變條件下，單位時間內火焰爐燃燒的燃料量愈多，則爐氣量愈大，爐膛

37、單位容積內氣體分子數(shù)增多、壓力上升5煙氣流速當煙道系統(tǒng)、煙閥型式及直徑確定后，整個系統(tǒng)的阻力特性即已確定，在煙氣流速恒定的情況下，煙氣的流量就與閥門的開度成比例關系煙氣流速提高時，系統(tǒng)阻力增大，爐壓則增高；反之，煙氣的流速降低時，爐壓則降低6煙閥的流通特性和調節(jié)速度采用不同型式及直徑的煙閥，其流通特性和調節(jié)速度是不一樣的在熱處理爐上常采用閘板式和蝶式煙閥蝶閥的反應速度要好，但蝶閥的開啟角度與流通能力并不成線性比例關系，使用時要注意 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第13頁2.2.3 爐膛壓力的控制參量分析爐膛壓力的控制參量分析熱處理爐系統(tǒng)非常復雜，很多環(huán)節(jié)相互耦合，共同影響爐內的氛圍其爐內

38、的壓力就隨爐內溫度變化、燃燒量變化和爐外環(huán)境氣候的變化而變化21如當增加空氣量和燃氣量或在數(shù)字脈沖燃燒方式中增大燒嘴的燃燒時間以提高爐溫時，熱處理爐的爐膛壓力也會隨之增加；反之當降低空氣量和燃氣量或在數(shù)字脈沖燃燒方式中減少燒嘴的燃燒時間以降低爐溫時，爐膛壓力也會隨之降低當增加煙道閥門開度的時候，可以減小爐膛壓力，但同時又降低爐膛溫度；當減少煙道閥門開度的時候，可以增加爐膛壓力，但同時又增加爐膛溫度況且在不同的加熱工藝，所需要的壓力也不同所以對爐膛壓力的調節(jié)要考慮到對爐膛溫度的影響而爐溫又與空燃比、燃料量、助燃空氣量息息相關空燃比過大時，爐內空氣過量，不但會從爐內帶走大量的熱能，降低火焰的溫度，

39、還會產(chǎn)生過多的廢氣，導致氧化氮、氧化硫排量增加，污染環(huán)境，而且爐內氣氛中的過多氧氣，還會造成鋼坯、鍛件嚴重燒損、氧化；空燃比過小時，爐內空氣不足，會造成燃燒不完全，降低熱效率，熱損失增大，還產(chǎn)生大量黑煙污染環(huán)境，甚至會造成爐尾噴火影響到操作人員和設備的安全22所以空燃比直接影響燃燒狀況，也影響爐內氣壓在空燃比適中的情況，單位時間內燃燒的燃料量愈多，則爐溫和爐壓就愈大，反之，就越小所以熱處理爐的爐壓控制是一個復雜的工業(yè)過程，有多個控制參量，且參量關系比較復雜如圖2.2所示圖 2.2爐壓控制系統(tǒng)的控制參量作用關系由此可以看出：1爐膛壓力是所有變量中變化比較快的量，滯后量比較小，直接和排煙量相關，但

40、易受燃料量、助燃空氣、空燃比的影響2爐膛溫度和燃料量、助燃空氣、空燃比有直接關系，但受到排煙量的影 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第14頁響2.3 臺車式熱處理爐爐膛壓力的控制方案臺車式熱處理爐爐膛壓力的控制方案1控制策略的研究大家都知道，從工藝設計上，煙道口的排煙閥功能是用來調節(jié)爐膛壓力的，因此，我們要求，在正常生產(chǎn)時，煙道閥門的開度大小適當，最佳開度是50在爐內壓力發(fā)生波動時，根據(jù)爐膛壓力檢測結果，改變爐壓調節(jié)器的輸出，即通過煙道閥門開度的大小，改變排煙量來獲得穩(wěn)定的爐膛壓力，從而使爐膛壓力穩(wěn)定在設定值上，以維持爐內微正壓但是，有時我們還會發(fā)現(xiàn)這樣的情況：比如，當前的壓力值在設定值范

41、圍之內，但此時的蝶閥開度已大于 50，蝶閥沒有在最佳狀態(tài)說明此時此刻燃燒之后爐子里的氣體（煙氣）比較多，壓力比較高，只有靠加大閥門的開度，才能迅速地排除煙氣，保證新的氣體補充進來但是此時的狀態(tài)已不是最好狀態(tài)，爐膛的壓力值正常只是一種虛假現(xiàn)象因為，我們希望的是只要壓力值正常，蝶閥的開度就在理想狀態(tài)50開度還有的時候會出現(xiàn)壓力值在設定范圍之內，但蝶閥開度偏?。?0）的情況說明了此時的壓力正常仍是一種假象，實際上爐膛壓力是偏小的，它只能通過大量減小閥門的開度，減小煙氣的排放量才能達到滿足壓力設定值的要求通過上面的分析，我們可以看出：臺車式熱處理爐爐膛壓力的調節(jié)看似簡單，而實際上則是一個復雜的控制過程

42、單獨的依靠改變煙閥的開度來跟蹤、適應爐膛壓力的設定值達到調節(jié)爐膛壓力的目的顯然不夠準確，我們還應該把當前的壓力檢測值和蝶閥的開度聯(lián)系起來綜合考慮，運用模糊傳感器的理論，對當前爐膛壓力的狀態(tài)進行定性分析，是偏高、偏低還是適中，然后根據(jù)空氣過剩系數(shù)的大小偏大、適中、偏小，討論產(chǎn)生不合理現(xiàn)象的原因，糾正不合理的參數(shù)設置如燃料量、助燃空氣量（在數(shù)字化脈沖燃燒方式中改變燒嘴的燃燒時間）和空燃比，以實現(xiàn)爐膛壓力的有效調節(jié)，使爐子的工藝參數(shù)更加優(yōu)化，使爐內的氛圍更加有利在控制算法上不能單以 pid 為主，還應該采用更高智能的擬人操作的模糊控制和 pid 結合而成的自適應模糊 pid 控制技術由于在本文中第一

43、次提到空氣過剩系數(shù)，所以有必要在此詳細說明一下 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第15頁燃料燃燒時，燃料與空氣的混合與接觸很難達到十分理想的程度，因此，為保證燃料充分燃燒，實際供應的助燃空氣量必須多于理論空氣空氣過剩系數(shù)的定義是：設每 kg 或 m3（標）燃料所消耗的實際空氣量為 ln（標 m3），其值與理論空氣量 l0之比，用 n 表示，即： 0llnn（2.2）顯然，為確保完全燃燒，n 值應大于 1.但過大將引起燃燒產(chǎn)物體積增大，廢氣中剩余的氧氣增多，燃燒溫度降低并增大廢氣帶走的熱量n 值不僅影響燃燒本身，而且關系到爐內氣氛過大，爐氣氧化性強；小于 1，爐氣為還原性，對金屬加熱都不利應

44、該在盡可能小的空氣過剩系數(shù)下，保證燃料的充分燃燒，避免過?？諝饬窟^多或空氣供給量不足毋庸置疑, n 值的大小與燃料的種類有關通常氣體燃料 n1.051.15，液體燃料 n1.151.25，固體燃料 n1.201.50.既然在實際生產(chǎn)中，在保證燃料完全燃燒的前提下，應盡量減少過?？諝饬磕敲次覀內绾沃郎a(chǎn)過程中爐膛里空氣過剩量的多少呢？因為煙氣含氧量可以正確反映空氣過剩系數(shù)，反映燃燒的經(jīng)濟性因此，可用煙氣中的含氧量作為檢查燃料量和助燃空氣量是否配合恰當?shù)闹笜耍栽诠こ躺蠈W者和技術人員提出了采用氧化鋯測氧設備（氧化鋯測氧儀）測量煙道含氧量空氣過剩系數(shù)和煙氣中含氧量的關系為： 22121on（2.

45、3）式中：21 為空氣中氧含量，：煙氣中含氧量，我們把用氧化鋯2o測氧儀測出的煙道含氧量代入式 3-3 就能輕而易舉的求出空氣過剩系數(shù)2控制方案的提出綜合考慮以上的因素，根據(jù)現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗和專家的知識，提出了本文的控制方案見圖 2-3.第一步：單閉環(huán)調節(jié)即利用自適應模糊 pid 控制技術使爐膛壓力在每個采樣周期都保持在設定值范圍之內 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第16頁第二步：監(jiān)督優(yōu)化機制即根據(jù)模糊傳感器理論，將爐膛壓力的狀態(tài)輸出與空氣過剩系數(shù)進行對比分析、模糊推理，自動修改空燃比和燃燒時間，達到有效控制爐膛壓力，優(yōu)化系統(tǒng)工藝參數(shù)的目的 圖 2.3臺車式熱處理爐爐膛壓力控制的方框圖

46、2.4 本章小結本章小結本章主要介紹了臺車式熱處理爐爐膛壓力控制系統(tǒng)的總體設計思路首先提出了臺車式熱處理爐壓力控制系統(tǒng)的組成，接著重點介紹爐膛壓力控制系統(tǒng)，先后分別說明了爐膛壓力系統(tǒng)的組成，爐膛壓力的影響因素和與其它控制參量之間的耦合關系最后在這基礎之上提出了爐膛壓力控制的總體方案爐膛壓力自適應模糊 pid 的單閉環(huán)調節(jié)加上爐膛壓力監(jiān)督機制 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第17頁第 3 章單閉環(huán)控制系統(tǒng)的研究與設計3.1 引言引言在傳統(tǒng)的爐膛壓力自動控制中，一般都采用 pid 控制pid 控制具有結構簡單、穩(wěn)定性好、可靠性高等優(yōu)點，在工業(yè)過程控制中有廣泛的應用但受其控制參數(shù)整定的限制，對

47、于非線性、大滯后系統(tǒng)難以達到滿意的控制效果而智能控制中的模糊控制則能模擬人類邏輯思維能力，不依賴被控對象的精確數(shù)學模型，只需提供專業(yè)技術人員的經(jīng)驗知識及操作數(shù)據(jù)，對復雜系統(tǒng)有著良好的控制效果尤其是爐壓自動控制技術涉及到流體力學、熱力學、機械傳動和電氣控制等，為了更好的適應熱處理爐工藝變化和實際情況多變的需要，所以本文根據(jù)劉金琨所著的先進 pid 控制 matlab 仿真一書所提的自適應模糊 pid 控制的方法，設計了基于自適應模糊 pid 控制的爐膛壓力單閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)，對其量化因子、比例因子進行尋優(yōu)，實現(xiàn)了對爐膛壓力的自動調節(jié)，并借助 matlab 中 simulink直觀便捷的構建系統(tǒng)模型，

48、進行仿真實驗爐膛壓力單閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖：圖 3.1爐膛壓力單閉環(huán)控制示意圖3.2 臺車式熱處理爐爐膛壓力控制系統(tǒng)的模型建立臺車式熱處理爐爐膛壓力控制系統(tǒng)的模型建立 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第18頁過程控制系統(tǒng)的建模主要有兩種方法一種是機理法建模，另一種是測試法建模機理法建模就是根據(jù)生產(chǎn)過程中實際發(fā)生的變化機理，寫出各種有關的平衡方程如：物質平衡方程，能量平衡方程，動量平衡方程以及反映流體流動、傳熱、傳質、化學反應等基本規(guī)律的運動方程，特性參數(shù)方程和某些設備的特性方程等，從中獲得所需的數(shù)學模型測試法一般只用于建立輸入輸出模型它是根據(jù)工業(yè)過程的輸入和輸出的實測數(shù)據(jù)進行某種數(shù)學處理后得

49、到的模型它的主要特點是把被研究的工業(yè)過程視為一個黑匣子，完全從外特性上測試和描述它的動態(tài)性質，因此不需要深入掌握其內部機理本文根據(jù)實際情況，對爐膛壓力系統(tǒng)進行了建模3.2.1 爐膛壓力數(shù)學模型的建立爐膛壓力數(shù)學模型的建立根據(jù)文獻29所推導的鍋爐爐膛壓力表達式的過程，我們去粗取精地應用在熱處理爐爐膛壓力的建模上已知：爐膛里的參數(shù)量有燃料量（煤氣量）qc，助燃空氣量 q1和排煙量 q2，爐膛壓力 p則：煙氣質量變化方程為：21qqqdmc（3.1）根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程30-31可知：爐內氣體介質存量 m，壓力 p，溫度 t，爐膛容積 v 之間存在關系： mrtpv （3.2）其中 r 是燃燒產(chǎn)物的

50、氣體常數(shù)把公式進行變形： rktpvkrtpvm1,11（3.3）爐膛中能量變化方程：22211qhqhqhqdtdecc（3.4）式中 h1為助燃空氣比焓；hc為煤氣比焓； h2為煙氣比焓；q2為爐膛輻射熱量而能量 e 的表達式：mtcep（3.5） 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第19頁其中是定壓比熱系數(shù)把式（3.3）代入式（3.5）得：pc vpkcep1（3.6）對式（3-6）求導得： dtdpvkcdtdep1（3.7）由式（3-4）和式（3-7）得能量守恒方程： 222111qhqhqhqdtdpvkcccp（3.8）至此，式（3-8）建立了爐膛壓力的數(shù)學表達式，由該式可以得

51、出在不同時刻爐膛壓力的值將式（3-8）進行拉氏變換得： vskcqhqhqhqsppcc122211)(（3.9）令：vkckqhqhqhqkpcc13222112,（3.10）則：3232,)(kkkskskksp（3.11）3.2.2 系統(tǒng)元件的傳遞函數(shù)系統(tǒng)元件的傳遞函數(shù)1蝶閥的傳遞函數(shù)蝶閥的傳遞函數(shù)根據(jù)參考書籍32-33和文獻34，電動，氣動執(zhí)行機構的微分方程為： pkudtudt33（3.12）式中：為執(zhí)行機構的時間常數(shù)，為執(zhí)行機構的放大系數(shù)把上式經(jīng)過拉3t3k氏變換后得蝶閥的傳遞函數(shù)為： 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第20頁 （3.13）1)(tsksu2微差壓變送器的傳遞函

52、數(shù)微差壓變送器的傳遞函數(shù)根據(jù)參考書籍33，變送器的特性也可視為比例環(huán)節(jié)所以本項目中的微差壓變送器等效為一個比例環(huán)節(jié)3.3 pid 控制原理和參數(shù)整定控制原理和參數(shù)整定3.3.1 pid 控制的基本原理控制的基本原理pid(propotional-intigrate-differential)控制是比例積分微分控制的簡稱在生產(chǎn)過程自動控制的發(fā)展歷程中，pid 控制是歷史最久，生命力最強的基本控制方式在上世紀 40 年代以前，除在最簡單的情況下可采用開關控制外，它是唯一的控制方式此后，隨著科學技術的發(fā)展，特別是電子計算機的誕生和發(fā)展，涌現(xiàn)出許多先進的控制方法，然而直到現(xiàn)在，pid 控制由于它自身的

53、優(yōu)點仍然是得到最廣泛應用的基本控制方式pid 控制器由比例單元(p)、積分單元(i)和微分單元(d)組成原理框圖可用下圖表示：pid 控制的傳遞函數(shù)為：skstkksgpippc)(（3.17）其中，為比例系數(shù)，為積分時間常數(shù)，為微分時間常數(shù)，三者都是可pkit調的參數(shù)圖 3.2pid 控制系統(tǒng)原理框圖 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第21頁pid 控制器的輸出信號為：dttdekdttetttektuptipp)()()()(0（3.18）簡單的說，pid 控制器各環(huán)節(jié)的作用如下：1比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號 e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減小偏差增大

54、比例系數(shù)可減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度，但會降低系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性，甚至可能造成閉環(huán)系統(tǒng)的不穩(wěn)定2積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度積分作用越大，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快，但過大，會在響應過程的初期產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，引起較大超調過小，將使系統(tǒng)靜態(tài)誤差難以消除，影響系統(tǒng)的調節(jié)精度3微分環(huán)節(jié)：反映偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調節(jié)時間微分作用過大，會使響應過程提前制動，從而延長調節(jié)時間，而且會降低系統(tǒng)的抗干擾性能在計算機控制系統(tǒng)中，一般采用兩種形式的數(shù)字 pid 控制算法：理想微分的數(shù)字

55、pid 控制和實際微分的數(shù)字 pid 控制36實際微分 pid 控制的提出是因為在模擬調節(jié)中，pid 運算是靠硬件實現(xiàn)，由于反饋電路本身特性的限制，理想微分無法實現(xiàn)，所以在實際中常采用三種較常用的實際微分 pid.而理想微分 pid 控制在計算機上實現(xiàn)時，必須把微分方程改為差分方程，為此，偏差 可進行如下e近似，即： （3.19）njjteedt0)( （3.20）tnenedtde) 1()(式中，為控制周期，為控制周期序號（n=0,1,2,）,e(n)為第個控制周tnn期的偏差 （3.21）) 1()()()()(0nenettjettneknudnjip其中，為第個控制周期時的控制量，為

56、微分時間常數(shù))(nundt 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第22頁1位置型算法第 k 次采樣計算機的輸出值 u(n)為： （3.22）) 1()()()()(0nenettjettneknudnjip式中，u(n)表示第 k 次采樣時計算機輸出值，e(n)表示第 k 次采樣時的偏差值2位置型算法第次采樣的控制算法為：1n （3.23）) 2() 1()() 1() 1(10nenettjettneknudnjip兩次采樣計算機輸出的增量為：)2() 1(2)()() 1()()(nenenettnettneneknudip （3.24）)2() 1(2)()() 1()(nenenekn

57、eknenekdip式中，表示比例系數(shù)，；表示積分系數(shù)，；表pk1pkikipittkkdk示微分系數(shù)，則第 n 次的控制輸出為：ttkkdpd （3.25）)() 1()(nununu3.3.2 pid 調節(jié)器的參數(shù)工程整定調節(jié)器的參數(shù)工程整定pid 調節(jié)器參數(shù)的整定指的是在控制系統(tǒng)中對比例系數(shù) kp,積分時間常數(shù)ti以及微分時間常數(shù)td的調整控制系統(tǒng)的整定是一個很重要的工作，但它只能在一定范圍內起作用，決不能誤以為調節(jié)器參數(shù)的整定是“萬能”的1.pid 參數(shù)整定的基本原則衡量調節(jié)器參數(shù)是否最佳，需要規(guī)定一個明確的統(tǒng)一反映控制系統(tǒng)質量的性能指標目前，系統(tǒng)整定中采用的性能指標大致分為單項性能指

58、標和誤差積分性能指標兩大類 單項性能指標 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第23頁單項性能指標是建立在系統(tǒng)閉環(huán)響應的某些特性上，常用的有衰減率（或衰減比） 、最大動態(tài)偏差、調節(jié)時間或振蕩周期等這類指標簡單、直觀、意義明確，但它們往往比較籠統(tǒng)，難以準確衡量，并且它們不足以描述人們所希望的動態(tài)響應 誤差積分性能指標有多種誤差積分性能指標，如 ie、iae、is、itae這類指標是基于從時間t=0 直到穩(wěn)定為止整個響應曲線的形態(tài)定義的，因此比較精確采用誤差積分指標作為系統(tǒng)整定的性能指標時，系統(tǒng)的整定就歸結為計算控制系統(tǒng)中待定參數(shù)，以使上述各類積分數(shù)值極小，例如，min)(0dtteiae本文中就

59、采用的是 itae 性能指標min)(0dttetitae系統(tǒng)整定方法很多，歸納為兩大類一類是理論計算整定法，如根軌跡法、頻率特性法這類整定方法是以對象的傳遞函數(shù)為基礎，計算工作量大，計算結果還需通過現(xiàn)場試驗加以修正，所以在工程上不直接采用另一類是在工程實際中最流行的工程整定法它們是在理論基礎上通過實踐總結出來的，這類方法通過并不復雜的實驗，就能迅速獲得調節(jié)器的近似最佳整定參數(shù)，因而在工程中得到了廣泛應用在這里主要介紹工程整定方法2.pid 參數(shù)的工程整定方法 ziegler-nichols 整定方法ziegler-nichols 法是根據(jù)給定對象的瞬態(tài)響應特性來確定 pid 控制器的參數(shù)它先

60、通過實驗，獲取控制對象開環(huán)系統(tǒng)的單位階躍響應，利用延時時間、放大系數(shù) k 和時間常數(shù) t，根據(jù)經(jīng)驗公式即可確定，和的值pkitdt 臨界比例度法臨界比例度法是一種閉環(huán)的整定方法它基于純比例控制系統(tǒng)的臨界振蕩試驗所得數(shù)據(jù)，即臨界比例度和臨界振蕩周期，利用一些經(jīng)驗公式，求取調節(jié)器最佳參數(shù)值 衰減曲線法與臨界比例度法類似，它先把控制系統(tǒng)的調節(jié)器置成純比例作用，再把比例 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第24頁度從大到小逐漸調小，直至出現(xiàn) 4:1 或 10:1 衰減過程曲線，然后利用一些經(jīng)驗公式，求出調節(jié)器的相應參數(shù)在 pid 參數(shù)進行整定時，如果能夠通過理論的方法確定 pid 參數(shù)當然是最理想的