加熱爐出口溫度與爐膛溫度串級控制系統(tǒng)設計_第1頁
加熱爐出口溫度與爐膛溫度串級控制系統(tǒng)設計_第2頁
加熱爐出口溫度與爐膛溫度串級控制系統(tǒng)設計_第3頁
加熱爐出口溫度與爐膛溫度串級控制系統(tǒng)設計_第4頁
加熱爐出口溫度與爐膛溫度串級控制系統(tǒng)設計_第5頁
已閱讀5頁,還剩16頁未讀 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權,請進行舉報或認領

文檔簡介

1、 第一章系統(tǒng)分析與控制方案的確立1.系統(tǒng)分析圖1.1所示為某工業(yè)生產(chǎn)中的加熱爐,其任務是將被加熱物料加熱到一定溫度,然后送到下道工序進行加工。加熱爐工藝過程為:被加熱物料流過排列爐膛四周的管道后,加熱到爐出口工藝所要求的溫度。在加熱用的燃料油管道上裝有一個調(diào)節(jié)閥,用以控制燃料油流量,以達到控制出口溫度的目的。T1口支路爐腌被加熱物料圖1.1加熱爐出口溫度系統(tǒng)由于加熱爐時間常數(shù)大,而且擾動的因素多,比如原料側的擾動及負荷擾動;燃燒側的擾動等,單回路反饋控制系統(tǒng)不能滿足工藝對加熱爐出口溫度的要求。為了提高控制質(zhì)量,采用串級控制系統(tǒng),運用副回路的快速作用,有效地提高控制質(zhì)量,滿足生產(chǎn)要求。2.串級控

2、制系統(tǒng)的設計加熱爐工藝過程為:被加熱物料流過排列爐膛四周的管道后,加熱到爐出口工藝所要求的溫度。在加熱用的燃料油管道上裝有一個調(diào)節(jié)閥,用以控制燃料油流量,以達到控制出口溫度的目的。由于加熱爐時間常數(shù)大,而且擾動的因素多,比如原料側的擾動及負荷擾動;燃燒側的擾動等,單回路反饋控制系統(tǒng)不能滿足工藝對加熱爐出口溫度的要求。為了提高控制質(zhì)量,采用串級控制系統(tǒng),運用副回路的快速作用,以加熱爐出口溫度為主變量,選擇滯后較小的爐膛溫度為副變量,構成爐出口溫度與爐膛溫度的串級控制系統(tǒng)有效地提高控制質(zhì)量,以滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求,系統(tǒng)的串級控制結構圖如圖1.2所示。圖1.2加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)結構圖串級控制系

3、統(tǒng)的工作過程,就是指在擾動作用下,引起主、副變量偏離設定值,由主、副調(diào)節(jié)器通過控制作用克服擾動,使系統(tǒng)恢復到新的穩(wěn)定狀態(tài)的過渡過程。由加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)結構圖可繪制出其結構方框圖,如圖1.3所示。主控制器副控制器_調(diào)節(jié)閥ir4爐膛岀口溫度副檢測、變送儀表4主檢測、變送儀表圖1.3加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)結構方框圖主被控參數(shù)的選擇應選擇被控過程中能直接反映生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量,又易于測量的參數(shù)。在加熱爐出口溫度與爐膛溫度的串級控制系統(tǒng)中加熱爐出口溫度為系統(tǒng)的主被控參數(shù),因為加熱爐出口溫度是整個控制作用的關鍵,要求出口物料溫度維持在某給定值上下。如果其調(diào)節(jié)欠妥當,會造成整個系統(tǒng)控制

4、設計的失敗。副被控制參數(shù)的選擇從整個系統(tǒng)來看,加熱爐的爐膛溫度雖然不是我們要控制的直接目標,但是爐膛溫度會很大程度上影響出口物料的溫度,因此我們選擇爐膛溫度為副被控參數(shù)??刂破鞯倪x擇主控制器的選擇:主被控變量是工藝操作的主要指標(溫度),允許波動的范圍很小,一般要求無余差,主控制器應選PI控制規(guī)律。副被控變量的設置是為了保證主被控變量的控制質(zhì)量,提高系統(tǒng)的反應速度,提高控制質(zhì)量,可以允許在一定范圍內(nèi)變化,允許有余差,但是副被控對象中含有延時環(huán)節(jié)因此副控制器要選PI控制規(guī)律。第二章控制系統(tǒng)仿真通過MATLAB的SIMULINK工具箱可以動態(tài)的模擬所的構造系統(tǒng)的響應曲線,以控制框圖代替了程序的編寫

5、,只需要選擇合適仿真設備,添加傳遞函數(shù),設置仿真參數(shù)。下面根據(jù)前文的分析的模型對串級控制系統(tǒng)進行仿真,以模擬實際中的階躍響應曲線,考察串級系統(tǒng)的設計方案是否合理。1取主被控制對象的傳遞函數(shù)為G(s),副被控對象的傳遞函數(shù)為(12S+1)1G2(s)=eA,純滯后時間t=8s,反饋環(huán)節(jié)增益為1。主調(diào)節(jié)器選擇比例積24S1分控制規(guī)律(PI),副調(diào)節(jié)器選擇比例積分控制率(PI)。1.階躍響應性能在時間為0時刻對不加入副回路的系統(tǒng)加入大小為1的階躍信號,設置主控制器的PI參數(shù)為KP=0.55KI=0.06,觀察階躍響應曲線。系統(tǒng)的SIMULINK仿真框圖和MATLA仿真曲線圖如圖2.1和圖2.2所示。

6、11卩I切PIDiziTransferFnVDiscreteRDControlerlb如D湎州器丫云面T蹲圖2.1不加副回路的SIMULINK仿真框圖圖2.2不加制回路MATLAB真曲線圖在時間為0時刻對加入副回路的系統(tǒng)加入大小為1的階躍信號,在主控制器的PI參數(shù)為KP=O.55,KI=O.06的基礎上,設置副控制器的PI參數(shù)為KP=O.65KI=O.15,觀察階躍響應曲線。系統(tǒng)的SIMULINK仿真框圖和MATLA仿真曲線圖如圖2.3和圖2.4所示。1PID(z)4針112S+1StepDiscTtePIDControlterlTranserFolDiscretePIDCortrlei知恥創(chuàng)

7、用鮒Fs巾圧MHoldDelav圖2.3加入副回路的SIMULINK仿真框圖A仿真曲線圖冬由2.2和2.4兩圖對比可見,引入副回路的串級控制系統(tǒng)的動態(tài)特性比不加入副回路的控制系統(tǒng)有了很大的改善節(jié)能力變得更強。提高了系統(tǒng)的工作頻率,對被控對象的調(diào)2.抗干擾性能對不加入副回路的系統(tǒng),250S時,在副被控制對象上加上單位階躍的干擾信號。系統(tǒng)的SIMULINK仿真框圖和MATLA仿真曲線圖如圖2.5和圖2.6所示VPIDif2s4sTransferFenDiscreteTransferFcn1圖2.5不加副回路,250S時在副被控對象上加入單位階躍干擾信號的SIMULINK仿真框圖圖2.6不加副回路,

8、250S時在副被控對象上加入單位階躍干擾信號的MATLAB仿真曲線圖對不加入副回路的系統(tǒng),250S時,在主被控制對象上加上單位階躍的干擾信號。系統(tǒng)的SIMULINK仿真框圖和MATLA仿真曲線圖如圖2.7和圖2.8所示。Step圖2.7不加副回路,250S時在主被控對象上加入單位階躍干擾信號的SIMULINK仿真框圖加熱爐岀口溫度與爐膛溫度串級控制系統(tǒng)的仿真圖2.9加入副回路,250S時在副被控對象上加入單位階躍干擾信號的SIMULINK仿真框圖 圖2.8不加副回路,250S時在主被控對象上加入單位階躍干擾信號的MATLAB仿真曲線圖對加入副回路的系統(tǒng),250S時,在副被控制對象上加上單位階躍

9、的干擾信號。系統(tǒng)的SIMULINK仿真框圖和MATLA仿真曲線圖如圖2.9和圖2.10所示DICiz:PlDlzixrolleransferFcn!TransferFenZeroQrderHoidDelavDiscretePIDCortrofel加熱爐岀口溫度與爐膛溫度串級控制系統(tǒng)的仿真 圖2.10加入副回路,250S時在副被控對象上加入單位階躍干擾信號的MATLAB仿真曲線圖對加入副回路的系統(tǒng),250S時,在主被控制對象上加上單位階躍的干擾信號。系統(tǒng)的SIMULINK仿真框圖和MATLA仿真曲線圖如圖2.11和圖2.12所示圖2.11加入副回路,250S時在主被控對象上加入單位階躍干擾信號的

10、SIMULINK仿真框圖圖2.12加入副回路,250S時在主被控對象上加入單位階躍干擾信號的MATLAB仿真曲線圖通過比較圖2.6和圖2.10可知,加入副回路的串級控制系統(tǒng)能夠對加入到副被控對象的單位階躍的干擾信號有很強的擬制能力,而不加副回路的系統(tǒng)對加入到副被控對象的單位階躍信號的干擾卻很難進行擬制,所以加入副回路的串級控制系統(tǒng)比不加副回路的系統(tǒng)擬制二次干擾的能力要強的多。通過比較圖2.8和圖2.12可知,加入副回路的串級控制系統(tǒng)能夠對加入到主被控對象上的單位階躍的干擾信號具有有相當好的擬制能力,而不加副回路的系統(tǒng)對加入到主被控對象上的單位階躍干擾信號不能進行有效的擬制,所以加入副回路的串級

11、控制系統(tǒng)比不加副回路的系統(tǒng)擬制一次干擾的能力也要強很多。第三章系統(tǒng)的不足與改進1.系統(tǒng)的不足通過以上的仿真可知,加熱爐出口溫度與爐膛溫度串級控制系統(tǒng)的控制效果確實比不加副回路的單回路反饋系統(tǒng)的要好,而且抗干擾性能也比單回路系統(tǒng)要好的多。但是,從上面的仿真結果中我們可以看到,即使加入了串級控制,系統(tǒng)的控制效果還不是那么理想,系統(tǒng)響應的超調(diào)量比較大,響應的時間比較長,因此應該考慮對系統(tǒng)進行改進。2.系統(tǒng)的改進從以上的仿真中我們可知,根據(jù)原被控對象的特點,我們假設的副被控對象模型中含有一個較大的滯后環(huán)節(jié),因此,可考慮在副回路中加入Smith預估補償控制。Smith預估控制是針對大時延過程的預估補償,

12、其原理是按照過程的特性預估出一種模型加入到反饋控制系統(tǒng)中,使被延時了t時間的被控量超前反映到調(diào)節(jié)器的輸入端,使調(diào)節(jié)器提前動作,從而明顯地減小超調(diào)量和加速調(diào)節(jié)過程。Smith預估控制是得到廣泛應用的對純滯后對象的補償控制方法,其原理如下。對于圖3.1所示的具有純滯后環(huán)節(jié)的對象G(s),有G(s)二G(s)es(3.1)式中G(S)為對象中除去滯后環(huán)節(jié)的部分,T為滯后時間。引入純滯后預估補償器D(s),即Smith預估器,與對象qs)相并聯(lián),補償后對象的等效傳遞函數(shù)模型中不包含純滯后項es,其中b(s)=G(s)(1-e(3.2)針對不帶滯后的對象G(s),應用連續(xù)系統(tǒng)的設計方法,設計控制器D(s

13、)o實際上,Smith預估器并不并聯(lián)在被控對象上,而是并聯(lián)在控制器D(s)上等效為帶Smith預估器的控制器D(s)o如圖3.2所示。圖3.2中,控制器D(s)為:D二1D(s)Gg(1-“)(3.3)對控制器D(s)進行離散化處理,得到離散化控制器傳遞函數(shù)模型D(z)如果將對象用零階保持器法進行離散化處理,則可以用上章介紹的離散化設計方法進行控制器的設計,其控制系統(tǒng)結構如圖3.3所示。圖3.2Smith預估控制器結構圖圖3.3離散化設計的Smith預估控制器結構圖圖3.3中,d/T,控制器D(z)為針對不帶滯后的環(huán)節(jié)G(z)設計的離散控制模型。D(z)表達式為:D(z)二D(3.4)1D(z

14、)G(z)(1-z)1系統(tǒng)的副回路采樣周期為1S,貝Ud=8,G2(s)-es4S+1則G(s)=0.25Z/(Z-0.7788)系統(tǒng)的SIMULINK仿真框圖和MATLA仿真曲線圖如圖3.4和圖3.5所示4s*1Ziscrere血!OK1-O77aszDiscretePIDCntr&fer-PO(2)DiscedFIDControH&rZ&rQ-Orde(TransfefFenTrftsportHoWDela?圖3.4加入smith預估控制器的SIMULINK仿真框圖圖3.5加入smith預估控制器MATLA町真曲線圖通過比較圖2.4和圖35可知在副回路中加入smith預佔控制器后系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)整時間都得到了很大程度的改善,所以該改進措施是有效的。參考文獻關守平計算機控制理論與設計M沈陽:東北大學

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
  • 6. 下載文件中如有侵權或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論