[畢業(yè)設(shè)計精品]鍋爐汽包水位雙沖量控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、目錄摘要11.概述21.1鍋爐汽水系統(tǒng)介紹21.2汽包水位控制的難點22設(shè)計意義與要求32.1設(shè)計意義32.2設(shè)計要求33.汽包水位特性及其控制43.1汽包水位特性43.1.1汽包水位在給水流量作用下的動態(tài)特性43.1.2汽包水位在蒸汽流量的作用下的動態(tài)特性53.2汽包水位控制方式64儀表選擇74.1壓力變送器的選擇74.2液位變送器的選擇74.3控制器的選擇94.4執(zhí)行器的選擇94.4.1執(zhí)行機構(gòu)94.4.2調(diào)節(jié)機構(gòu)104.4.3yhr電動執(zhí)行器105.參數(shù)整定105.1pid各環(huán)節(jié)對系統(tǒng)控制的作用105.2pid參數(shù)整定方法115.2.1穩(wěn)定邊界法115.2.2衰減曲線法125.2.3響應(yīng)

2、曲線法125.2.4經(jīng)驗法125.3參數(shù)整定及其仿真126心得體會157參考文獻16摘要蒸汽鍋爐是廠礦重要的動力設(shè)備，其任務(wù)是供給合格穩(wěn)定的蒸汽，以滿足負荷的需要。為此，鍋爐生產(chǎn)過程的各個主要參數(shù)都必須嚴格控制。而利用余熱氣體作為熱交換介質(zhì)的余熱鍋爐在全國占有很大的比例，其節(jié)能降耗效果尤為明顯。某化工廠硫酸余熱鍋爐就是利用余熱鍋爐副產(chǎn)品中壓蒸汽供給各生產(chǎn)分廠使用，既保證料生產(chǎn)需要也達到了節(jié)能降耗的目的。鍋爐是一個較為復(fù)雜的調(diào)節(jié)對象，為保證提供合格的蒸汽以適應(yīng)負荷的需要，與其配套設(shè)計的控制系統(tǒng)必須滿足各主要工藝參數(shù)的需要。汽包水位是鍋爐運行的主要指標。保持的水位在一定范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運行的首

3、要條件。因為水位過高，會影響汽包內(nèi)汽水分離，飽和水蒸氣帶水過多，是過熱器管壁結(jié)垢并損壞，同時使過熱蒸汽的溫度急劇下降。如果該帶液蒸汽被用戶用來帶汽輪機，將會損壞汽輪機的葉片。水位過低，由于汽包內(nèi)的水量較少，而負荷很大時，水的汽化速度加快，惹不及時加以控制，將使汽包內(nèi)的水全部汽化，導(dǎo)致水冷壁燒壞，甚至引起爆炸。因此必須對鍋爐汽包水位進行嚴格控制.汽包水位自動調(diào)節(jié)的任務(wù)是給水量與鍋爐蒸發(fā)量相平衡，并維持汽包水位在工藝規(guī)定的范圍內(nèi)。保持鍋爐汽包水位在一定范圍是鍋爐穩(wěn)定安全運行的主要指標。在參考了多種設(shè)計方案后，本系統(tǒng)設(shè)計一種雙沖量水位控制系統(tǒng)，能夠很好補償擾動產(chǎn)生的“假水位”現(xiàn)象,有利服務(wù)于現(xiàn)實生產(chǎn)

4、。鍋爐汽包水位雙沖量控制系統(tǒng)的設(shè)計1.概述1.1鍋爐汽水系統(tǒng)介紹如圖1所示，經(jīng)過處理后的水通過給水母管在給水調(diào)節(jié)器作用下，流經(jīng)省煤器被加熱后送入汽包，然后在汽包和管束系統(tǒng)中進行自然對流交換，汽包產(chǎn)生的蒸汽在上汽包中分離，從主汽管流出，在過熱器中進行一步加熱形成過熱蒸汽后流向分汽缸，以便與工業(yè)生產(chǎn)以及其他用它用途。圖1鍋爐汽包系統(tǒng)圖1.2汽包水位控制的難點水位的控制技術(shù)是通過控制進水和出水閥的開度，改變水流量來實現(xiàn)到。鍋爐汽包水位的控制是鍋爐控制系統(tǒng)較為重要和比較難控制的一項。由于鍋爐在運行過程中存在進水量和出水量的變化，所以很難通過調(diào)整pid參數(shù)來滿足所以的運行條件，獲得理想的效果。調(diào)節(jié)過量會

5、導(dǎo)致流量回路動作頻繁，從而給下游設(shè)備帶來了額外的干擾，這樣就倒是水位通常出于欠調(diào)整狀態(tài)允許液位在一定范圍內(nèi)波動，以減小出水量的變化。然而欠調(diào)整的pid不能及時的抑制打擾動，這就可能引起鍋爐運行的安全問題。此外，液位的波動也會破壞鍋爐運行過程的穩(wěn)定，使得整齊輸送等不容易控制。影響鍋爐汽包水位的關(guān)鍵量有給水流量，蒸汽出口流量和混合燃料的進料口。各變量都有各自不同的擾動。較冷的給水造成的相應(yīng)的純滯后。蒸汽流量的突然增加導(dǎo)致了典型的虛假水位現(xiàn)象，使得過程暫時改變了方向，容易發(fā)生誤操作而導(dǎo)致發(fā)生事故。2設(shè)計意義與要求2.1設(shè)計意義蒸汽鍋爐是廠礦重要的動力設(shè)備，其任務(wù)是供給合格穩(wěn)定的蒸汽，以滿足負荷的需要

6、。為此，鍋爐生產(chǎn)過程的各個主要參數(shù)都必須嚴格控制。而利用余熱氣體作為熱交換介質(zhì)的余熱鍋爐在全國占有很大的比例，其節(jié)能降耗效果尤為明顯。某化工廠硫酸余熱鍋爐就是利用余熱鍋爐副產(chǎn)品中壓蒸汽供給各生產(chǎn)分廠使用，既保證料生產(chǎn)需要也達到了節(jié)能降耗的目的。鍋爐是一個較為復(fù)雜的調(diào)節(jié)對象，為保證提供合格的蒸汽以適應(yīng)負荷的需要，與其配套設(shè)計的控制系統(tǒng)必須滿足各主要工藝參數(shù)的需要。汽包水位是鍋爐運行的主要指標。保持的水位在一定范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運行的首要條件。因為水位過高，會影響汽包內(nèi)汽水分離，飽和水蒸氣帶水過多，是過熱器管壁結(jié)垢并損壞，同時使過熱蒸汽的溫度急劇下降。如果該帶液蒸汽被用戶用來帶汽輪機，將會損壞汽

7、輪機的葉片。水位過低，由于汽包內(nèi)的水量較少，而負荷很大時，水的汽化速度加快，惹不及時加以控制，將使汽包內(nèi)的水全部汽化，導(dǎo)致水冷壁燒壞，甚至引起爆炸。因此必須對鍋爐汽包水位進行嚴格控制。2.2設(shè)計要求初始條件：鍋爐汽包水位自動調(diào)節(jié)的任務(wù)是給水量與鍋爐蒸發(fā)量相平衡，并維持汽包水位在工藝規(guī)定的范圍內(nèi)。汽包水位自動調(diào)節(jié)很重要，汽包水位過高，會影響汽水分離效果，使蒸汽帶液，如果水位過低，會損壞鍋爐，甚至引起爆炸。該對象的只要擾動是蒸汽負荷的變化。設(shè)計一控制系統(tǒng)，使汽包水位維持在1000.5，并能對蒸汽負荷的擾動能及時克服。要求任務(wù): 1、了解鍋爐生產(chǎn)蒸汽工藝設(shè)備及其工作流程2、基于對象特點分析，繪制液位

8、蒸汽雙沖量控制系統(tǒng)方案圖3、確定系統(tǒng)所需檢測元件、執(zhí)行元件、控制器技術(shù)參數(shù)4、撰寫系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理及調(diào)節(jié)過程說明書5、對該雙沖量控制系統(tǒng)進行數(shù)值仿真6、總結(jié)課程設(shè)計的經(jīng)驗和收獲3.汽包水位特性及其控制3.1汽包水位特性汽包和蒸發(fā)管系統(tǒng)中儲藏著蒸汽和水，儲存量的多少是以被控制量水位來表征的。汽包的流入量是給水量，流出量是蒸汽量，當給水量等于蒸汽量的時候，汽包水位就能恒定不變，引起水位變化的主要是蒸汽量的變化和給水量的變化。如果只考慮主要擾動，那么汽包水位對象的動態(tài)特性方程可以表示為： （1）式子中，t1，t2為時間常數(shù)，為給水流量項時間常數(shù)，為蒸汽流量項時間常數(shù)，為給水流量項的放大系數(shù)，為蒸汽流量項

9、的放大系數(shù)。3.1.1汽包水位在給水流量作用下的動態(tài)特性給水量是鍋爐的輸入量，如果蒸汽負荷不變，那么給水量發(fā)生變化的時候，汽包水位的微分方程可以表示為： （2）從而可以得到汽包水位在給水量的作用下的傳遞函數(shù)： （3）的數(shù)值一般很小常?？梢院雎圆挥嫞瑢τ谝恍╁仩t，在給水量增加較長時間里，汽包水位并不增加，存在較長一段時間的起始慣性。可以用以下式子近似表示; （4）由于要得出此動態(tài)數(shù)學模型必須通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析處理，最后可以得到鍋爐汽包水位在給誰流量作用下的數(shù)學動態(tài)模型，在本次課設(shè)中，我查閱相關(guān)資料了選取了一個實例的動態(tài)數(shù)學模型： （5）在給水流量的階躍輸入作用下，當突然加大給水量（蒸汽量

10、不變）是給水量大于蒸汽量，但是因為溫度較低的給多水進入了水環(huán)系統(tǒng)，使他從原有的飽和汽水中吸取了一部分熱量，汽包和汽水管路中由于熱量的損失，汽包減少。經(jīng)省煤器進入汽包給水，首先必須填補由于汽水管路中蒸汽減少讓出的空間，這時雖然給水量增加，但是水位還是基本保持不變。但水面下汽包的體積變化過程逐漸平靜時，汽包水位才由于儲存量的增加而逐漸上升。當水面下汽包體積不再變化，完全穩(wěn)定下來時，水位就隨著存水量的增加而上升。3.1.2汽包水位在蒸汽流量的作用下的動態(tài)特性汽包水位在蒸汽流量擾動的動態(tài)特性可以用下面式子表示; （6）在其它條件不變的情況下，蒸汽用量突然增加，瞬時間必然會導(dǎo)致汽包壓力下降，汽包內(nèi)水的沸

11、騰突然加劇，水中氣泡迅速增加，氣泡體積增大，使汽包水位升高（水量實際上在減少）。這種壓力下降而非水量增加導(dǎo)致的汽包水位上升的現(xiàn)象成為“虛假水位”現(xiàn)象，圖2給出了在蒸汽流量擾動作用下，汽包水位的階躍響應(yīng)曲線。圖2其蒸汽流量階躍擾動作用下的汽包水位相應(yīng)曲線當蒸汽流量d突然增加時，從鍋爐的物料平衡關(guān)系來看，蒸汽大于給水量，水位應(yīng)下降，如圖曲線，實際上，由于蒸汽流量的增加瞬時間必然導(dǎo)致汽包壓力下降。汽包內(nèi)的沸騰突然增加，水中氣泡迅速增加，由于氣泡的體積增加使水位的響應(yīng)曲線如圖中/,而實際顯示的水位曲線應(yīng)該是為和的疊加，即。從圖中可以看出蒸汽用量增加，在開始階段水位不會下降反而會先上升，然后再下降，這個

12、現(xiàn)象稱為“虛假水位”蒸汽擾動時。水位的變化的動態(tài)特性用傳遞函數(shù)表示為： （7）式中為蒸汽流量變化的單位流量時水位的變化速度，為響應(yīng)曲線的放大倍數(shù)，為響應(yīng)曲線的時間常數(shù)。造成虛假液位的原因：一是鍋爐蒸汽負荷增加使爐管和汽包中汽水混合物的汽水比例發(fā)生變化（汽容積增加)而引起汽包水位上升，這是引起汽包虛假液位的主要原因。二是蒸汽流量增加，汽包氣壓下降，瀘水沸點下降，由于鍋爐水位飽和水的汽化，是汽包水位隨壓力下降而升高。虛假水位變化的大小與鍋爐的工作壓力和蒸發(fā)量有關(guān)。一般蒸發(fā)量為100230t/h的高壓鍋爐中，當負荷變化10%時，假水位可以達到3040mm.所以克服虛假水位現(xiàn)象帶來調(diào)節(jié)的誤動作變得很有

13、必要。查閱一個實例的汽包水位在蒸汽流量作用下的動態(tài)數(shù)學模型： （8） 3.2汽包水位控制方式汽包水位控制的目的是要克服鍋爐負荷變化引起的虛假液位的影響和各種干擾對水位的影響，維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)變化。在工業(yè)汽包水位的自動控制中，針對不同的控制信號有單沖量控制系統(tǒng)，雙沖量控制系統(tǒng)和三沖量控制系統(tǒng)。按照此次課設(shè)的方案是設(shè)計雙沖量控制系統(tǒng)。雙沖量控制系統(tǒng)是以鍋爐汽包水位測量信號作為主控信號，以蒸汽流量信號作為前饋信號構(gòu)成的“前饋反饋”控制系統(tǒng)。汽包水位的主要擾動是蒸汽流量的變化，如果系統(tǒng)除了汽包水位控制外，還能利用蒸汽流量變化對水流量進行補償控制，就可以消除或減小虛假水位現(xiàn)象對汽包水位的影響，

14、而且使給水調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)及時，這就構(gòu)成了雙沖量控制系統(tǒng)，如圖3所示。雙沖量控制系統(tǒng)實質(zhì)是一個前饋控制（蒸汽流量)加單回路反饋控制的前饋-反饋控制系統(tǒng)，當蒸汽流量變化時，調(diào)節(jié)閥及時按照蒸汽流量的變化變化進行給水流量補償，而其他干擾對水位的影響由反饋控制回路克服。圖3雙沖量控制系統(tǒng)框圖途中加法器將控制器的輸出信號和蒸汽流量變送器的信號求和后，控制調(diào)節(jié)閥的開度，調(diào)節(jié)給水量。當蒸汽流量變化時，通過前饋補償直接控制給水調(diào)節(jié)閥。使汽包進出水量不受虛假水位的影響而及時達到平衡，這樣就克服了由于蒸汽流量變換引起假水位變化所造成的汽包水位劇烈波動。引入蒸汽流量來校正不僅可以補償“虛假水位”所引起的誤動作，而且還能

15、是給水調(diào)節(jié)閥的動作及時從而提高控制質(zhì)量。但這里的前饋僅為靜態(tài)前饋，如果要考慮兩條通道在動態(tài)上的差異則還需要引入動態(tài)補償環(huán)節(jié)。在給水量壓力比較平穩(wěn)時，采用雙重量控制就能夠達到控制要求。雙沖量水位控制系統(tǒng)存在的問題有：一是對于給水系統(tǒng)的擾動不能直接補償。當給水量發(fā)生擾動時，要等到汽包水位信號變化時才能通過調(diào)節(jié)閥來執(zhí)行調(diào)節(jié)，之后時間長，水位的波動就大。二是，調(diào)節(jié)閥的工作不是完全線性的，因此要做到靜態(tài)補償就比較困難。4儀表選擇4.1壓力變送器的選擇 sk-dbs208、308系列壓力變送器具有工作可靠、性能穩(wěn)定、安裝使用方便、體積小、重量輕、性能價格比高等點，能在各種正負壓力測量中得到廣泛應(yīng)用。壓力變

16、送器采用進口擴散硅或陶瓷芯體作為壓力檢測元件，傳感器信號經(jīng)高性能電子放大器轉(zhuǎn)換成0-10ma或4-20ma統(tǒng)一輸出信號。 技術(shù)參數(shù)如下：精度等級：0.25級基本誤差0.25%非線性誤差：0.3級 0.3%fs滯后誤差： 0.3%fs輸出特性：0-10ma輸出，負載電阻0-1.5k 4-20ma輸出，負載電阻0-600 恒流輸出內(nèi)阻大于10m 二線制4-20ma輸出：標準供電dc24v防爆標志：（rpt-）：exiact4-64.2液位變送器的選擇對于大型鍋爐汽包水位的測量，我們常用的方式主要有三種：連通管式就地水位計、電接點水位計、差壓式水位計。本課設(shè)中采用差壓式水位計。圖4差壓式水位計工作原

17、理圖正壓頭是從寬容器引出，負壓頭是從置于寬容器的汽包水側(cè)連通管中取得。寬容器的水面高度是一定的，因此當寬容器的中的水密度一定時，正壓頭為定值。負壓管與汽包是聯(lián)通的，因此，負壓管中輸出壓頭的變化反映了汽包水位變化。根據(jù)物理學原理可得輸出壓差與汽包水位的關(guān)系： （9）式中：、都是額定壓力、額定溫度下的密度值，是額定壓力下平衡容器中的水的密度，該值與平衡容器的的類型及環(huán)境溫度有關(guān)。hr-1151st液位變送器是一種直接安裝在管道或容器上的現(xiàn)場變送器。由于隔離膜片直接與液體介質(zhì)相接觸，無須將正壓側(cè)用導(dǎo)壓管引出，因此可以測量高溫、高粘度、易結(jié)晶、易沉淀和強腐蝕等介質(zhì)的液位、壓力和密度，然后將其轉(zhuǎn)換成42

18、0ma.dc信號輸出。技術(shù)參數(shù)如下：輸出信號：420ma.dc二線制（模擬）；二線制420ma直流信號上疊加數(shù)字信號，由用戶選擇線性或開方輸出。（智能）供電電源：1245v.d電源影響：0.005%/v負載影響：電源穩(wěn)定時，無負載影響。測量精度：調(diào)校量程的0.2%，0.25%，0.5%遷移特性：最大正遷移量500%，最大負遷移量600%啟動時間：2秒，不需預(yù)熱工作環(huán)境：環(huán)境溫度 -2993（模擬放大器）-2975（數(shù)字/智能放大器）-2965（帶顯示表頭）環(huán)境濕度：095%指示表(%)：電流表：標尺長44.5mm，精度2；液晶數(shù)顯：精度0.2%振動影響：任何方向200hz振動時，0.05%/g

19、。4.3控制器的選擇經(jīng)過分析此系統(tǒng)的控制器的的作用方式為正作用方式。采用萬訊儀表有限公式生產(chǎn)的ai系列全通用人工只能調(diào)節(jié)儀表，其中sa-12智能調(diào)節(jié)儀控制掛件為ai-818，sa-13智能位式調(diào)節(jié)儀為ai-708型。ai-818型儀表為pid控制型，輸出為4-2adc信號。ai-708型儀表為位式控制型，輸出為繼電器觸電開關(guān)信號。ai系列儀表通過rs485串口通信協(xié)議與上位計算機通訊，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的實時監(jiān)控。ai儀表常用參數(shù)設(shè)置：ctrl:控制方式。ctrl=0采用位式控制；crtl=1時采用人工智能調(diào)節(jié)pid調(diào)節(jié)；ctrl:啟動自整定參數(shù)功能；ctrl=3:自整定結(jié)束。sn:輸入規(guī)格：sn=

20、21,p t100熱電阻輸入；sn=32,0.2-1vdc電壓輸入；sn=33:1-5vdc輸入。dil：輸入顯示值，一般dil0.dih:輸入上限顯示值。輸入為液位信號時，dih=50；輸入為熱電阻信號時，dih=100；輸入為流量信號時，dih=100.opi:輸出方式，一般為4-20ma線性電流輸出。cf:系統(tǒng)功能選擇。cf=0為內(nèi)部給定，反作用調(diào)節(jié)；cf=1為內(nèi)部給定，正作用調(diào)節(jié)；cf=8為外部給定，反作用調(diào)節(jié)；cf=9為外部給定，正作用調(diào)節(jié)。addr:通訊地址。4.4執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器為氣動、電動和液壓執(zhí)行器三種，液壓執(zhí)行器很少采用，本系統(tǒng)中選用電動執(zhí)行器。執(zhí)行器的有執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機

21、構(gòu)兩部分構(gòu)成。4.4.1執(zhí)行機構(gòu)電動執(zhí)行機構(gòu)有角行程和直行程兩種，他將輸入的直流電流信號線性的轉(zhuǎn)換成位移量。這兩種執(zhí)行機構(gòu)是以交流電為動力的位置伺服機構(gòu)，兩者的電器原理完全相同，只是減速器不一樣。本系統(tǒng)采用角行程執(zhí)行機構(gòu)。4.4.2調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)節(jié)機構(gòu)又稱調(diào)節(jié)閥，它和普通的閥門一樣是一個局部阻力可以變化的節(jié)元件。由于閥芯在閥體內(nèi)移動，改變了閥芯與閥座之間的流通面積，即改變了閥的阻力系數(shù)，被控介質(zhì)的流量也相應(yīng)的改變，從而達到調(diào)節(jié)工藝變量的目的。最常用的調(diào)節(jié)閥是直通單座調(diào)節(jié)閥，他由上閥、下閥蓋，閥體閥座閥芯閥桿填料和壓板等部件組成。出于生產(chǎn)工藝安全考慮，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，要求能夠持續(xù)供水。如一旦發(fā)生事

22、故，供水調(diào)節(jié)閥應(yīng)出于全開位置，鍋爐不至于因給水中斷燒壞，避免爆炸等事故的發(fā)生。所以應(yīng)選用氣關(guān)型。4.4.3yhr電動執(zhí)行器本系統(tǒng)可以選用yhr角行程電動執(zhí)行器 。yhr系列回轉(zhuǎn)式電動執(zhí)行機構(gòu)功能齊全，有開關(guān)型，調(diào)節(jié)型等，它體積小，重量輕，性能可靠，軸承和關(guān)鍵器件采用 進口產(chǎn)品，蝸輪輸出一體化，消除了聯(lián)結(jié)，間隙，傳動精度高，回差??；全行程時間有多種速度可選，采用單相電源驅(qū)動，外線線路簡單，此外 yhr內(nèi)采用了先進的數(shù)字技術(shù)和高度集成的模塊，機電一體化的設(shè)計可直接接收計算機或儀表等輸出的4-20madc或1-5vdc標準信號，實現(xiàn)對電動閥 門的智能控制和精確定位 輸入信號：010madc 420m

23、adc輸入電阻：200(型)250(型) 輸入通道：3個(相互電隔離)基本誤差：2.5回 差：1 5死 區(qū)： 3電源電壓：220v.ac、50hz輸出軸轉(zhuǎn)角范圍：070。、090。使用環(huán)境條件：環(huán)境溫度：伺服放大器-2550、執(zhí)行機構(gòu)-25+70。5.參數(shù)整定5.1pid各環(huán)節(jié)對系統(tǒng)控制的作用在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為pid控制，即比例積分微分控制。pid控制器是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。（1）比例（p）控制比例環(huán)節(jié)實時地按照一定比例反映系統(tǒng)的偏差量 ，即一旦偏差出現(xiàn)，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減小偏差。比例系數(shù)kp越大，系統(tǒng)的調(diào)整時間就越短

24、，穩(wěn)態(tài)誤差也越小，但kp過大，會造成超調(diào)量過大，引起系統(tǒng)不穩(wěn)定（2）積分（i）控制積分環(huán)節(jié)消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的無差度。積分系數(shù)ki越大，積分作用越強，穩(wěn)態(tài)誤差越小，調(diào)整時間越短，但ki大，會造成穩(wěn)定性變差.（3）微分（d）控制微分環(huán)節(jié)能起到超前控制的作用，即在按照偏差變化的速度進行控制，能在偏差很小的時，提前增大控制作用，改善控制品質(zhì)。通常，微分系數(shù)kd大，系統(tǒng)超調(diào)量減小，但kd大，也會造成系統(tǒng)穩(wěn)定性下降.5.2pid參數(shù)整定方法pid調(diào)節(jié)是比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律的線性組合，它吸取了比例調(diào)節(jié)反應(yīng)快速、積分調(diào)節(jié)能消除靜態(tài)誤差以及微分調(diào)節(jié)提前預(yù)見性的特點，是一種比較理想的微分調(diào)節(jié)規(guī)律。簡單

25、控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)，與被控過程的特性、干擾信號的形式和大小、控制方案及調(diào)節(jié)參數(shù)等因數(shù)密切相關(guān)。一旦控制方案確定，受工藝條件和設(shè)備特性限制的廣義對象特性、干擾特性等因數(shù)就完全確定，不可隨意改變。這是控制系統(tǒng)的品質(zhì)完全取決于調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定。簡單控制系統(tǒng)參數(shù)的參數(shù)整定，就是通過一定的方法和步驟，確定系統(tǒng)出于最佳過渡控制過程時，調(diào)節(jié)器的比例度p、積分時間ti、穩(wěn)份時間td的具體參數(shù)。所謂的最佳參數(shù)整定，就是在某種評價指標下，系統(tǒng)達到最佳控制狀態(tài)時，調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律所對應(yīng)的一組參數(shù)。對于單回路控制系統(tǒng)，較為通用的標準是所謂的“典型最佳調(diào)節(jié)過程”，即在控制系統(tǒng)的階躍擾動下，被控參數(shù)的過渡過程呈4：1(1

26、0:1)的衰減振蕩過程?？刂破鲄?shù)整定的方法很多，主要有兩大類，一類是理論計算的方法，另一類是工程整定法。理論計算的方法是根據(jù)已知的各環(huán)節(jié)特性及控制質(zhì)量的要求，通過理論計算出控制器的最佳參數(shù)。這種方法由于比較繁瑣、工作量大，計算結(jié)果有時與實際情況不甚符合，故在工程實踐中長期沒有得到推廣和應(yīng)用。工程整定法是在已經(jīng)投運的實際控制系統(tǒng)中，通過試驗或探索，來確定控制器的最佳參數(shù)。這種方法是工藝技術(shù)人員在現(xiàn)場經(jīng)常使用的。常用的工程整定方法有穩(wěn)定邊界法、衰減曲線法、反應(yīng)曲線法、經(jīng)驗法。5.2.1穩(wěn)定邊界法屬于閉環(huán)整定方法，根據(jù)純比例控制系統(tǒng)臨界振蕩試驗所得數(shù)據(jù)（臨界比例度pm和振蕩周期tm），按經(jīng)驗公式求

27、出調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。（1）置調(diào)節(jié)器ti ，td=0，比例度p 較大值，將系統(tǒng)投入運行。（2）逐漸減小p ，加干擾觀察，直到出現(xiàn)等幅減振蕩為止。記錄此時的臨界值pm和tm。（3）根據(jù)pm和tm，按經(jīng)驗公式計算出控制器的參數(shù)整定值5.2.2衰減曲線法也屬于閉環(huán)整定方法，但不需要尋找等幅振蕩狀態(tài)，只需尋找最佳衰減振蕩狀態(tài)即可。（1）把調(diào)節(jié)器設(shè)成比例作用（ti=，td=0），置于較大比例度，投入自動運行。（2）在穩(wěn)定狀態(tài)下，階躍改變給定值（通常以5%左右為宜），觀察調(diào)節(jié)過程曲線。（3）適當改變比例度，重復(fù)上述實驗，到出現(xiàn)滿意的衰減曲線為止。 （4）按表（n=4:1）或按表（n=10:1）求得各種調(diào)節(jié)規(guī)

28、律時的整定參數(shù)。5.2.3響應(yīng)曲線法屬于開環(huán)整定方法。以被控對象控制通道的階躍響應(yīng)為依據(jù)，通過經(jīng)驗公式求取調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)整定值。5.2.4經(jīng)驗法 憑經(jīng)驗湊試，其關(guān)鍵是“看曲線，調(diào)參數(shù)”。在閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，憑經(jīng)驗先將控制器參數(shù)放在一個數(shù)值上，通過改變給定值施加干擾，在記錄儀上觀察過渡過程曲線，根據(jù)p、ti 、td對過渡過程的影響為指導(dǎo)，對比例度p、積分時間ti和微分時間td逐個整定，直到獲得滿意的曲線為止。5.3參數(shù)整定及其仿真兩沖量控制系統(tǒng)的simulink仿真模型如圖5所示：圖5兩沖量控制系統(tǒng)的simulink仿真模型在本次課程設(shè)計中，我采用衰減曲線法進行pid參數(shù)整定，按衰減比n=10:1,其整定步驟如下：首先取ti=,td=0,比例度p置于較大數(shù)值，將系統(tǒng)投入自動運行狀態(tài)。待系統(tǒng)工作平穩(wěn)后，對設(shè)定值做階躍擾動，然后觀察其過渡過程。如果過渡過程振蕩衰減太快，就減小比例度p，反之增大比例度p，直到系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩過程n=10:1,從此過渡曲線上測出此時的震蕩周期ts,峰值時間tr,并記錄此時的比例度ps.圖6衰減比為10：1時的仿真效果按給出的經(jīng)驗公式計算調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)p、ti、td,并按計算結(jié)果設(shè)置調(diào)節(jié)器