比值控制系統設計與仿真畢業設計說明書-資料下載頁

　　

【正文】 I調節器的參數。下面我們來分別整定主動量和從動量控制器的參數。① 整定主動量控制器參數。首先找出使系統等幅振蕩的比例系數，如圖44所示使主動量控制系統等幅振蕩的Simulink框圖，讓,調整使系統等幅振蕩（）。其階躍響應等幅振蕩如圖45所示。圖44 主動量控制系統等幅振蕩的Simulink框圖 圖45 主動量控制系統階躍響應等幅振蕩此時，由圖知，振蕩周期，則： （41） （42） （43） 那么，PI調節器結構可以確定為（比例系數，）。應用臨界曲線法整定后，我們可以確定PI調節器的結構，我們將具體形式加入仿真系統中，進行仿真，分析結果。主動量閉環控制系統Simulink框圖如圖46所示，其閉環控制系統單位階躍響應如圖47所示。圖46 臨界曲線整定后主動閉環系統Simulink框圖圖47 整定后主動閉環系統的階躍響應曲線由圖47所示階躍響應，我們可以得出系統有約25%30%的超調量，為了使系統動態性能更加完善，我們進一步調整系統中的PI參數，使曲線處于振蕩與不振蕩的邊界。下面我們用試探法調節PI調節器的參數。圖48為其Simulink框圖，則得到圖49所示的響應曲線。圖48 ，時，主動閉環系統Simulink框圖 圖49 ，時，主動閉環系統的階躍響應曲線可見，此時仍存在小的超調，還不夠理想。我們繼續調節，，圖410為其Simulink框圖，則可得到則得到圖411所示的響應曲線。圖410 ，時，主動閉環系統Simulink框圖圖411 ，時，主動閉環系統的階躍響應曲線由圖可知，調節，時，系統基本達到振蕩臨界要求，即無超調的理想曲線。② 從動量控制器參數。與主動量控制器參數整定相同，首先找出使系統等幅振蕩的比例系數，如圖412 所示使從動量控制系統等幅振蕩的Simulink框圖，讓,調整使系統等幅振蕩（）。此時，其階躍響應等幅振蕩如圖413所示。 圖412 從動量控制系統等幅振蕩的Simulink框圖圖413 從動量控制系統階躍響應等幅振蕩此時，由圖知，振蕩周期，則由式（41）、（42）、（43）可以確定從動量的PI調節器。那么，PI調節器結構可以確定為（比例系數，）。整定后，主動量閉環控制系統Simulink框圖如圖414所示，其閉環控制系統單位階躍響應如圖415所示。 圖414 臨界曲線整定后從動閉環系統Simulink框圖圖415 整定后從主動閉環系統的階躍響應曲線可見，系統有約50%以上的超調量，系統響應較快，且無常值偏差。但超調過大，當外界干擾較強時系統可控性變差。故應適當調節PI參數，同樣用試探法，，圖416為其Simulink框圖，則可得到則得到圖417所示的響應曲線。 圖416 ，時，從動閉環系統Simulink框圖圖417 ，時，從動閉環系統的階躍響應曲線可見，此時仍存在小的超調，還不夠理想。我們繼續調節，，圖418為其Simulink框圖，則可得到則得到圖419所示的響應曲線。圖418 ，時，從動閉環系統Simulink框圖圖419 ，時，從動閉環系統的階躍響應曲線可見當，時，系統處于臨界振蕩狀態，此時響應曲線無超調，達到最佳狀態。⑷ 雙閉環比值控制系統控制工程仿真。雙閉環比值控制過程相當于從動量隨主動量變化的隨動控制過程。以上我們已經根據所給的主、從動量控制參數確定了PI參數，現假定主動量給定值為5，主動量和從動量的比值根據工藝要求及測量儀表假定為4，則系統控制過程Simulink仿真框圖如圖420所示。其Simulink框圖運行的結果如圖421所示。圖420 雙閉環Simulink仿真框圖圖421 雙閉環Simulink仿真結果由圖421可知，所設計的系統性能很好，從動量在沒有隨機干擾的情況下以4倍比值跟隨主動量，最終達到20，處于穩定狀態。而主動量響應也保持主動量所給的值5。但我們還可以看出初始時間從動量響應有一個負的“超調量”，并沒有立刻達到終值20，這可能是我們在設計的過程中沒有保證從動量控制環要比主流量控制環快，這樣不能使從流量控制環跟隨主流量控制環而變化。也就是試探法得到的從動量調節器的參數不是最好的結果。下面我們調節從動量的PI調節器，，現在我們進行仿真，對比結果。如圖422為其Simulink框圖，響應結果為圖423所示圖422 調整參數后的雙閉環Simulink框圖圖423 調整參數后雙閉環Simulink仿真結果對比圖421與圖423我們可以發現圖423響應的結果參數要比圖421好。初始時間從動量即跟隨主動量，且從動量跟隨主動量時波動較小。現在我們知道沒有隨機擾動時系統控制性能很好，現在我們給主動量和從動量都加入單位隨機擾動量，看系統有無自動的調節能力，最后輸出能否跟隨輸入變化。① 主動量與從動量不在同一時刻加隨機擾動。如圖424為雙閉環系統主、從動量加入階躍隨機擾動的Simulink框圖，其仿真的結果圖如圖425所示。圖424 加隨機擾動的雙閉環Simulink框圖主動量在2000s以后加單位階躍擾動，從動量在1000s以后加單位階躍隨機擾動，下面我們觀察所得到的曲線圖，如圖425所示。圖425 主、從動量不同時刻加階躍隨機擾動的雙閉環Simulink仿真結果如圖425所示，我們可以得到：1000s時從動量受階躍擾動，此時主動量控制響應沒有受影響，而是維持在給定值5不變，而從動量跟隨值在受單位階躍擾動的瞬時有小的變化，此后維持在給定值的4倍處。2000s時主動量受階躍擾動，可見此時主動量的響應值瞬時有一個小的變化，此后維持在5，從動量的跟隨值在主動量加隨機擾動的瞬間也有較小的變化，此后維持在20。綜上分析，我們也驗證了雙閉環比值控制系統在控制過程中，若主動量受到干擾發生波動，則主動量回路對其進行定值控制，使主動量始終穩定在給定值附近，同時從動量控制回路也會隨主動量的波動進行調整；當從動量受到擾動發生波動時，從動量控制回路對其進行定值控制，使從動量始終穩定在定值附近，而主動控制回路不受從動量波動的影響。② 主動量與從動量在同一時刻加隨機擾動。主動量與從動量在t=0s時同時加單位隨機擾動，看系統是否可以自我調節，達到預期效果，如圖426為雙閉環系統主、從動量加入單位隨機擾動的Simulink框圖，得到仿真曲線如圖427圖所示。圖426 雙閉環系統主、從動量加入單位隨機擾動的Simulink框圖圖427 加隨機擾動的雙閉環Simulink仿真結果由圖427仿真結果我們可知：主動控制系統和從動控制系統均受隨機擾動，可見除初始時間延遲外，從動量較好的跟隨主動量變，并基本維持比值為4，克服外界干擾，實現了主動量和從動量間的比值控制，且對主動量和從動量均進行了調節，提高了系統的綜合控制精度。 結 論綜上，我們可以知道雙閉環比值控制系統適用于主副流量擾動頻繁，負荷變化較大，同時保證主、副物料總量恒定的生產過程。在控制過程中，當需要調整負荷時，只要改變主動量回路控制器的給定值，就可同步調整主動量和從動量，并保持主動量和從動量的比值不變。雙閉環比值控制系統中，主、從動物料的選取：(1)雙閉環比值控制系統中，主動物料的選擇一定要基于安全生產的角度，選擇對安全生產有影響的、制約正常生產的物料。(2)從動物料應受控及時，調節滯后時間短。對安全生產影響次要的物料，使它受控及時，調整方便，滯后時間非常短。上述設計的雙閉環比值控制系統投運后，控制平穩，基本上滿足了生產控制要求。我們看到，系統在啟動時選擇最佳參數使系統較快的達到穩定，穩定后選擇穩定性好的參數而后根據不同的擾動選擇參數，面對單位擾動時仍使用穩定性好的參數，受到較大的單位隨機擾動時，選擇最佳系統參數使系統盡快恢復穩定。使系統更加完美，從動量的跟隨性能在時間上延遲小，并且跟隨主動量的波動小，抗干擾能力也很強。這樣就達到了許多生產上的要求，并且雙閉環比值控制系統設計簡單。本文在設計時由于時間倉促，沒有充足的時間來更加完善系統，系統有些地方可能還沒有想到，并且由于設計者能力有限，難免有一些漏洞，希望各位老師指出錯誤，我將虛心地接受并加以改進。參考文獻[1] ：4760[2] ：104147[3] ：178350[4] ：8095[5] 邵欲森，：6585[6] ：4550[7] ：35106[8] 、：5793 [9] :214266[10] ：222230[11] [12] ：15134 [13] :機械工[14] Cheres and medium size drum boiler models suitable for long term dynamic response IEEE Transaction on Energy ：15～31[15] Chen MS. Dillon WE. Power system modeling. Proceedings of the .[16] . Classical control theory. New ：7095[17] Bord . Introduction to Control Systems. New York. ：6075 附 錄一、二章中所涉及的SAMA圖如下：謝 辭尊敬的各位老師：您們好！在您的辛勤指導和同組同學熱心幫助下，我的畢業設計已順利的完成了。通過這次設計，我對本專業知識有了進一步的掌握，對我們大學四年所學的知識進行了綜合應用。同時也對比值控制系統有了一定程度的了解，使我能夠把所學過的理論知識運用到實踐當中。 首先感謝各位任課老師，四年來是你們的孜孜教誨豐富了我的知識，使我在作這篇畢業設計時有了豐富的知識底蘊，為論文的順利完成奠定了堅實的基礎；你們的言傳身教讓我受益終生。十三周的畢業設計使我獲益頗多，我得到了很多老師和同學的幫助。其中我的論文指導老師胡琳靜老師對我的關心和支持尤為重要。胡琳靜老師平日里工作繁多，但在我做畢業設計的每個階段，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，中期論文的修改，后期論文格式調整等各個環節中都給予了很大的幫助。最后，感謝評審組的各位老師，感謝您們在百忙之中，抽出寶貴的時間，來評審我的畢業設計，歡迎您們提出寶貴的意見，謝謝！45