鍋爐出口水溫計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計

丁昌鑫

【摘 要】我國的經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，鍋爐行業(yè)也十分突出，這門行業(yè)不是剛發(fā)展也不是已經(jīng)發(fā)展到巔峰甚至已至夕陽，鍋爐行業(yè)是一門可以與我們共存的永久的一項產(chǎn)業(yè)。這門行業(yè)也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展時代必不可少的產(chǎn)品，而就目前的行業(yè)現(xiàn)狀來說，鍋爐發(fā)展仍然不夠完善，不夠方便，高效，安全。所以說未來如何發(fā)展出更加優(yōu)秀的鍋爐產(chǎn)品是必須值得去研究的。本文研究的鍋爐出口水溫控制系統(tǒng)是一次實驗，采用先進(jìn)算法完成對其過程中的溫度控制。

【關(guān)鍵詞】溫度控制

一、課題研究概括

1、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

鍋爐屬于特種設(shè)備的范圍，是具有高壓和高溫的熱能設(shè)備。鍋爐的燃燒方式有許多種，不管怎么樣，它都是生產(chǎn)生活中的一個必不可少的東西，被我們廣泛的使用。國外的鍋爐工業(yè)在50年代～60年代發(fā)展迅速，而我國的鍋爐產(chǎn)業(yè)建立就已經(jīng)偏晚了。于新中國成立之后才開始發(fā)展。我國雖然在此領(lǐng)域發(fā)展較快，但是自動控制技術(shù)水平較于國際水平還是有一定的差距。需要我們努力追趕超越。

2、鍋爐出口水溫檢測的意義

隨著我們國家的經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展已經(jīng)廣大人民的生活水平的提高，在鍋爐方面，自然是有更多的需求，而鍋爐的增多，在環(huán)境污染方面，材料浪費(fèi)方面都是必然的。所以發(fā)展鍋爐是有重要意義的，既然不可缺少那就要減少其帶來的不良影響，讓其更加方便，安全，精準(zhǔn)。鍋爐水溫的自動化，也可以減少工作量。

二、設(shè)計內(nèi)容、任務(wù)

要求利用PID控制技術(shù)做出鍋爐出口水溫的自動控制系統(tǒng)，假設(shè)被控對象為二階慣性環(huán)節(jié)，利用MATLAB設(shè)計PID控制程序，整定出來最佳的控制參數(shù)。

要求在輸入信號為r（k）=40時，控制器的輸出要限定在[-110，110]，使得。

三、控制原理介紹

1、PID控制方案

就目前的發(fā)展來看，計算機(jī)技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用而且控制方面的理論知識，技術(shù)支持也在不斷的進(jìn)步。至此PID技術(shù)已經(jīng)日漸成熟，而且在實際的工廠生產(chǎn)生活中都得到非常大范圍的應(yīng)用?，F(xiàn)在PID控制已經(jīng)能在很多方面很好的實現(xiàn)精確的控制能力，譬如溫度、水流量、液位、壓力等等方面都能夠自動的監(jiān)測。

在實際的成產(chǎn)生活之中，應(yīng)用最最廣泛的就是比例微分控制，也就是我們經(jīng)常說的PID控制，也稱PID調(diào)節(jié)。這項調(diào)節(jié)器的問世距離今天已經(jīng)有70年的歷史，PID調(diào)節(jié)器具有許多許多的優(yōu)點，因為其穩(wěn)定性高、工作起來可行可靠、又簡單容易調(diào)節(jié)而成為了最最主要的技術(shù)之一。

PID控制是一種線性的負(fù)反饋控制器，是通過給定與實際之間構(gòu)成的控制偏差：

控制規(guī)律為：

函數(shù)表達(dá)形式為：

PID控制的控制規(guī)律和作用如下示：

（1）P控制：比例控制是最簡單的一種控制的方式。是要求控制器的輸出與輸入成比例關(guān)系，這樣就能較快的克服擾動，從而使得系統(tǒng)可以更快速的達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。也僅僅是有比例控制時才存在穩(wěn)態(tài)誤差。

（2）I控制：在I控制之中，控制器的輸出和輸入誤差積分成正比。為了消除系統(tǒng)之中的穩(wěn)態(tài)誤差，那么就需要在系統(tǒng)中加入積分項。積分項會隨著時間的增大而增大，這樣的話，就算是誤差很小，積分項也會不小，從而推動控制器，使得輸出增大以至于誤差再減小，直至誤差為零。

（3）D控制：在D控制中，是控制器的輸出與輸入誤差的微分成正比。在控制系統(tǒng)之中，常常會有震蕩以至于失穩(wěn)的狀況發(fā)生。原因就是存在著比較大的慣性部分或者滯后部分。因此要抑制，所以僅僅是加入I控制是不夠的，還需要加入D控制，可以預(yù)測誤差變化的趨勢，避免被控的部分出現(xiàn)太過嚴(yán)重的超調(diào)現(xiàn)象。

2、PID控制器的整定方法

PID控制的整定方法有許多種，譬如：理論計算法、工程整定法、阻尼震蕩方法、臨界比例方法以及反應(yīng)曲線方法等。在我此次的設(shè)計之中采用的整定方案是工程整定法里面的一種方式，叫做動態(tài)特性參數(shù)整定法。這種方法是通過兩點法求出帶純延遲的一階特性方程，經(jīng)過與廣義的曲線對比之后，若基本吻合，就可以采用此方法。之后的過程中也有兩種整定方法可以得到PID參數(shù)，在設(shè)計中我采用的是柯恩—庫恩整定公式法。

四、仿真結(jié)果

1、被控參數(shù)的選擇與整定

假設(shè)被控對象是二階的慣性環(huán)節(jié)，那么它的傳遞函

調(diào)節(jié)閥裝置的特性為：

廣義對象的傳遞函數(shù)為：

將其等效為一階慣性純滯后：

運(yùn)用兩點法根據(jù)公式：T=2（t2-t1）;τ=2t1-t2與圖中任取兩點代入計算可以得到：T=12.4;τ=6.6;K=1

即等效為：

通過曲線擬合可以驗證得到的廣義對象一階慣性帶純延遲后的參數(shù)，看曲線可以驗證其等效的合理性。

五、總結(jié)

短短幾天的課程設(shè)計很快就結(jié)束了，這次課設(shè)結(jié)束以后，讓我意識到了自身的許多不足。在課設(shè)的過程中，我意識到學(xué)習(xí)好一門課程是多么的重要，在我需要用到它的時候，才不至于尷尬到許許多多的知識都需要去搜索與借鑒。本次過程控制技術(shù)課程設(shè)計完成不算艱難，因為沒有用到太多的知識去辨證。不過在做課設(shè)的過程中許多已經(jīng)到學(xué)過的東西已經(jīng)不能很好的拿來使用，也讓我意識到我平時的學(xué)習(xí)與積累是有多么的不足，給我敲響了警鐘。

當(dāng)然經(jīng)過本次的課程設(shè)計，我也有些許收獲，在老師的指導(dǎo)下，在我自身為完成課設(shè)的努力下，我也在課本上鞏固了這部分的知識，使我印象深刻。在課設(shè)結(jié)束后，我也會繼續(xù)學(xué)習(xí)控制方面的知識，找資料看視頻搞懂一些不懂的疑問。

最后課程設(shè)計，是自己一個人的任務(wù)，也是團(tuán)隊協(xié)作討論的平臺。我相信這對我、對我們同學(xué)們都是記憶深刻的一次經(jīng)歷。