基于PLC锅炉盘管出口水温滞后控制系统15224.docx

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1、本科毕业业设计（论论文）题目：基基于S77-3000锅炉炉盘管出出口水温温滞后控控制系统统专题题目目：学院：电电气工程程与自动动化学院院专业：自自动化班级：0093班班学号：220099一八733学生：指导教师师：职称称：副教教授20一三三年6月6日摘要锅炉控制制在工业业控制中中一直富富有新意意的课题题，对于于不同的的控制对对象，有有着不同同的控制制方式和和模式。温温度系统统惯性大大，滞后后现象严严重，难难以建立立精确的的数学模模型，给给控制过过程带来来很大难难题。本本文首先先对电锅锅炉采用用的控制制方案进进行了深深入研究究，选择择一种适适合于PPLC控控制的方方案。以以锅炉为为被控对对象，以

2、以锅炉出出口水温温为主被被控参数数，以炉炉膛内水水温为副副被控参参数，以以加热炉炉电阻丝丝电压为为控制参参数，选选用西门门子CPPU3114C-2 PPN/DDP为控控制器，构构成锅炉炉温度串串级控制制系统；采用典典型的PPID算算法，运运用PLLC梯形形图编程程语言进进行编程程，实现现锅炉温温度的自自动控制制。这个个方案既既满足了了系统快快速和精精确达到到平衡，又大大的降低了成本并且简化了编程和调试工作。利用先进的PLC程序编制工具STEP7及杰控组态软件，完成了锅炉控制系统的程序设计和监控画面设计。关键词： PLLC控制制；锅炉炉控制；串级控控制；PPIDAbsttracct BBoill

3、er conntrool hhas beeen iinnoovattivee toopiccs iin iinduustrriall coontrrol, foor ddifffereent conntroolleed oobjeectss, ddifffereent conntrool wwayss annd mmodee. TTempperaaturre ssysttem of ineertiia iis bbig, laag pphennomeenonn iss seerioous, iss diiffiicullt tto eestaabliish acccuraate matthem

4、matiicall moodell, bbrinng ggreaat ddiffficuultiies to conntrool pproccesss. TThiss paaperr thhe cconttroll scchemme oof eelecctriic bboiller adooptss thhe ccarrriedd onn thhe tthorrouggh rreseearcch, chooosee a suiitabble forr PLLC cconttroll scchemme. In boiilerr foor cconttrollledd obbjecct, maii

5、nlyy booileer ooutllet watter temmperratuure wass acccussed of parrameeterrs, witth tthe watter temmperratuure in thee heeartth tto aassiistaant wass acccussed of parrameeterrs, witth hheattingg reesisstannce wirre vvolttagee ass coontrrol parrameeterrs, sellecttionn off Siiemeens CPUU3144C - 2 PN/D

6、P as thee coontrrolller, a boiilerr teempeeratturee caascaade conntrool ssysttem; USSES thee tyypiccal PIDD allgorrithhm, usiing PLCC laaddeer ddiaggramm prrogrrammmingg laanguuagee prrogrrammmingg, rreallizee thhe bboiller temmperratuure auttomaaticc coontrrol. Thhis schhemee saatissfiees tthe syss

7、temm baalannce quiicklly aand preecisselyy, aand greeatlly rreduucedd thhe ccostt annd ssimppliffy tthe proograammiing andd deebuggginng. Usee off addvanncedd PLLC pproggrammminng ttooll STTEP77 annd cconttroll coonfiigurratiion sofftwaare, coomplleteed tthe boiilerr coontrrol sysstemm prrogrrammmin

8、gg annd mmoniitorringg sccreeen ddesiign.Key worrds: PLLC cconttroll; BBoiller conntrool;CCasccadee coontrrol;PIDD目录第一章绪绪论11.1课课题的提提出与意意义11.2研研究背景景及现状状21.3该该课题的的研究目目标31.4研研究的内内容及方方法4第二章控控制系统统方案设设计52.1锅锅炉自动动控制方方案52.2锅锅炉控制制的结构构和原理理62.2.1锅炉炉控制的的结构772.3串串级系统统的设计计72.3.1串级级控制系系统的设设计82.3.2串级级控制系系统参数数的整定定82

9、.4 PIDD的算法法92.4.1模拟拟PIDD92.4.2数字字的PIID算法法102.5纯纯滞后的的算法1112.5.1采样样周期的的分析112第三章控控制系统统的硬件件设计一一三3.1控控制系统统的硬件件组成一一三3.2 锅炉控控制的系系统1443.3 PLCC的选型型及硬件件配置一一五3.3.1模拟拟量输入入模块SSM3331(AAI 8812BBit)一五3.3.2模拟拟量输出出模块SSM3332(AAO 4412BBit)一五3.3.3控制制系统的的硬件组组态1663.4 传感器器选择1163.4.1 温温度传感感器163.4.2 流流量传感感器1773.5 变送器器选择1173.

10、6电电磁调节节阀选择择一八3.7变变频器MMM4220一八八第四章控控制系统统的软件件设计1194.1 STEEP7编编程软件件194.2 PLCC控制的的程序设设计2004.2.1 主主程序的的设计2214.3系系统模数数转换部部分2224.4 系统PIID调节节部分226第五章人人机界面面的设计计285.1 人机界界面的特特点2885.1.1人机机界面软软件仿真真的基本本方法2285.2杰杰控软件件285.3杰杰控的主主要功能能与实现现295.3.1人机机界面设设计流程程295.4人人机界面面的运行行和显示示335.4.1历史史趋势曲曲线图3335.4.2历史报警警窗口333总结与展展望3

11、55附录.336 参考文献献.433外文资料料.444致谢.449江西理工大学20一三届本科生毕业设计（论文）第一章绪绪论1.1课课题的提提出与意意义锅炉是一一种工农农业生产产中常见设设备。锅锅炉可以以按其用用途不同同通常分分为动力力锅炉和和工业锅锅炉两大大类。动动力锅炉炉是用于于发电和和动力方方面的锅锅炉，如如电站锅锅炉。工工业锅炉炉是用于工工农业生生产和生生活采暖暖提供蒸蒸汽或热热水的锅锅炉，可可分为蒸蒸汽锅炉炉、热水水锅炉、导导热油锅锅炉等。作作为供热热之源，工业锅锅炉日益益广泛地地应用于于现代生生产和人人民生活活的各个个领域。如如在机械械制造、化化工、纺纺织、机机械、食食品加工工、医药

12、药等行业业中，生生产工艺艺需要大大量的蒸汽汽；又如如工业和和民用建建筑的采采暖通风风、农业业温室、城城市集中中热水供供应等也也需要蒸蒸汽和热热水来提供热热能。随随着我国国工农业业生产的的迅速发发展，以以及人民民生活水水平的不不断提高高，工业业锅炉的的应用会会更加广广泛。因此，对对锅炉盘盘管出口口水温滞滞后控制制的研究究显得极极其重要要，具有有一定的的理论价价值和现现实意义义1。锅炉能够够提供热热源，还还可以作作为动力力源，为为达到要要求并保保证锅炉炉本体的的安全、经经济的运运行，锅锅炉的控控制系统统就应具具备很好好的自动动检测功功能、程程序控制制功能、保保护功能能等。考考虑锅炉炉工作系系统是个

13、个复杂的的生产系系统，扰扰动源又又比较多多，为了了保证供供给外界界达标的的蒸汽并并满足负负荷的运运转，对对其工作作过程中中主要工工艺参数数必须实实行严格格的控制制。电锅锅炉是将将电能转转换为热热能的能能量转换换装。具具有结构构简单、无无污染、自自动化程程度高等等特点。与与传统的的以煤和和石化产产品为燃燃料的锅锅炉相比比还是有有基本投投资少、占占地面积积小、操操作方便便、热效效率高、能能量转化化率高等等优点。近近年来，电电锅炉已已成为供供热采暖暖的主要要设备2。过程实现现自动化化具有以以下几方方面优点点：(1)提提高机组组运行的的安全可可靠性。安安全可靠靠性是机机组运行行的首要要要求，热热力系统

14、统复杂，需需要监视视、控制制的项目目多，靠靠人来嘶嘶视和操操作，不不仅劳动动强度大大，而且且报难胜胜任，同同时极易易因误操操作而造造成事故故，采用用自动化化控制系系统来完完成监视视和操作作大大提提高机组组运行的的安全可可靠性。(2)提提高机组组运行的的经济性性。自动动化控制制系统能能保证机机编在良良好状态态下运行行，因此此，可以以减少事事故停机机的损失失和设备备检修费费用，可可提高热热效率，降降低供电电热耗和和煤耗。(3)减减少运行行人员，提提高劳动动生产率率。(4)改改善劳动动条件。实实现生产产过程自自动化，可可使运行行人员从从繁忙的的体力劳劳动和紧紧张的精精神负担担中解脱脱出来，值值班员除

15、除在机组组启停时时有些操操作外，正正常运行行时只需需存控制制室内集集中监视视主设备备及自动动化仪表表的运行行情况3。1.2研研究背景景及现状状国外现状状由于工业业过程控控制的需需要，特特别是微微电子技技术和计计算机技技术的迅迅猛发展展以及自自动控制制理论和和设计方方法发展展的推动动下，国国外温度度控制系系统发展展迅速，并并在智能能化，自自适应，参参数自整整定等方方面取得得成果，在在这方面面，以日日本，美美国，德德国，瑞瑞典等国国技术领领先，都都生产出出了一批批商品化化的，性性能优异异的温度度控制器器及仪器器表，并并在各行行业广泛泛应用。它它们主要要具有如如下的特特点：1.适应应于大惯惯性，大大

16、滞后等等复杂温温度控制制系统的的控制。2.能够够适应于于受控制制系统数数学模型型难以建建立的温温度控制制系统的的控制。3.能够够适应于于受控系系统过程程复杂，参参数时变变的温度度控制系系统的控控制。4.这些些温度控控制系统统普遍采采用自适适应控制制，自校校正控制制，模糊糊控制，人人工智能能等理论论及计算算机技术术，运用用先进的的算法，适适应的范范围广泛泛。5.普遍遍温控器器具有参参数自整整定功能能。借助助计算机机软件技技术，温温度器具具有对控控制对象象参数及及特性进进行自动动整定相相关控制制参数，以以保证控控制效果果的最优优化4455。国内现状状目前在我我们国内内，锅炉炉仍然是是各种工工业企业

17、业的动力力设备中中重要的的组成部部分。但但是，除除了一些些大中型型锅炉采采用了先先进的控控制技术术。一般般的小型型锅炉的的控制仍仍较落后后，仍在在使用仪仪表、继继电器作作主要的的控制手手段(如DDZZ-III或IIII型系列列仪表)，需要要过多的的人为参参与，不不仅工作作人员的的工作条条件差，劳劳动强度度大，而而且锅炉炉的热效效率很低低，资源源浪费严严重。即即使现在在的仪表表不少已已趋智能能化，在在锅炉上上也实现现了自动动或半自自动控制制，但是是，由于于其不菲菲的价格格、缺乏乏管理功功能等种种种原因因，其应应用受到到很大限限制66。随着科学学技术的的发展，锅锅炉的应应用也越越来越广广泛，锅锅炉

18、的生生产从它它的雏型型：蒸汽汽机到现现在各式式各样的的锅炉，它它的发展展见证了了工业的的发展状状况，现现代的锅锅炉多数数是利用用燃料或或其他能能源的热热能，把把水加热热成为热热水或蒸蒸汽的机机械设备备。它包包括锅和和炉两大大部分，锅锅的原义义是指在在火上加加热的盛盛水容器器，炉是是指燃烧烧燃料的的场所。锅锅炉中产产生的热热水或蒸蒸汽可直直接为生生产和生生活提供供所需要要的热能能，也可可通过蒸蒸汽动力力装置转转换为机机械能，或或再通过过发电机机将机械械能转换换为电能能。提供供热水的的锅炉称称为热水水锅炉，主主要用于于生活，工工业生产产中也有有少量应应用。锅锅炉的作作用是烧烧水产生生高温高高压的蒸

19、蒸汽，这这些蒸汽汽的温度度可达110000多度，这这样的蒸蒸汽可以以用来消消毒、煮煮饭、加加热和提提供蒸汽汽动力。锅锅炉是当当今工厂厂的一个个动力源源泉之一一，其作作用不可可忽视。PPLC（可可编程控控制器）作作为一种种工业控控制微型型计算机机，它以以其编程程方便、操操作简单单，尤其其是它的的高可靠靠性等优优点，在在工业生生产过程程中得到到了广泛泛的应用用。而西西门子SS7-3300系系列的可可编程控控制器具具有的高高稳定性性的同时时具有自自主选择择性等特特点，给给我们搭搭建自动动控制系系统提供供了选型型的方便便7。1.3该该课题的的研究目目标针对目前前工业型型锅炉系系统普遍遍存在成成本高、效

20、效率低、运运行不稳稳定等问问题，设设计了由由S73000PLCC和杰控控组态软软件构成成的工业业锅炉控控制系统统8。从控控制系统统的总体体设计、硬硬软件配配置以及及程序设设计和监监控画面面设计等等方面进进行阐述述，实际际运行表表明该控控制系统统性能稳稳定、可可靠性高高，在安安全生产产、提高高经济效效益等方方面发挥挥了重要要作用，并并为节能能降耗提提供了技技术保证证，具有有一定的的先进性性和推广广性。在工业生生产过程程中，有有不少被被控对象象除了具具有容积积迟延外外，往往往不同程程度地存存在着纯纯滞后，其其特点是是当控制制作用产产生后，在在时延范围内内，被控控参数完完全没有有响应。因因此，这这样

21、的过过程必然然会产生生较明显显的超调调量和较较长的调调节时间间，所以以，具有有纯迟延延的过程程是较难难控制的的过程，其其难控程程度随着着纯迟延延占整整个过程程动态的的份额的的增加而而增加，而而路径的的长度和和物流的的速度是是构成纯纯滞后的因素素。解决决纯滞后后问题的的方法非非常多，最最简单的的是利用用常规调调节器适适应性强强、调整整方便的的特点，经经过仔细细个别的的调整，在在控制要要求不太太苛刻的的情况下下，满足足生产过过程的要要求。本课题的的目标就就是在实实验室3301的的环境和和熟练应应用S77-3000下设设计一个个锅炉内内胆水温温和盘管管出口水水温构成成的纯滞滞后串级级控制系系统。采采

22、用PIID的算算法，来来控制锅锅炉的水水温99。电热锅炉炉控制系系统实验验装置模模拟日常常生活中中的热水水锅炉控控制系统统，将变变频器调调速技术术、计算算机和智智能控制制技术相相结合，完完成生活活中热水水锅炉对对进水、出出水、电电加热装装置通断断时间比比的自动动控制，使使锅炉的的进水流流量、出出水流量量、水温温、水位位保持在在最佳状状态110。实实现热水水锅炉系系统安全全，可靠靠，稳定定运行和和达到节节能降耗耗的目的的。电热热锅炉实实验装置置主要由由微型电电热锅炉炉、固态态继电器器电加热热装置、变变频器及及相关的的检测装装置、变变送器和和执行机机构等过过程控制制仪表组组成111。图1-11 总

23、结结构图1.4研研究的内内容及方方法首先以锅锅炉为控控制对象象，以锅锅炉出口口水为主主被控参参数，以以炉膛内内水温为为副被控控制参数数，以加加热电炉炉丝电压压为控制制参数，以以PLCC为控制制器，构构成锅炉炉温度串串级控制制系统：采用PPID算算法，运运用PLLC梯形形图编程程语言程程序进行行编程，实实现锅炉炉温度的的自动控控制。本文主要要研究内内容：第一章，简简要介绍绍本课题题研究的的背景、研研究意义义、现状状和研究究的主要要内容。第二章，系系统总体体方案设设计。对对锅炉温温度控制制的串级级系统，PID算法和纯滞后温度控制进行研究和说明，简介S7-300的特点和具备的功能。第三章，系系统硬件

24、件的设计计。设计计系统的的硬件结结构框图图，对该该系统的的所需要要的硬件件给予介介绍说明明。第四章，系系统软件件的设计计。设计计PLCC 控制制器运行行框图，主主程序的的流程图图，设计计模拟输输入，模模拟输出出和PIID算法法模块。第五章，组组态画面面的设计计。对该该系统仿仿真设计计，对该该系统进进行监视视和数据据的显示示，历史史曲线图图设计。第二章控控制系统统方案设设计2.1锅锅炉自动动控制方方案方案一：仪表控控制锅炉控制制的仪表表控制主主要通过过电动单单元组合合仪表来来实现。电电动仪表表系统主主要由继继电器、时时间继电电器、程程序继电电器、电电动单元元组合仪仪表和测测量仪表表等组成成，其程

25、程序控制制为传统统继电器器控制。电电动仪表表系统设设计经验验成熟、价价格便宜宜，但难难于实现现系统冗冗余和数数据远传传，维修修也比较较困难，更更难于实实现高级级控制方方法。现现在发展展的智能能仪表功功能上大大大增强强，也具具备了通通讯功能能，但仍仍摆脱不不了仪表表控制的的固有缺缺陷。同同时，随随着仪表表功能的的增多、增增强，其其价格也也越来越越贵，逐逐渐失去去其价格格优势。方案二：PLCC控制可编程逻逻辑控制制器简称称PLCC，采用用的是计计算机的的设计思思想，最最初主要要用于顺顺序控制制，只能能进行逻逻辑运算算。随着着微电子子技术、计计算机技技术和通通信技术术的发展展，以及及工业自自动化控控

26、制愈来来愈高的的需求，PLC无论在功能上、速度上、智能化模块以及联网通信上，都有很大的提高。现在的PLC已不只是开关量控制，其功能远远超出了顺序控制、逻辑控制的范围，具备了模拟量控制、过程控制以及远程通信等强大功能。美国电气制造商协会(NEMA)将其正式命名为可编程控制器，简称PC，但是为了和个人计算机的简称PC相区别，人们常常把可编程控制器仍简称为PLC。事实上，PLC就是以嵌入式CPU为核心，配以输入、输出及通讯等模块，可以方便地用于工业控制领域的装置。它以其高可靠性、高稳定性、编程简单和易于使用，在现代工业企业中得到广泛应用，使得整个控制系统在功能的可靠性、配置的灵活性等方面较之过去产生

27、了质的飞跃。方案三：DCSS控制集散控制制系统是是由回路路仪表控控制系统统发展起起来的分分布式控控制系统统，成功功地解决决了系统统拓扑结结构复杂杂的问题题，划清清了上位位机与下下位机之之间的配配置功能能和组态态功能，通通过冗余余结构和和增加设设备提高高了系统统的可靠靠性。DDCS在在模拟量量处理、回回路调节节等方面面有一定定的优势势，在锅锅炉方面面一般应应用于大大型锅炉炉和锅炉炉群控，近近年来也也出现了了适用于于中型锅锅炉的小小型集散散控制系系统，女女HHooneyywelll公司司推出的的S90000系系统。在在过去的的20多年年里，DDCS逐逐步走向向成熟，并并在当今今的工控控领域中中占有

28、较较大的市市场份额额，但是是随着时时间的推推移和人人们对控控制要求求的提高高，它的的弊端也也逐渐暴暴露出来来：价格格偏高，系系统开放放性差，控控制仍然然相对集集中。方案四：FCSS控制现场总线线(Fiielddbuss)是八八十年代代末九十十年代初初国际上上发展形形成的用用于过程程自动化化、制造造自动化化、楼宇宇自动化化等领域域的现场场智能设设备互连连通讯网网络。现现场总线线控制系系统就是是基于现现场总线线(Fiielddbuss)基础础上形成成的自动动控制系系统。现场总线线技术摒摒弃了DDCS传传统的多多机冗余余方式，将将DCSS的I0彻底分分散变成成了新型型全分布布式结构构，把控控制功能能

29、彻底下下放到现现场，更更完美的的实现了了传统DDCS管管理集中中与控制制分散的的初衷12。综上所述述，随着着PLCC成本的的下降和和性能的的提高，普普通PLLC已能能满足小小型锅炉炉的控制制要求，且且性价比比较高。2.2锅锅炉控制制的结构构和原理理本系统方方案是选选用西门门子S77-3000PLLC作为为控制器器。给定定锅炉盘盘管出水水口所要要达到的的温度，用用PT1100型型热电阻阻将检测测到的实实际锅炉炉水温和和锅炉盘盘管出口口水温转转化为44-200mA电电流信号号，经过过模拟输输入模块块3311转化成成数字信信号并送送到PLLC中进进行PIID调节节，以锅锅炉盘管管出水口口温度为为主被

30、控控对象，锅锅炉内胆胆为福被被控对象象，盘管管出口水水温度和和给定温温度进行行差分比比较，将将输出的的值作为为副调节节器的给给定量和和锅炉内内胆温度度进行PPID调调节。将将输出值值通过模模拟输出出模块3332进进行对加加热器控控制达到到所要控控制的温温度，然然后用杰杰控软件件对系统统进行PPID参参数调节节，画面面监管、数数据显示示和报警警。如图图2-11。图 2.1 锅锅炉温度度控制系系统原理理框图2.2.1锅炉炉控制的的结构锅炉温度度控制的的工作原原理是温温度通过过传感器器和变位位器送到到模拟输输入转换换成数字字，再到到PLCC进行PIID计算算输出模模拟量对对加热器器进行温温度控制制。

31、本设设计采用用温度串串级控制制系统，如如图2.2。图2.22温度串串级控制制系统2.3串串级系统统的设计计当调节对对象的动动态特性性比较复复杂，而而工艺对对调节质质量的要要求又很很高的时时候，简简单的单单回路控控制系统统不能够够满足要要求。在在这种情情况下，需需要在单单回路控控制系统统的基础础上，采采取其他他措施，组组成复杂杂控制系系统，也也称为多多回路系系统，如如串级图2-33 一般般串级控控制系统统控制系统统、带有有补偿的的控制系系统一三。如图所示示的控制制系统在在结构上上形成了了两个闭闭环。一一个闭环环在里面面，被称称为副回回路；一一个闭环环在外面面，被称称为主回回路，以以最终保保证被调

32、调量满足足工艺要要求。这这种由两两个调节节器串接接在一起起控制一一个调节节阀的系系统叫做做串级控控制系统统。主调调节器具具有自己己独立的的设定值值，它的的输出作作为副调调节器的的设定值值，而副副调节器器的输出出信号则则是送到到调节阀阀去控制制生产过过程114。串级控制制系统只只比简单单控制系系统增加加了一个个测量变变送元件件和一个个调节器器，但是是控制效效果却有有显著的的提高，具具有较好好的控制制性能，能能够改善善对象的的动态特特性，提提高系统统的工作作频率，对对负荷或或操作条条件的变变化也有有一定的的自适应应能力。2.3.1串级级控制系系统的设设计串级系统统的种种种特点都都是因为为增加副副回

33、路的的缘故，副副回路的的设计质质量是保保证发挥挥串级系系统优点点的关键键。1、制定定串级控控制系统统的方案案，选择择或串级级温度控控制系统统。选择择主被控控参数、副副被控参参数、主主控制器器、副控控制器来来构成主主回路、副副回路，组组成一个个完整的的串级控控制系统统。副回路应应包含被被控对象象所受到到的主要要干扰，副副参数的的选择应应使副回回路时间间常数小小，调节节通道短短，反应应灵敏。2、选择择串级控控制的主主、副控控制器。副调节器器的任务务是要快快动作以以迅速抵抵消落在在副环内内的二次次扰动，而而且副参参数并不不要求无无差，所所以可选选用调节节速度叫叫快的PP调节器器或者PPI、PD、PI

34、DD调节器器。主调调节器的的任务是是准确保保持被调调量符合合生产要要求，不不允许被被调量存存在偏差差，因此此，主调调节器必必须具有有积分作作用，如如PI、PIDD调节器器一五。2.3.2串级级控制系系统参数数的整定定串级系统统的整定定要比简简单系统统复杂。由由于两个个调节器器串接在在一起，互互相作用用，影响响参数的的整定。所所以在整整定时，应应尽量加加大副调调节器的的增益以以提高副副环的频频率，使使主、副副环的频频率错开开，减少少相互之之间的影影响116。串级系统统的整定定，有两两步整定定法和一一步整定定法。1、两步步整定法法两步整定定法是第第一步整整定副回回路的副副调节器器，第二二步整定定主

35、回路路的主调调节器的的串级系系统整定定方法。（1）先先整定副副回路。在在系统工工作状况况稳定，主主、副回回路主调调节器在在纯比例例作用的的条件下下，将主主调节器器的比例例带置置于1000%处处，按照照单回路路系统的的整定方方法来整整定副回回路。逐渐降低低副调节节器的比比例带，如如用4：1衰减法法来整定定副回路路，则求求出副参参数在44：1衰减时时的副调调节器比比例带2 SS和操作作周期TT2 00。（2）整整定主回回路。使使副调节节器比例例带置于于2 S的数数值上，逐逐渐降低低主调节节器的比比例带1 SS，求出出同样衰衰减比时时主回路路的过渡渡过程曲曲线，记记录此时时主调节节器的比比例带1 S

36、S和操作作周期TT1 00。将上述步步骤中求求出的1 SS、T1 0、2 SS、T2 0 ,根据选选用的调调节器类类型，按按照4：1衰减曲曲线的整整定方法法，求出出主、副副调节器器的整定定参数。（3）按按照“先先副后主主、先比比例次积积分后微微分”的的原则，将将计算得得出的调调节器参参数置于于各调节节器之上上。（4）加加干扰实实验进行行验证，观观察过程程参数值值，直至至记录曲曲线符合合控制要要求为止止177。2、一步步整定法法（1）在在系统工工作状况况稳定，主主、副回回路主调调节器在在纯比例例作用的的条件下下，按表表 5-1 “一一步法比比例带经经验值表表”所列列数值，将将副调节节器调节节到适

37、当当的经验验值上。表5-11一步法法比例带带经验值值表副参数比例带2放大倍数数KC 2温度2060511.7压力3070311.4流量40802.51.25液位2080511.255（2）利利用单回回路控制制系统的的参数整整定方法法来整定定主调节节器参数数。（3）加加干扰试试验进行行验证，观观察过渡渡过程曲曲线，根根据KCC 1、KC 2相匹匹配的原原理，适适当调整整调节器器参数，使使主参数数控制精精度最好好。（4）如如果出现现振荡现现象，只只要适当当加大主主、副调调节器的的任意一一个比例例带，即即可消除除振荡。2.4 PIDD的算法法2.4.1模拟拟PIDD比例（PP）控制制比例控制制是一种

38、种最简单单的控制制方式。其其控制器器的输出出与输入入误差信信号成比比例关系系但这样样会引起起振荡，特特别是在在迟滞环环节比较较大的时时候，比比例系数数Kp减小小，振荡荡发生的的可能性性就会减减小，但但同时也也会导致致调节速速度变慢慢。比例例控制的的缺点是是不能消消除稳态态误差，必必须要有有积分控控制来辅辅助。积分（II）控制制在积分控控制中，控控制器的的输出与与输入误误差信号号的积分分成正比比关系。为为了消除除控制系系统的稳稳态误差差，在控控制器中中必须引引入“积积分项”。积积分项会会随着时时间的增增加而增增大。因因此，就就算误差差很小，积积分项也也会慢慢慢变大，由由它推动动控制器器的输出出增

39、大，使使稳态误误差慢慢慢减小至至零。所所以，比比例积积分 (PI) 控制制器可以以使系统统在进入入稳态后后无稳态态误差。但但具有滞滞后特点点，不能能快速对对误差进进行有效效的控制制。微分（DD）控制制在微分控控制下，控控制器的的输出的的微分增增加了，输输入误差差信号的的微分同同时也会会增加。而而自动控控制系统统在对于于误差的的控制来来说，会会出现别别的不必必要的问问题，比比如波动动，更严严重的会会失稳。这这就是说说，在控控制器中中仅引入入“比例例”项往往往是不不够的，比比例项的的作用仅仅是放大大误差的的幅值，但但是加入入的微分分项却能能够避免免较大的的误差出出现，因因为它可可以预测测误差变变化

40、的方方向。但但是微分分控制会会放大高高频噪声声, 降低低系统的的信噪比比,导致系系统抑制制干扰的的能力下下降，也也就是说说微分控控制不能能消除余余差一八。基本PIID控制制系统原原理图2.4.2数字字的PIID算法法PID控控制本质质上是一一个二阶阶线性控控制器, 通过过调整比比例( P)、积积分( I)和和微分( D)三个参参数, 使得大大多数工工业控制制系统获获得良好好的闭环环控制性性能。PID控控制器的的理想计计算公式式为: (22.1) 公式式(2.11)中: u(t)为为控制器器的输出出; ee(t)为控制制器的输输入(常常是是设定值值与被控控量之差差, 即e(tt)=rr(t)-c

41、(t);Kpp、Ti、Td 分别为为控制器器的比例例放大系系数、积积分时间间常数、微微分时间间常数。设u(kk)为第第k次采样样时刻控控制器的的输出值值(采样周周期为TT),用用一阶向向后差分分代替微微分，用用矩形法法数值积积分代替替连续积积分，将将上式进进行离散散化处理理,可得离离散的PPID计计算公式式(2.22): (2.2)式(4.2)为为位置式式PIDD控制算算法, 其当前前采样时时刻的输输出与过过去的状状态有关关, 计算算时要对对e(kk)进行行累加, 运算算量大, 因此此实际应应用中一一般采用用增量PPID控控制算法法。由式(22.2)可得:(2.33) (2.4) 其中式(2.

42、3)、(2.4)是是增量PPID算算法的计计算公式式, 系统统的采样样周期TT选定后后, 一旦旦确定了了Kp、Ti、Td, 只要要使用前前后3次测量量的温度度偏差值值即可由由式(22.3)、(2.4)求求出控制制量119。2.6纯纯滞后的的算法在工业生生产过程程中，有有不少被被控对象象除了具具有容积积迟延外外，往往往不同程程度地存存在着纯纯滞后，其其特点是是当控制制作用产产生后，在在时延范围内内，被控控参数完完全没有有响应。因因此，这这样的过过程必然然会产生生较明显显的超调调量和较较长的调调节时间间，所以以，具有有纯迟延延的过程程是较难难控制的的过程，其其难控程程度随着着纯迟延延占整整个过程程

43、动态的的份额的的增加而而增加，而而路径的的长度和和物流的的速度是是构成纯纯滞后的因素素。解决决纯滞后后问题的的方法非非常多，最最简单的的是利用用常规调调节器适适应性强强、调整整方便的的特点，经经过仔细细个别的的调整，在在控制要要求不太太苛刻的的情况下下，满足足生产过过程的要要求。当物流沿沿着一条条特定的的路径传传输时，就就会出现现纯滞后后，路径径的长度度和物流流的速度度是构成成纯滞后后的因素素。本实实验室是是以盘管管出水口口水温为为系统的的被控制制量并要要求它等等于给定定值。变变频器供供水系统统以固有有的频率率(恒速)把来自自锅炉内内的热水水恒速输输送到盘盘管。设设由锅炉炉内胆到到盘管出出水口

44、的的管道长长度为LL米，热热水的流流速为vv m/s、，则则内胆打打出的热热水要经经过秒秒后才能能到达被被控点其其中dd=L/v，如如果忽略略热水在在盘管内内流动时时热损耗耗，则可可近似地地把盘管管视为纯纯滞后环环节它的的传递函函数为：G0（ss）=es (1)相应的频频率特性性为G0（jjw）=e-jw (22)有式（22）可知知，不同同大小的的值，将将对系统统的动态态性能产产生不同同程度的的影响。消消除纯滞滞后对系系统的不不良影响响的方法法之一是是采用SSnitth预估估补偿器器，但这这种方法法的有效效性是建建立在能能精确确确定对象象数学模模型的基基础上。另另一种常常用的方方法是常常规PIID控制制，只要要参数整整定得当当，也能能取得良良好的控控制效果果200。2.6.1采样样周期的的分析采样周期期Ts越小小，采样样值就越越能反应应温度的的变化情情况。但但是，TTs太小小就会增增加CPPU的运运算工作作量，相相邻的两两次采样样值几乎乎没什么么变化，将将是PIID控制制器输出出的微分分部分接接近于00，所以以不应使使采样时时间太小小。，确确定采样样