锅炉快速控制原型开发及pid参数自整定方法研究

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1、锅炉快速控制原型开发及PID参数自整定方法研究第一章绪论1.1课题的研究背景及意义快速控制原型是设计控制系统时常用的一种解决方法，是半实物仿真的一种。该技术通过在计算机上进行实时仿真，采用控制器和虚拟的对象进行试验，从而实现实时控制。它把计算机仿真和实时控制有机结合起来，使新的控制算法能在实时硬件上方便而快捷地进行测试，还可以把仿真结果直接用于实时控制，极大地提高了控制系统的设计效率[1]。RTathBD）等[15-17]。..第二章基于xPCTarget的锅炉快速控制原型开发2.1xPCTarget环境下的实时仿

2、真实时仿真阶段的硬件需求为：两台计算机（分别作为宿主机和目标机，宿主机上应有相应的编译环境）、两根串行线和一个U盘（做启动盘用）。xPCTarget采用宿主机-目标机的双机模式，要求主机安装MATLAB，Simulink，RTicrosoftVisualC/C++等软件。主机与目标机之间通过串口或网络连接，本文采用两根RS232串行通讯线连接在一起来完成通信。目标机通过专门制作的目标启动盘启动。前面提到，xPCTarget运行需要宿主机和目标机同时运行。在此次设计中，目标机用采用的是电脑。而作为目标机的电脑不能按平

3、时的程序启动，需要按专门的xPCTarget要求方式（DOS启动方式）启动。要实现这一功能，就需要一个目标启动盘来完成相应的要求。制作目标启动盘的步骤主要有两步：一是将U盘制作成DOS启动盘，使目标机在DOS环境下启动；二是生成DOS载入器的目标启动盘。下面介绍目标启动盘的制作[39]。2.2xPCTarget环境下锅炉快速控制原型构建以实验室的电加热锅炉作为实验研究的对象，该锅炉的额定电压为220V，额定功率为9KPa。图2.4为锅炉控制系统的组成原理图。如图2.4所示，锅炉控制系统的工作原理：由P信号控制三相固

4、态继电器的通断时间，从而对施加在内部加热管上的电压进行调节，从而控制锅炉的温度和压力的大小，温度和压力传感器将所得到的信号经过数据采集卡输入到工控机，工控机经过数据采集卡输出P信号来控制固态继电器的通断。本文研究所用的数据采集卡为研祥PCI-16MFP，采集卡与锅炉控制系统连接的接线原理图如图2.5所示。MFP16Tulink模块建立联系。此模块有4个参数输出：采集卡0通道和1通道采集到的数据（电压值）和两个通道的通道号（0和1）；滤波变换子系统：对采集到的电压信号进行滤波，按转换公式转化为相应的压力物理量。采用B

5、utter滤波器滤波，通过simulink信号处理工具箱中的Filter模块实现，阶数为7，截止频率为200rad/s；控制器子系统：在此加入算法，得到并输出P信号的占空比；PGen：P脉宽调制变换器，利用其产生的高低电平来进行斩波，通过调整占空比来调整输出电压的平均值从而控制继电器，使锅炉能在压力值未到达设定值之前保持加热从而使压力上升，在压力值到达设定值时候停止加热，保护锅炉。第三章基于梯度下降法的PID参数自整定方法研究........213.1PID参数整定的基本方法......213.2基于梯度下降法的P

6、ID参数自整定算法.....223.3仿真研究.........253.3.1仿真系统的建立.....253.3.2仿真研究....263.4基于梯度下降法的PID参数自整定算法实时.....273.5本章小结........36第四章粒子群优化PID参数自整定方法.........374.1粒子群优化PID自整定算法......374.1.1粒子群算法的基本原理.....374.1.2粒子群优化PID参数自整定算法......404.2仿真研究.........414.2.1仿真系统建立........414.2

7、.2仿真研究....434.3粒子群PID自整定算法实时仿真的实现....444.4本章小结.........45第五章PID参数自整定方法实验研究.........475.1梯度下降法PID自整定实验研究....475.2粒子群优化PID自整定实验研究....495.3本章小结.........51第五章PID参数自整定方法实验研究5.1梯度下降法PID自整定实验研究由参数优化过程曲线知，修正后的PI控制器参数取kp=33，kd=0.22，优化给定信号为两个方波的叠加，设置采样周期为10ms，数据保存量为106，

8、运行时间为600s，运行结束后调用保存的数据，设置方波周期分别为T，占空比为10%T，不同压力给定值条件下压力控制效果的曲线图，方波周期为500s，占空比为10%，加热时间为50s，上升阶段的响应时间小于下降阶段的响应时间，图5.4和图5.5中，取方波周期为300s，占空比为50%，加热时间为150s，此时在下降阶段加风扇，使响应速度加快，控制效果较好。因此