基于 LabVIEW 的锅炉温度过程控制系统仿真

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1、第２期宋锋等．基于ＬａｂＶＩＥＷ的锅炉温度过程控制系统仿真１８３基于LabVIEW的锅炉温度过程控制系统仿真宋锋刘瑞歌（滨洲学院机电工程系，山东滨洲２５６６０３）摘要以经典ＰＩＤ控制算法为理论基础，ＬａｂＶＩＥＷ为开发平台，实现了锅炉温度控制系统的动态仿真，重点说明了增量式ＰＩＤ控制算法的具体实现方法。该系统能取代传统仪器用于验证ＰＩＤ控制规律的控制特点，完成锅炉温度控制系统的参数整定与调试，节省了硬件投资，具有推广应用价值。关键词过程控制锅炉温度ＬａｂＶＩＥＷＰＩＤ控制系统仿真＋中图分类号ＴＨ１６５．４文献标识码Ａ文章编号１０００-３９３２（２０１５）０２-０１８３-０３控制系统的计算机

2、仿真是对复杂控制系统控制效果的一种检验手段和方法，是过程控制系统设计中必不可少的环节，没有经过模拟仿真实验［１］研究的系统是不能直接投入生产中的。笔者重点介绍以经典ＰＩＤ控制算法为理论基础，利用图１模拟ＰＩＤ控制原理ＬａｂＶＩＥＷ虚拟仪器开发软件实现锅炉温度控制控制器的输出与输入之间为比例－积分－微系统的仿真，详细说明了增量式算法的具体实现分的关系，即：t方法。１ｄe（t）u（t）＝KＰe（t）＋∫e（t）ｄt＋TＤ（１）①TＩ０ｄt1PID控制算法1．2数字ＰＩＤ控制算法自２０世纪３０年代末期ＰＩＤ控制器出现以计算机控制是一种采样控制，它只能根据采来，无论是在控制理论方面，还是在控制仪表

3、和设样得到的偏差值来计算控制量，而采样是一拍一备方面，都有很大的发展，它是连续控制系统中技拍进行的，所以在计算机控制系统中，不能直接采术最成熟、应用最为广泛的一种控制器，它结构简用式（１）来计算，必须先进行离散化处理，得到数单、可靠性强、容易实现、参数整定方便，并且可以字式ＰＩＤ控制算法。数字ＰＩＤ控制算法包括位置消除稳定误差。在工业过程控制中，由于难以建式和增量式ＰＩＤ，位置式ＰＩＤ的输出是全量输出，立精确的数学模型，系统的参数经常发生变化，所［３］是执行机构所应达到的位置，跟过去的状态有以常采用ＰＩＤ控制技术，根据经验进行在线调整，关，需要对偏差进行累计，有可能使输出大幅度地在大多数情

4、况下能够满足性能要求，获得满意的变化，这种情况是生产实践中不允许的，为此笔者［２］控制效果。采用增量式ＰＩＤ控制算法。ＰＩＤ控制系统的结构1．1模拟ＰＩＤ控制算法如图２所示。ＰＩＤ是Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ（比例）、Ｉｎｔｅｇｒａｌ（积分）、Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ（微分）三者的缩写。其调节规律可以组合成Ｐ、ＰＩ、ＰＩＤ线性控制器，其作用是根据测量值与设定值之间的偏差值，按比例、积分、微分的图２ＰＩＤ控制系统的结构框图函数关系进行运算形成控制量，去控制执行机构，与位置式控制算法相比，增量式中偏差不需进而影响被控对象，使对象输出趋于设定值，系统要累加，计算机工作量小，增量仅与最近几次误差达到

5、稳定。一般模拟ＰＩＤ的控制原理如图１所示。①收稿日期：２０１４-１２-２４（修改稿）１８４化工自动化及仪表第４２卷采样值有关，对控制量的计算影响较小，容易获得色来表示。除此之外，系统还记录了实验的实时较好的控制效果，同时也消除了积分饱和的危险。操作时间，方便管理员管理，同时也考虑了系统的增量式算法为：仿真速度，用户可以自定义仿真速度。u（k）＝u（k－１）＋Δu（k－１）＝u（k－１）＋KＰ［e（k）－e（k－１）］＋KＩe（k）＋KＤ［e（k）－２e（k－１）＋e（k－２）］（２）其中，u（k－１）为上一次的控制量。2基于LabVIEW的仿真系统设计2．1虚拟仪器软件开发平台ＬａｂＶＩＥ

6、Ｗ是ＮＩ公司推出的一种高效的图形化编程语言，同时也是著名的虚拟仪器开发平台，它与Ｃ语言、ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ等文本语言的一个重要区别是：ＬａｂＶＩＥＷ是基于数据流的编译型图图３锅炉温度控制系统前面板形编程环境，开发人员不用掌握太多的计算机编2．2．2增量式算法的实现程知识，只需通过定义和连接代表各种功能模块ＬａｂＶＩＥＷ虽为图形化编程语言，但它并没有的图标，就能方便、迅速地建立起通常只有编程技完全摒弃传统文本式编程语言的特点，而是与文巧高超的程序员才能编制出的应用程序。同时，本语言相结合，如Ｍａｔｈｓｃｒｉｐｔ的引入和不断发展，ＬａｂＶＩＥＷ可以在不同操作系统下保持兼容，为数就表明

7、ＬａｂＶＩＥＷ与文本式语言相结合，已经进入据的采集、仪器控制、数据分析和显示提供集成的到一个新阶段。文本式编程和图形式编程相结开发工具，是面向测量与自动化领域工程技术人合，已经成为ＬａｂＶＩＥＷ编程发展的趋势。公式节［４，５］点是ＬａｂＶＩＥＷ内嵌的小型工具，主要用于简单计员的一种优秀编程平台。2．2程序框图的实现算。公式节点的数据类型、语法和控制结构与Ｃ2．2．1前面板设计语言是十分相似的。利用ＬａｂＶＩＥＷ中的ｗｈｉ