自动控制原理毕业设计论文.doc

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1、毕业设计（论文）题　　目：锅炉汽温的非线性控制系统设计　　　　院　　系：　　专业年级：学生：　学号：　指导教师：　　　【摘要】电厂锅炉主汽温具有大延迟、大惯性、非线性等特点，传统的PID控制很难取得满意的控制品质，本文在线性PID的基础上，引入跟踪微分器及非线性模块，构造出一种新型的非线性PID控制器，进而提出了汽温非线性PID控制方案，对其进行仿真，并进行了抗干扰能力和鲁棒性测试。结果表明相比于线性PID，非线性PID具有更好地控制品质，并且具有较强的抗干扰能力和鲁棒性。关键词：非线性PID控制器；电厂锅炉主汽温

2、；使用Matlab仿真目录第一章引言-1-1.1选题的背景及意义-1-1.2国外发展水平及面临的问题-1-1.3课题研究容-2-第二章非线性PID控制器-4-2.1非线性理论-4-2.1.1非线性控制的经典方法及局限性-4-2.1.2非线性系统理论的最新发展及问题-5-2.2跟踪微分器（TD）-6-2.2.1跟踪微分器的数学表达式-7-2.2.2跟踪微分器的数学模型的搭建（simulink下的实现）-8-2.2.3跟踪微分器的仿真实现与分析-10-2.3非线性组合-13-2.3.1几种典型的非线性组合-13-2.3

3、.2非线性组合的数学模型实现-14-2.3.3非线性组合的simulink搭建及仿真实现-14-2.4非线性PID控制器-15-2.5、对非线性函数fal的影响及假设-17-2.5.1对非线性函数fal的影响-17-2.6对跟踪微分器的影响-20-第三章电厂主汽温控制系统方案-22-3.1火电厂主汽温常规控制方案-22-3.1.1串级调节系统-22-3.1.2仿真实例-23-3.2火电厂主汽温非线性PID控制方案-24-第四章主汽温非线性控制的仿真研究-26-4.1线性比例与非线性比例作用的比较与分析-26-4.1

4、.1参数设置-26-4.1.2仿真实现与结果分析-26-4.2线性积分与非线性积分作用的比较与分析-27-4.2.1参数设置-27-4.2.2仿真实现与结果分析-27-4.3线性比例微分与非线性比例微分作用的比较与分析-28-4.3.1参数设置-28-4.3.2仿真实现与结果分析-29-4.4线性PID与非线性PID作用的比较与分析-30-4.4.1参数设置-30-4.4.2仿真实现与结果分析-30-4.5非线性PID抗干扰能力测试与分析-31-4.5.1PID抗干扰能力测试-31-4.5.2不含TD非线性PID抗

5、干扰能力测试-32-4.5.3含TD的非线性PID抗干扰能力测试-33-4.6非线性PID鲁棒性测试与分析-34-第五章结论-37-5.1结论-37-5.2展望-37-致-39-参考文献-40-第一章引言1.1选题的背景及意义在轻工、化工等很多行业的过程控制中，被控对象大都带有滞后特性，例如，热量、物料和信号等的转移或转换需经过一定的时间，这便造成了许多过程存在大的滞后时间。无论控制作用如何，在滞后时间阶段，控制作用对过程变量的影响是不可测的。更为重要的是，时间滞后导致了过程变量输出不能迅速地响应控制信号，这等于在

6、这段时间反馈作用失效，而反馈是自动控制所必须得到的信息。过热蒸汽温度是锅炉运行质量的重要指标之一，过热蒸汽温度或高或过低都会显著地影响电厂的安全性和经济性。过热蒸汽温度过高，可能造成过热器、蒸汽管道和汽轮机的高压部分金属损坏；过热蒸汽温度的过低，又会降低热效率并影响汽轮机的安全经济运行。所以锅炉运行中保持过热蒸汽温度的稳定性，对于减少设备损耗、确保整个热力网安全运行具有重大的意义。然而，过热汽温控制对象具有时变、不确定性和非线性等复杂特性。过热器管道较长和蒸汽容积较大，当减温水流量发生变化时过热器出口蒸汽温度容易出

7、现较大的迟延；负荷变化时，主蒸汽温度对象的动态特性变化明显。此外，主蒸汽温度对象还具有分布参数和扰动变量多的特点，这都给常规的控制带来一定的难度。PID控制方案是目前应用最广泛的控制策略之一，但若用PID来控制具有显著时间滞后的过程，则控制器输出在滞后时间由于得不到合适的反馈信号保持增长，从而导致系统响应超调大甚至使系统失控。传统的火电厂主汽温控制系统大多采用常规的PID串级控制方案。但是模型参数的不确定性以及在控制系统的运行中出现环境变化、元件老化等问题，采用常规的PID控制就很难取得满意的控制品质。非线性PID

8、控制器是在研究分析经典PID控制的基础上，利用非线性机制，汲取经典PID的思想精华，改进其“简单处理”的缺陷，构造出一种新型实用控制器。它采用非线性机制以提高控制系统性能的目的。因此，本文提出将非线性PID控制器应用到火电厂主汽温控制系统中，仿真试验结果表明其控制品质由于常规PID控制。1.2国外发展水平及面临的问题控制理论的形成和发展，是从1932年乃奎斯