温度控制系统曲线模式识别及仿真

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1、锅炉温度定值控制系统模式识别及仿真专业：电气工程及其自动化姓名：郭光普指导教师：马安仁摘要本文首先简要介绍了锅炉内胆温度控制系统的控制原理和参数辨识的概念及切线近似法模式识别的基本原理，然后对该系统的温控曲线进行模式识别，而后着重介绍了用串级控制和Smith预估器设计一个新的温度控制系统，并在MATLAB的Simulink中搭建仿真模型进行仿真。关键词温度控制，模式识别，串级控制，Smith预测控制ABSTRACTThisarticlefirstbrieflyintroducedintheboilerthegallbladdertemp

2、eraturecontrolsystem'scontrolprincipleandtheparameteridentificationconceptandthetangentapproximatemethodpatternrecognitionbasicprinciple,thencontrolsthecurvetothissystemtocarryonthepatternrecognitionwarm,thenemphaticallyintroduceddesignsanewtemperaturecontrolsystemwithth

3、ecascadecontrolandtheSmithestimator,andcarriesonthesimulationintheSimulinkofMATLABbuildsimulationmodel.KeyWords:Temperaturecontrol,Patternrecognition,Cascadecontrol,Smithpredictivecontrol131.引言随着现代工业生产的迅速发展,对工艺操作条件的要求更加严格,对安全运行及对控制质量的要求也更高。在工业生产中，某些生产过程对温度的要求较高，只有在特定的温度下

4、才能有较好的质量，比如医药化工行业、钢铁行业、种子的培育和鸡蛋的孵化等，都对温度有较高的要求，所以往往要对温度进行精确控制以达到生产的要求。研究锅炉内胆水温定值控制系统有很大的意义。而水温定值控制系统由于其具有大纯滞后性和不确定性，使得采用一般的PID控制达不到工艺要求。为此，研究一种鲁棒性好、抗干扰能力强的具有大纯滞后补偿能力的控制方案是必要的。本文用串级控制和Simth预估控制分别对锅炉内胆温度控制系统的控制方法进行改进，收到了很好的效果。2.锅炉内胆温度控制系统概述锅炉内胆水温定值控制系统的结构图和方框图如下图1所示：TT1TC(

5、a)结构图13(b)方框图图1锅炉内胆水温定值控制系统锅炉内胆水温定值控制系统以锅炉内胆作为被控对象，内胆的水温为系统的被控量。要求锅炉内胆的水温稳定至给定量，将铂电阻TT1检测到锅炉内胆温度信号作为反馈信号，在给定量比较后的差值通过调节器控制三相调压模块的输出电压（即三相电加热管的端电压），以达到控制锅炉内胆水温的目的。在锅炉内胆水温的定值控制系统中，其参数整定方法与其他单回路控制系统一样，但由于加热过程容量时延较大，所以其控制过渡时间也较长，系统的调节器可选择PD或PID控制。通常锅炉内胆水温定值控制系统的控制方法采用传统PID控制

6、，控制效果不够理想，其理论阶跃响应曲线如下图2所示：图2温度控制系统理论阶跃响应曲线由曲线知传统PID控制的阶跃响应曲线有较大超调且响应速度较慢，动态性能较差，控制效果不够理想，应采取有效措施改进。133.锅炉温度控制系统曲线模式识别对锅炉内胆水温定值控制系统进行智能仪表控制，采用传统的PID控制方法，合理整定P、I、D三个参数，待系统达到稳定后，突然增加一正的阶跃量，系统会在自动调节下重新达到稳定。记录试验结果曲线如下图3所示：图3传统PID锅炉温度定值控制阶跃响应曲线由图3中曲线和图2中曲线比较可知，实际响应曲线和理论曲线不一致。理

7、论上温度定值控制系统属于二阶以上高阶系统，但实际上为分析与处理方便，往往将其简化为一阶系统。本试验所得曲线就可近似为一阶曲线，故我们在分析时也可以将其看作一阶系统来处理。工程上常用阶跃响应曲线求对象传递函数的方法有切线近似法、图解法和两点法，因切线近似法简单且实践证明它可以成功地应用于PID控制器的参数整定，所以我们将采用切线近似法将图3所示系统进行模式识别。3.1切线近似法的原理具有纯滞后一阶对象的传递函数为：13(1)其阶跃响应曲线的切线近似法原理如下图4所示：图4有纯滞后对象的切线近似法其中静态放大系数可由下面的公式求出：(2)在

8、图4中响应曲线的拐点做切线，切线与的渐近线交于A点，而与时间轴交于B点，由A点向时间轴作垂线，与时间轴交于C点，则OB对应延迟时间，BC对应时间常数，即可得到传递函数。3.2用切线近似法对试验曲线模式识别利