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初期的过程控制系统采用基地式仪表和部分单元组合仪表,过程控制系统结构大多是单输入,单输出系统,过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论,以保持被控参数温度、液位、压力、流量的稳定和消除主要扰动为控制目的过程。其后,串级控制、比值控制和前馈控制等复杂过程控制系统逐步应用于工业生产中,气动和电动单元组合仪表也开始大量采用,同时电子技术和计算机技术开始应用于过程控制领域,实现了直接数字控制(DDC)和设定值控制(SPC)。
在控制系统设计工作中,需要针对被控过程中的合适对象建立数学模型。被控对象的数学模型是设计过程控制系统、确定控制方案、分析质量指标、整定调节器参数等的重要依据。被控对象的数学模型(动态特性)是指过程在各输入量(包括控制量和扰动量)作用下,其相应输出量(被控量)变化函数关系的数学表达式。
P参数已经整定,Saturation和Coulomb&Viscous friction两个环节组合形成阀的流量特性。Saturation为限幅环节,上限幅值为100,下限幅值为0,Coulomb&Viscous friction为粘滞摩擦环节,函数设为y=0.30x+2.9。
是单回路控制系统响应曲线,蓝色曲线是串级控制系统响应曲线。首先放大图中两系统阶跃响应部分,可见两控制系统在上升段基本重合,调节时间基本相同,单回路控制系统阶跃响应超调量偏大,综合各种指标可认为两系统在阶跃信号下控制效果大致相同。在两控制系统控制效果相同的情况下,加入干扰信号,单回路控制系统在干扰信号的作用下,最大偏差达到0.4,为稳态值的2%,在曲线末端甚至出现小幅度波动。而串级控制系统在干扰信号的作用下,最大偏差仅在0.1左右,可认为系统仍处于的特点稳定状态,两者抗干扰能力十分悬殊。充分证明了串级控制抑制二次干扰能力强。
5 结论
本文以锅炉控制系统为研究对象,应用过程控制理论以及仿真技术、计算机远程控制、组态软件,设计了锅炉温度流量串级控制系统。首先,通过实验法建立锅炉的数学模型,得到锅炉温度与进水流量之间的传递函数,通过对理论设计的控制方案进行仿真,得到较好的响应曲线,为实际控制系统的实现提供先决条件。其次,使用智能仪表作为控制器,组建现场仪表过程控制系统,通过参数整定,得到较好现场控制效果。再次,实现积分分离的PID控制算法。通过MATLAB实验仿真表明所设计的系统控制响应速度快、控制精度高,具有较好的动态特性
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