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工业锅炉多参数控制系统PID控制器的自整定与调试_论文

维普资讯 http://www.cqvip.com I S   6 1—2 0   S N 17 90 C   3—1 4 / D N4 37T   采矿技术 第 6卷 第 2期  20 0 6年 6月   Jn2 0  u .0 6 Mi i g T c n l g nn   e h o o y,Vo . No 2 16, .   工 业 锅 炉 多 参 数 控 制 系 统 PD 控 制 器 的 自 整 定 与 调 试   I 周 一 恒 , 子 晖  任 ( 中国矿业大学信 电学院, 江苏 徐州市 2 10 ) 2 0 8  摘 要: 针对工业锅炉的具体要求, 在集散控制 系统( C ) D S 的基础上, 结合 PD参数的优  I 化规律和实践经验 , 出了 提 一种用于多参数控制 系统的 PD参数 自 I 整定控制算法, 结合工  业控制 网络 和组 态软件 , 实现 了温度 、 力 、 压 液位 、 流量 的分布控 制 。   关键词 :I PD控制; 多参数 ; 参数 自整定; 组态软件  在多参数控制系统的设计 中,I PD控制器以其  算法简单、 计算量小 、 控制效果稳定等优点得到广泛  低水位连锁  压力变送  交流变频  ,   应用。在 PD参数的选择上 , I 仅仅依靠人工凑试 的   方法 过于 费时 费力 , 用 z—N法 ¨ 、 so 采  A t m和 H g r a-   g n 方法及 R N法  的 PD控制都难以收到满意  ld u Z I — f   I 送 2, 的控制效果。另外 , i 预估器对大时滞多参数过  S t mh 程的控制效果良好 , 但其算法 的抗干扰性能及鲁棒  性 能差 。提 出一 种用 于 多参 数 控制 系统 的 PD参 数  I 自整定控制器 , 并通过计算软件检验了其控制性能。   s R c ̄ }嘉} = = j j   I f     出水流量  变送、调控  图 1 系 统 硬 件  1 系统设计 与工作原理    本次设计所用到的过程控制系统主要由压力控  制系统、 锅炉液位控制系统 、 锅炉温度控制系统 、   出 水流量控制系统以及使两种对象介质产生扰动的扰  动系统等几个分系统组成。这些分系统分别为由扩  散硅 压力 变送 器  一2 0~10ka 、  节 器 P  ( 0  P ) 4调 I 一 统的调节器参数 , 必须先对系统进行理论模型分析。   控制系统涉及 4 回路 系统 , 个 以温控 回路为例进行  分析 , 在控制 回路 中以锅炉为控制对象 , 在工作过程  中电热丝持续给锅炉供热 Q ,   水不断通过保温材料  向四周空气散热 Q , Q   当  =Q 时 ,   水温  保持不  变, 增大电热丝 电流 Q 增大 ,   水温缓慢升高, 同时 Q   , 2 做执 行 器 的 MMV交 流 变 频 器 、 泵 以及 被 调  、 水 随之增大。锅炉温度控制系统结构见图 2  。 对象组成的串联式压力控制系统 , 由静法测量锅炉  液位 的扩 散硅 压力 变 送 器 L T一3 0~ 0   T) 1 ( 6 0ml 、  1 调 节 器 LC一 、 I 3 进水 电 动调 节 阀 M1+V 1以及 被  C 调对象组成的锅炉液位控制系统 , 由测量锅炉水温  的铂 电阻和数 显 变 送 器 TT一1 3调 节 器 TD一1  I 、  I 、 三相 晶闸管调 节 器 S R、 炉 电热 丝 以及 被调 对 象  C 锅 组成的锅炉温度控制 系统 , 由测量 出水流量 的电磁  流量传感 器 F 2及其变送器 FT一 ( 30 / E一 I 2 0~ 0 L  H)2调 节 器 FC一 、 、   I 2 出水 电动调节 阀 M2+V 2以  C 及 被调 对象 组成 的 出水 流量 控制 系统 。系统硬 件框  图 见图 1。   图 2 锅 炉温 度控 制系统结构  根据 能量 守恒 关 系可得 :   Q  一Q :cd 1    T = C1   c  () 1  2 系统分析及 PD算法    I 为了创建该系统的数学模型, 确定各个回路系  散热 量 为 :   Q :=KA( 一 ) r      () 2  维普资讯 http://www.cqvip.com 周一恒 , : 工业锅 炉多参数控 制 系统 PD控 制器的 自 等  I 整定与调试  45 7  将热阻 尺代人平衡关系式得到 :   c   +△ =n  +△   aq   () 3  精确的整定。 控制系 统的性 能通常可用超 调量 , 调  节 时间和稳 态误差来 表征 j 。对一 般的温 控系统  而言 , 超调量与稳态误差通常有较严格 限制 , 作为衡  量控制系统是否优化 的标准。结合工程 实际 , 分别  取超调量阙值  =1 % , 0 稳态误差 阙值 e 。=1, s s   当超调量和稳态误差小于预定 阙值时 , 认为 PD参  I 设周 围温度不变 ,   =0 则拉氏变换后得 : 即△ ,   s =     =   ㈩   对于纯时延形式 , 则传递函数为:   G( )  s  () 5  数 完成 了优化 , 制达 到 了稳 定状 态 ( 图 3 。 控 见 )  式 中 :  — 水 的重 量 ; C—   C—— 水 的 比热 ( 压下 为 1 ;   常 )  C — 热容 ; —   — — — — 传热系数 ;   锅 炉 表面积 ;   周 围空 气温 度 ;   时 间常 数 ( o=R ; T C)  — — — — — — 放 大 系数 。   图 3 参数 自整定 结构流程  该温控系统在反馈温度高 于 8 %额定温度后 , 0   开始进入保温段控 制, 超过 9 %