锅炉盘管出口温度滞后的串级设计_毕业设计(编辑修改稿)

锅炉盘管出口温度滞后的串级设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

统模型化的过程。 对于同一个实际系统，人们可以根据不同的用途和目的建立不同的模型。 建模需要三类主要的信息源： 要确定明确的输入量与输出量 通常选一个可 控性良好，对输出量影响最大的一个输入信号作为输入量，其余的输入信号则为干扰量。 要有先验知识 在建模中，被控对象内部所进行的物理、化学过程符合已经发现的许多定理、原理及模型。 在建模中必须掌握建模对象所要用到的先验知识。 试验数据 过程的信息也能通过对对象的试验与测量而获得。 合适的实验数据是验证模型和建模的重要依据。 建模步骤 1) 明确建模目的和验前知识：目的不同，对模型的精度和形式要求不同； 事先对系统的了解程度。 2) 实验设计： 变量的选择，输入信号的形式、 大小，正常运行信号还是附 加试验信号，数据采样速率，辨识允许的时间及确定量测仪器等。 3) 确定模型结构：选择一种适当的模型结构。 4) 参数估计：在模型结构已知的情况下，用实验方法确定对系统特性用影响的参数数值。 5) 模型校验：验证模型的有效性 建模方法 过程系统建模方法有机理法和测试法等。 机理分析法建模又称为数学分析法建模或理论建模，是根据过程的内部机理（运动规律），运用一些已知的定律、原理建立过程的数学模型。 测试法，是根据工业过程的输入和输出的实测数据进行数学处理后得到的模型。 电加热锅炉盘管出口温度的串级控制 11 本文采用的是测试法中的 阶跃响应曲线 法来建模。 阶跃响应曲线能形象、直观地描述被控过程得动态特性。 阶跃响应曲线法建模 在被控系统处于开环稳定时，使输入量（调节阀）作阶跃式变化，记录被控过程输出的变化曲线，直至进入新的稳态。 求出被控过程输入量与输出量之间的动态数学关系 —— 传递函数。 该法建模时的注意事项： ①合理选择阶跃扰动信号的幅度，一般在正常输入信号的 5%～ 15%。 过小，激励弱，可能响应信号被其他干扰所淹没，是测试结果不可靠。 过大，使正常生产受到干扰甚至危及安全。 ②试验开始前确保被控对象处于某一选定的稳定工况，并且在其期间避免其他 偶然性的扰动。 ③仔细记录起始部分，因为对动态特性参数的影响很大。 ④多次测试。 非线性因素：在不同负荷、不同设定值条件下测试； 同一负荷、同一设定值下正、反扰动，全面掌握特性。 同样条件下多次测试减少干扰因素的影响。 获取模型的方法 盘 管锅 炉 内 胆温 度 变 送 器 2加 热 模 块温 度 变 送 器 1输 入内 胆 温 度 盘 管 温 度输 出 图 开环测模型 方法一：设由锅炉内胆到盘管出水口的管道长度为 L米，热水的流速为 v米 /秒，则内胆的热水要经过 τd秒后才能到达被控点，其中 τd=L/v。 如果忽略热水在盘管内流动时的热损耗，则可近似地把盘管视为一阶带 纯滞后环节。 本文并没有采用该法。 方法二：先测出控制量到盘管的温度模型 G1(s)，再测出控制量到锅炉内胆的模型 G2（ s） ，如图 所示，在系统结构图中盘管与锅炉内胆是串接的。 前者的传递函数除以后者的传递函数，即G1 ( s )/G2（ s） ， 可近似得到盘管的温度模型。 本文采用是正是这个方法。 电加热锅炉盘管出口温度的串级控制 12 测试步骤 测试时选择盘管出水口温度（也可根据实验需要选择另外两个温度测试点处的温度）作为被控量，实验之前先将储水箱中贮足水量，将锅炉内胆打满水。 等水溢出后，确认管路连接好以后将阀门 F1 F1 F1 F113 全开，其余阀门关闭，形成一个循环水的过程系统。 管路连接：将锅炉内胆出水口与工频泵进水口 2 连接起来，将工频泵出水口与支路 1 进水口连接起来，将支路 1出水口与盘管进水口连接起来，将盘管出水口与储水箱进水口连接起来。 本文采用的是数据采集卡控制： 1． 首先确保“ AT4数据采集卡控制” 、“ AT1智能仪表控制”挂件的通信接口连接到计算机串口，将二者的电源输入 L、 N 端与单相 I 电源 L、 N 端对应连接。 2. TT1 的 1a、 1b、 1c 端对应接到智能调节仪 I 的 4端；智能调节仪 Ｉ 的输出 5端并接本挂 件上 250Ω电阻后对应接到数据采集卡模拟量输入 AI GND 端； AT4 模拟输出 AO1的 420mA+、 端对应接到温控模块控制输入 +、 端； AT4模拟输出 AO2的 420mA+、 端对应接到电动调节阀控制输入 +、 端。 3. 管路、阀门、接线检查无误后接通总电源开关，打开 24V 电源开关、电动调节阀开关、温控模块开关、单相 I 开关，将磁力泵开关打到手动位置。 4. 核对智能调节仪参数设置，将智能调节仪作为温度变送器使用，关键参数有 Sn=21,CtrL=0, DIL＝ 0， DIH＝ 100（ ℃ ） ,OPL=40, OPH=200。 5. 设置一个合适的给定值（ 5%15%的阶跃设定值）。 选定为 10%，然后将调节器改为手动运行。 6. 进入运行界面，记住开始的确切时间，并观察盘管和锅炉内胆的温度值的变化，直至稳定不发生变化时，再记下其结束时间， 退出运行环境。 记下的测模型开始时间为 14:11，结束时间为 16： 21，历时 130分钟。 设采样时间为二分钟， 求出每二分钟内各取盘管和锅炉内胆温度的平均值，二者各 65组数据，并作为 Matlab 仿真的数据，绘制成一记录表，因本文篇幅所限只列出了从初始时间零到时间 70的数据。 如表。 初始时间下盘管温度： ℃ ，锅炉内胆温度： ℃。 结束时间下盘管温度： ℃ ，锅炉内胆温度： ℃。 图 展示的是去掉初始值的锅炉内胆的阶跃响应数据。 将实际测量到的锅炉内胆温度数据进行仿真，则得到图。 电加热锅炉盘管出口温度的串级控制 13 0 20 40 60 80 100 120 1400123456t i m e ( m i n )y1 图 内胆的阶跃响应数据 0 20 40 60 80 100 120 14020212223242526t i m e ( m i n )y 图 实际测得的内胆阶跃响应数据 图。 将实际测量到的盘管温度数据进行仿真，则得到图。 0 20 40 60 80 100 120 1400123456t i m e ( m i n )y1 图 盘管的阶跃响应 电加热锅炉盘管出口温度的串级控制 14 0 20 40 60 80 100 120 14018192021222324t i m e ( m i n )y 图 实际测得的盘管阶跃响应数据 电加热锅炉盘管出口温度的串级控制 15 表 实时温度数据 锅炉内胆 盘管 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 时间（ min） 温度（℃） 电加热锅炉盘管出口温度的串级控制 16 3. 7 模型参数的确定 因为盘管、锅炉内胆的对象均具有滞后特性，所以所得的传递函数可以定为 G(s)=    1 sKG s eTs   , τ为对象的滞后时间， T为对象的时间常数， K为静态放大系数。 3. 对 于盘管一阶环节的模型为式 ，即    1 sKG s eTs   （ ） 式中的 K 、 T 、  的求法有作图法和（两点）计算法。 用 作图法确定参数 T、 τ ，简单，但误差大，适用于 PID参数的工程整定。 所以本文选择了 （两点）计算法 ，该法步骤 如下： 第一：由公式 K。 0( ) (0)yyK x （ ） ()y =， (0)y =， 0x =10%，则 %K  =58。 第二：运用（两点）计算法求时间常数 T和滞后 时间τ。 选取两个不同时刻 t1和 t2， t2 t1τ ,带入公式     120 1 2 10211tTtTy t e t ty t e     （ ） 两边取对数：   101202ln 1ln 1t ytTt ytT       （ ） 联解得：          210 1 0 22 0 1 1 0 20 1 0 2l n 1 l n 1l n 1 l n 1l n 1 l n 1ttTy t y tt y t t y ty t y t                              （ ） 电加热锅炉盘管出口温度的串级控制 17 本文选取的分别是 14: 15:00时刻下的盘管温度数值 、 t1和 t2，带入公式 4 45中，算出 T=63,τ =5。 依照此法，同样选取该两个时刻下的锅炉内胆温度数值 、 作为 t’1和 t’2，带入公式45中，算出 T1=64,τ 1=3。 锅炉内胆的静态放大系数 K由公式 K=62。 则 控 制 量 到盘 管 的 温度 模 型 为     51 586 3 1 sG s es   ， 锅 炉 内胆 温 度 模型 为     32 626 4 1 sG s es  ， 近似得到 的盘管温度模型为   sG s e。 模型校验 通过 参数估计 得到的模型，虽然按某种准则在选定的模型类中是最好的，但是并不一定能达到建模的目的，所以还必须进行 模型 检验。 这是辨识过程的重要一环。 在系统输入 u分别作用在系统、模型的 情况下 ， 将 系统输出 y与模型的输出 ym互为比较，若两者并无太大差别， 模型的输出 ym可近似 为 y系统输出 来进行实 验等其他环节。 通过实验获得有限对测试数据（ xi, yi） ,本文 利用这些数据来求取近似函数 y= f (。