PID调节器的调节过程及其参数的整定方法

PCB下载站摘要锅炉汽包水位是锅炉运行中的一个重要的监控参数，它间接反映了锅炉蒸汽负荷与给水流量之间的平衡关系。汽包锅炉给水自动控制的任务是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在规定的范围内。由于给水系统的复杂性，现有的火电厂全程给水控制采用传统的PID控制，其精确数学模型难以建立，并且系统具有大滞后、时变性等一系列特点，往往难以满足火电机组复杂工况要求，所以许多大型火电厂对现有的全程给水控制提出了优化方案。本文首先对控制系统进行时域分析，然后介绍PID调节器的调节过程及其参数的整定方法。重点分析了锅炉的给水控制系统，针对汽包水位控制对象的动态特性表现为有惯性、无自平衡能力的特点，采用先进的智能控制算法之一的模糊控制对其进行控制，并利用MATLAB分别对常规PID控制和模糊PID串级控制进行仿真，结果表明采用模糊PID串级控制方法比常规PID控制方法迟延小、超调量小，使得汽包的动态特性得到优化。关键词：模糊控制；给水控制；PID控制PCB下载站’sadjustmentprocessandtheparameterinstallationmethod.Andhasanalyzedgreatemphasisontheboilforthewatercontrolsystem,thesteamdrumwatercontrolobjectshowtheinertia,thenon-selfregulationability,usesofafuzzycontroltocontrolit,andseparatelycarriesonthesimulationusingMATLABtothetraditionPIDcontrolandthefuzzyPIDcascadecontrol,WithcomparingusingthefuzzyPIDcascadecontrolmethodobtainresultthatisdelayslightly,oversmall,enablesthesteamdrumthedynamiccharacteristictoobtaintheoptimization.Keywords:Fuzzycontrol;Forthewatercontrol;PIDcontrolPCB下载站目录引言………………………………………………………………………………………1第一章控制系统的时域性能分析………………………………………………………21.1一阶系统的时域响应分析………………………………………………………21.2二阶系统的时域响应分析………………………………………………………31.3高阶系统的时域响应分析………………………………………………………6第二章PID控制及其调节过程…………………………………………………………92.1比例调节（P调节）……………………………………………………………92.2积分调节（I调节）………………………………………………………………102.3比例积分调节（PI调节）………………………………………………………112.4比例积分微分调节（PID调节）………………………………………………13第三章PID的整定方法………………………………………………………………183.1齐格勒-尼柯尔斯法则……………………………………………………………183.2广义频率法………………………………………………………………………203.3工程整定法………………………………………………………………………26第四章锅炉给水控制系统分析…………………………………………………………334.1给水控制的任务…………………………………………………………………334.2给水控制对象的动态特性………………………………………………………334.2.1给水流量扰动下水位的动态特性…………………………………………344.2.2蒸汽流量扰动下的水位的动态特性………………………………………354.2.3炉膛热负荷扰动下水位控制对象的动态特性……………………………364.3给水自动控制系统………………………………………………………………364.3.1单级三冲量给水控制系统…………………………………………………374.3.2串级三冲量给水控制系统…………………………………………………414.4给水全程控制系统……………………………………………………………454.4.1全程控制的概念……………………………………………………………454.4.2对给水全程控制系统的要求………………………………………………454.4.3单元制锅炉给水全程控制方案……………………………………………464.5300MW单元机组给水全程控制系统实例…………………………………484.5.1给水热力系统简介…………………………………………………………484.5.2给水全程控制系统原理…………………………………………………48PCB下载站第五章模糊控制理论及系统…………………………………………………………535.1模糊控制理论的发展…………………………………………………………535.2模糊控制系统的原理…………………………………………………………535.3模糊控制器的分类……………………………………………………………555.4模糊控制器的设计……………………………………………………………565.4.1模糊控制器的输入输出变量………………………………………………575.4.2模糊控制规则的设计………………………………………………………575.4.3确立模糊化和非模糊化方法………………………………………………585.4.4采样时间的选择…………………………………………………………59第六章系统仿真…………………………………………………………………………606.1PID系统仿真……………………………………………………………………606.2模糊自适应PID控制系统仿真…………………………………………………616.3两种控制方法的比较…………………………………………………………64结论………………………………………………………………………………………65参考文献…………………………………………………………………………………66附录……………………………………………………………………………………67谢辞………………………………………………………………………………………74PCB下载站引言火电站的热工控制技术水平随着火电机组单机容量的增加和控制仪表的进步而达到崭新的水平。电力生产过程要求单元机组的主、辅机的出力能满足电网的统一、协调要求，而热工控制系统作为实现这一要求的有效手段，担负着机组回路调节、联锁保护、顺序控制等功能。一台大容量单元机组的主辅机设备是十分复杂的，机组运行过程中需要监视和控制的项目和参数很多。特别是在机组启停以及故障处理中，需要进行的操作步骤就更为繁多，稍有不慎，就可能造成严重的事故，带来巨大的损失。在正常运行过程中，对运行参数控制的好坏，也直接影响到机组的经济指标以及设备寿命。因而，现代大容量单元机组的安全经济运行，必须要有与之相适应的自动控制系统来保证。目前，单元机组的自动化系统与设备已成为与机、炉、电气主设备不可分割、同等重要的组成部分。锅炉汽包水位是锅炉运行中的一个重要的监控参数，它间接反映了锅炉蒸汽负荷与给水流量之间的平衡关系，维持汽包水位在正常的范围是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离装置的正常工作，容易烧坏过热器，而汽包水位过低，则可能破坏锅炉水循环，造成水冷壁管烧坏而破裂。目前，锅炉汽包水位控制传统的方法包括：基于PID控制的单级三冲量，串级三冲量等。传统的PID控制器由于结构简单、用途广泛，适用性强、使用灵活。在工业控制中，PID控制是工业控制中最常用的方法，在工业控制中占主导地位。但是,随着火电机组容量的不断扩大，对给水控制系统提出了更高的要求：汽包蓄水量和蒸发面积减少，加快了汽包水位的变化速度；锅炉容量的扩大，显著提高了锅炉受热面的热负荷，使锅炉负荷变化对水位的影响加剧，系统动态特性变化幅度较大。对于上述传统的控制方案效果不佳，而且系统的参数整定困难。为此，一些先进的控制方法引入了控制系统的设计。为了使控制器具有较好的自适应性，实现控制器参数的自动调整，采用了模糊控制理论的方法。目前，模糊控制已成为智能自动化控制研究中最为活跃而富有成果的领域。其中，模糊PID控制技术扮演了十分重要的角色，并且仍将成为未来研究与应用的重点技术之一。本文将模糊控制应用到锅炉汽包水位控制系统，并考虑负荷变化对汽包水位的影响，用模糊控制与PID相结合的控制方法代替传统的PID控制，使得汽包水位的动态特性得到了优化。PCB下载站第一章控制系统的时域分析对控制系统的性能分析，主要从系统的稳定性、过渡过程性能（动态性能）、稳态精度（稳态性能）三个方面着手，即通常所说的：在稳定的前提下，系统的“稳、快、准”特性。分析线性定常系统，常用的有时域分析法，频域分析法和根轨迹法。时域分析法是一种直接分析法，它是通过描述系统的微分方程或传递函数求出系统的输出量随时间的变化规律，并由此确定系统性能的一种方法。本章从时域的角度对控制系统进行分析[1]。1.1一阶系统的时域分析可以用一阶微分方程描述的系统称为一阶系统。其传递函数为TSKsG1)(（1-1）其中，T称为一阶系统的时间常数，)(sG可写成)()()(sRsCsG（1-2）当)(1)(ttr时，一阶系统的输出)