主汽溫非線性控制的仿真研究 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

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1、遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文目錄第一章引言11.1選題的背景及意義11.2國內(nèi)外發(fā)展水平及面臨的問題11.3課題研究內(nèi)容2第二章非線性PID控制器42.1非線性理論42.1.1非線性控制的經(jīng)典方法及局限性42.1.2非線性系統(tǒng)理論的最新發(fā)展及問題52.2跟蹤微分器（TD）62.2.1跟蹤微分器的數(shù)學(xué)表達(dá)式72.2.2跟蹤微分器的數(shù)學(xué)模型的搭建（simulink下的實(shí)現(xiàn)）82.2.3跟蹤微分器的仿真實(shí)現(xiàn)與分析102.3非線性組合132.3.1幾種典型的非線性組合132.3.2非線性組合的數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)142.3.3非線性組合的simulink搭建及仿真實(shí)現(xiàn)142.4非線性PID控制

2、器152.5、對(duì)非線性函數(shù)fal的影響及假設(shè)172.5.1對(duì)非線性函數(shù)fal的影響172.6對(duì)跟蹤微分器的影響20第三章電廠主汽溫控制系統(tǒng)方案223.1火電廠主汽溫常規(guī)控制方案223.1.1串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)223.1.2仿真實(shí)例233.2火電廠主汽溫非線性PID控制方案24第四章主汽溫非線性控制的仿真研究264.1線性比例與非線性比例作用的比較與分析264.1.1參數(shù)設(shè)置264.1.2仿真實(shí)現(xiàn)與結(jié)果分析264.2線性積分與非線性積分作用的比較與分析274.2.1參數(shù)設(shè)置274.2.2仿真實(shí)現(xiàn)與結(jié)果分析274.3線性比例微分與非線性比例微分作用的比較與分析284.3.1參數(shù)設(shè)置284.3

3、.2仿真實(shí)現(xiàn)與結(jié)果分析294.4線性PID與非線性PID作用的比較與分析304.4.1參數(shù)設(shè)置30III遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文4.4.2仿真實(shí)現(xiàn)與結(jié)果分析304.5非線性PID抗干擾能力測(cè)試與分析314.5.1PID抗干擾能力測(cè)試314.5.2不含TD非線性PID抗干擾能力測(cè)試324.5.3含TD的非線性PID抗干擾能力測(cè)試334.6非線性PID魯棒性測(cè)試與分析34第五章結(jié)論375.1結(jié)論375.2展望37參考文獻(xiàn)39謝辭40III遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文【摘要】電廠鍋爐主汽溫具有大延遲、大慣性、非線性等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的PID控制很難取得滿意的控制品質(zhì)，本文在線性PI

4、D的基礎(chǔ)上，引入跟蹤微分器及非線性模塊，構(gòu)造出一種新型的非線性PID控制器，進(jìn)而提出了汽溫非線性PID控制方案，對(duì)其進(jìn)行仿真，并進(jìn)行了抗干擾能力和魯棒性測(cè)試。結(jié)果表明相比于線性PID，非線性PID具有更好地控制品質(zhì)，并且具有較強(qiáng)的抗干擾能力和魯棒性。關(guān)鍵詞：非線性PID控制器；電廠鍋爐主汽溫；使用Matlab仿真III第一章引言1.1選題的背景及意義在輕工、化工等很多行業(yè)的過程控制中，被控對(duì)象大都帶有滯后特性，例如，熱量、物料和信號(hào)等的轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)換需經(jīng)過一定的時(shí)間，這便造成了許多過程存在大的滯后時(shí)間。無論控制作用如何，在滯后時(shí)間階段，控制作用對(duì)過程變量的影響是不可測(cè)的。更為重要的是，

5、時(shí)間滯后導(dǎo)致了過程變量輸出不能迅速地響應(yīng)控制信號(hào)，這等于在這段時(shí)間內(nèi)反饋?zhàn)饔檬?，而反饋是自?dòng)控制所必須得到的信息。過熱蒸汽溫度是鍋爐運(yùn)行質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，過熱蒸汽溫度或高或過低都會(huì)顯著地影響電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性。過熱蒸汽溫度過高，可能造成過熱器、蒸汽管道和汽輪機(jī)的高壓部分金屬損壞；過熱蒸汽溫度的過低，又會(huì)降低熱效率并影響汽輪機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。所以鍋爐運(yùn)行中保持過熱蒸汽溫度的穩(wěn)定性，對(duì)于減少設(shè)備損耗、確保整個(gè)熱力網(wǎng)安全運(yùn)行具有重大的意義。然而，過熱汽溫控制對(duì)象具有時(shí)變、不確定性和非線性等復(fù)雜特性。過熱器管道較長和蒸汽容積較大，當(dāng)減溫水流量發(fā)生變化時(shí)過熱器出口蒸汽溫度容易出現(xiàn)較大的

6、遲延；負(fù)荷變化時(shí)，主蒸汽溫度對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性變化明顯。此外，主蒸汽溫度對(duì)象還具有分布參數(shù)和擾動(dòng)變量多的特點(diǎn)，這都給常規(guī)的控制帶來一定的難度。PID控制方案是目前應(yīng)用最廣泛的控制策略之一，但若用PID來控制具有顯著時(shí)間滯后的過程，則控制器輸出在滯后時(shí)間內(nèi)由于得不到合適的反饋信號(hào)保持增長，從而導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)超調(diào)大甚至使系統(tǒng)失控。傳統(tǒng)的火電廠主汽溫控制系統(tǒng)大多采用常規(guī)的PID串級(jí)控制方案。但是模型參數(shù)的不確定性以及在控制系統(tǒng)的運(yùn)行中出現(xiàn)環(huán)境變化、元件老化等問題，采用常規(guī)的PID控制就很難取得滿意的控制品質(zhì)。非線性PID控制器是在研究分析經(jīng)典PID控制的基礎(chǔ)上，利用非線性機(jī)制，汲取經(jīng)典PID的

7、思想精華，改進(jìn)其“簡單處理”的缺陷，構(gòu)造出一種新型實(shí)用控制器。它采用非線性機(jī)制以提高控制系統(tǒng)性能的目的。因此，本文提出將非線性PID控制器應(yīng)用到火電廠主汽溫控制系統(tǒng)中，仿真試驗(yàn)結(jié)果表明其控制品質(zhì)由于常規(guī)PID控制。1.2國內(nèi)外發(fā)展水平及面臨的問題40控制理論的形成和發(fā)展，是從1932年乃奎斯特發(fā)表關(guān)于反饋放大器穩(wěn)定性的經(jīng)典論文開始，到現(xiàn)在為止，已經(jīng)經(jīng)歷了經(jīng)典控制理論階段和現(xiàn)代控制理論階段。自動(dòng)控制理論隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、被控對(duì)象種類的增多和控制性能要求的提高，不斷發(fā)展