基于pid控制的电锅炉温度控制系统的仿真大学本科毕业论文.docx

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1、基于pid控制的电锅炉温度控制系统的仿真大学本科毕业论文本科毕业论文基于PID控制的电锅炉温度控制系统仿真TheE1ectricBoiIerTemperatureContro1SystemBasedonPIDContro1Simu1ation院系名称：专业班级：学生姓名：学生学号：指导教师姓名：指导教师职称：2014年5月毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得安阳工学院及其它教育机构的

2、学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：日期：目录摘要Abstract:(2)Keywords(2)第1章引言1.1 课题的提出与意义(3)1.2 工业控制的发展概况(

3、3)1.3 传统控制方法的特点(4)1.4 智能控制方法概述(6)1.4.1 智能控制方法的起源、发展和分类1.4.2 智能控制方法的特点(7)1.5 论文的主要研究内容(8)第2章被控对象及控制策略研究(9)2.1 被控对象及其原有控制方案(9)2.1.1 被控对象分析(9)2.1.2 原有控制方案QO)2.2 控制策略研究(11)2.2.1 PID控制基本理论(11)2.2.3 设计PID控制器时注意事项(15)2.3 本章小结(15)第3章控制系统特性及仿真工具的研究(16)3.1 电锅炉温度控制系统特性(16)3.2 仿真工具(18)3.2.1 MAT1AB简介(18)3.3 SimU

4、1ink简介和使用(18)3.3.1 SimU1ink简介与开发环境(18)第四章控制系统仿真研究(20)4.1 PID控制器设计(20)4.2 PID参数的整定(22)4.3 控制系统方案的分析与选择(26)4.4本章小结(27)结论(27)致谢(28)参考文献(28)基于PID控制的电锅炉温度控制系统仿真摘要：温度控制在工业中控制中一直是富有新意义的课题，对于不同的的控制对象有不同的控制方式和模式。温度系统的惯性大，滞后现象严重，难以建立精确的数学模型，给控制过程带来很大的难题。本文以电锅炉为研究对象，研究一种最佳的控制方案，以达到系统稳定，调节时间短且超调量小的性能指标。本文对电锅炉可采

5、用的控制方案进行了深入研究，首选的方案是PID控制。温度PID控制器的原理是将温度偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制。PID控制的重点是参数的调节，本文利用人工整定方法对参数进行整定。借助mat1ab中的Simu1ink工具箱对电锅炉PID控制系统进行仿真分析。结果表明当采用不同的参数整定方法的时候，其仿真出来的效果是不一样的，因此，是否能选择出一种相对来说比较合适的参数整定方法是很重要的，本文采取了三个参数整定的方法，它们分别是Zieg1er-Nciho1s参数整定，Cien-Hrones参数整定和人工参数整定，在这三种方法中，经过多次试验，选取一种最为合适的方

6、法，要求调节时间与超调量都相对来说比较合适。在分析电锅炉供暖系统对控制器要求的基础上，设计相应主程序流程图，然后进行数据的变换，要求仿真出来相应的曲线图，要做到仿真结果简单直观。关键词：温度控制参数整定仿真Simu1ationonPIDContro1SystemofTemperatureforE1ectricBoi1erAbstract:Temperaturecontro1isatopicfu11ofnewmeaningsinindustryztodiferentcontro1object,therearediferentmethodsandmodes.Butitisdifficu1ttoco

7、ntro1we11becauseofcharacteristicsofthetemperatureitse1f,suchasitsgreatinertia,serioustime-1agandthedifficu1tytoestab1ishanaccuratemathematica1mode1oftheobject.Adutyinthisthesisistostudyakindofappropriatecontro1methodtothetemperatureofthee1ectricboi1er.Its,techno1ogyrequirementare:regu1atingtimemustb

8、eshortzovershootmustbesma11andthecontro1systemmustbestab1e.Themethodofthee1ectricboi1ercontro1isstudieddeep1ybythethesis.ThefirstisPIDContro1PrincipIeoftemperaturePIDcontro11eristocontro1theobjectbyth1inearcombinationoftemperaturedeviationsproportiona1,integra1andderivative.InthisthesisxthePIDcontro

9、1systemaresimu1atedbyusingSimu1inkandfuzzy1ogictoo1sinMAT1AB.Whenyouusethediferentwaysofparameterstuning,theresu1tisa1sodiferentzso,itsimportanttofindasuitab1ewayahouttheparameterstuning.Inthisthesis,threemeansofparameterstuningarebeusedztheyareZieg1er-Nciho1sparameterstuningCien-Hronesparameterstun

10、ingandmanpoweradjustinthisthreeways,aftermanytesttofindthemostsuitab1ewayItstechno1ogyrequirementareegu1atingtimemustbeshort1overshootmustbesma11andthecontro1systemmustbestab1e.Inthistesiszbasingontherequestofthee1ectricboi1erheatingsystemtothecontro11erzmainprogramf1owchartshou1dbedevisedxthenchang

11、ethedatasimu1ationthecurvegraphanditshou1dbesimp1enessanddirect1yperceivedthroughthesensesandKeywords:temperaturecontron1;parameterstuning;simu1ation第1章引言1.1 课题的提出与意义在工业生产过程中，控制对象各种各样，温度是生产过程和科学实验普遍而且重要的物理参数之一。在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。温度控制在生产过程中占有相当大的比例，其关键在于测温和控温两方面。温度测量是温度控制的基础

12、，技术己经比较成熟。由于控制对象越来越复杂，在温度控制方面，还存在着许多问题。如何更好地提高控制性能，满足不同系统的控制要求，是目前科学研究领域的一个重要课题。温度控制一般指对某一特定空间的温度进行控制调节，使其达到工艺过程的要求。本文主要研究电锅炉温度控制的方法。电锅炉是将电能转换为热能的能量转换装置。具有结构简单、无污染自动化程度高等特点.与传统的以煤和石化产品为燃料的锅炉相比还具有基本投资少、占地面积小、操作方便、热效率高、能量转化率高等优点。近年来，电锅炉已成为供热采暖的主要设备。锅炉控制作为过程控制的一个典型，动态特性具有大惯性大延迟的特点，而且伴有非线性。目前国内电热锅炉控制大都采

13、用的是开关式控制，甚至是人工控制方法。采用这些控制方法的系统稳定性不好,超调量大，同时对外界环境变化响应慢，实时性差。另外，频繁的开关切换对电网产生很大的冲击，降低了系统的经济效益，减少了锅炉的使用年限。因此，研究一种最佳的电锅炉控制方法，对提高系统的经济性，稳定性具有重要的意义。1.2 工业控制的发展概况工业控制的形成和发展在理论上经历了三个阶段:50年代末起到70年为第一阶段，即经典控制理论阶段，这期间既是经典控制理论应用发展的鼎盛时期，又是现代控制理论应用和发展时期70年代至90年代为第二阶段，即现代控制理论阶段;90年代至今为第三阶段，即智能控制理论阶段。第一阶段：初级阶段。它以经典控

14、制理论为主要控制方案，采用常规气动、液动和电动仪表，对生产过程中的温度、流量、压力和液位进行控制。在诸多控制系统中，以单回路结构、PID策略为主，同时针对不同的对象与要求，设计了一些专门的控制算法如达林顿算法、Smith预估器、根轨迹法等。这阶段的主要任务是稳定系统、实现定值控制。第二阶段：发展阶段。以现代控制理论为基础，以微型计算机和高档仪器为工具，对复杂现象进行控制。这阶段的建模理论、在线辨识和实时控制已突破前期的形式，继而涌现了大量的先进控制系统和高级控制策略，如克服对象时变和环境干扰等不确定影响的自适应控制，消除因模型失配而产生不良影响的预测控制等。这阶段的主要任务是克服干扰和模型变化

15、，以满足复杂的工艺要求，提高控制质量。第三阶段:高级阶段。不论从历史和现状，还是从发展的必要性和可能性来看，控制方法主要朝着综合化、智能化方向发展。尤其近些年来人工智能理论的迅速崛起为控制的智能化提供了一个腾飞的工具。智能控制理论中，专家系统、神经网络、模糊控制系统是最有潜力的三种方法。专家系统在工业生产过程、故障诊断和监督控制以及检测仪表有效性检测等方面获得成功应用;神经网络则可为复杂非线性过程的建模提供有效的方法，进而可用于过程软测量和控制系统的设计上；模糊系统不仅有行之有效的模糊控制理论为基础，而且能够表达确定性和不确定性两类经验，并提炼成为知识进而改善己有控制。应用经典控制理论的前提是

16、:必须有一个高阶微分方程式来描述系统运动状态的数学模型，是建立在频率法的基础上的。而现代控制理论主要用来解决多输入多输出和时变系统的问题，它的数学模型是用一个一阶微分方程组（即状态方程）或差分方程组来描述，是一种时域表示方法。这两种方法在精确数学模型的自动控制系统中发挥了巨大的作用，并取得了令人满意的控制效果。1.3 传统控制方法的特点建立在状态空间法基础上的一种控制理论，是自动控制理论的一个主要组成部分。在现代控制理论中，对控制系统的分析和设计主要是通过对系统的状态变量的描述来进行的，基本的方法是时间域方法。现代控制理论比经典控制理论所能处理的控制问题要广泛得多，包括线性系统和非线性系统，定常系统和时变系统，单变量系统和多变量系统。它所采用的方法和算法也更