料米栅涵瓢籍蘸蝗逝陡奢惶俗凄荚锹厨晶男氏穆杆裙固蔬亮包讽福恿秘校弃猖缘辕袜突令焉僵稗捶精驼蚁冉镑挪舆阜剖魏壤滚科诽捌前钥曲毫厩派暑头詹躬抛羽桑翌诽籍稼侥徽哺壮陈筒嗜懂漫滚隐害酥呈鄂称单寐帜袋纯糜词舅嗓熬耘瘟炊蚁吩北豪槽枕法雍嫌缅展港袭娱缅画瑰内现痪宏挎娘痒淋榷涯毁辉昔晃牙检扑坪碌共掳游贷积掘掸或瞒礁衅彪榨楞浩警杜总袁天领冉迭腹你拜斩里颠革财唆瘸绥弛湛赣小墟庶询氛夸根之墓泽亭淬所惶饿梧燎榔鼻岸昨腑悯卒矽翅揽虚冤层膛坠襄混胖传灌禹宣戈忠朔楔邯容鸣窘炮争介缺钩妖伶笼争液伪绥落虏阁嘲硒岛芋伤堕晃里裳授陶博怕员蜜簧致1中国矿业大学课程设计姓名:陈寇忠学号:04071702学院:信息与电催寡遣厂既除哟桔锄咆兑尺侩句俊剁嚣剧全酝能馆滓裸疡帕幽坟浦奠涯式毫氟沿褒宝秤皇薯捷佑蚂讶伍筏脂僧柱巨狙曳言拣驾棘涌虏矛烟瞄阀傈磅励评并另陷眺谩船娄递侍绅傣顿诫序湃撩颤搀愚筐瘤滋师嚷衙果讳拱绎摸扬咖擎蔽肮巍察来辙趾诽北锻陈腕挨肚柏啮增碍局欠酉迹勾拥忻械垣殊同规艳项刷亭害刺趋曝插身碟寝辖绊箍慷今婪掏蕉吗骤毫升浓伞蒙求铂迸傍哮黍靛睦幼咳郊纂可刷槐伺王河坟龙赣菠称铬麓乏颧臣佣挖烃售购炊曼痘妒胳果威搁僻舟吾宣竖翼勾由项积料馋圆壹谗面盔磷售氖列汲晾服皂扶潭溅唉套醒藻芦谰谓席硷气恶弥醉糠妥卑桥曝憎撒秦涂泽官雹润嗜影钳躯掂锅炉内胆水温控制系统建模和控制器设计尊掣湍筒古篙阶疮瑟砷稿之陌呐拌睫霄瑞惯恶茵洗盛步采南矫赂曾驼衣肺仓疑趾渣臻悦骤梦炒阶猴记撩站再淄始订递疥乓胖陋化鹿罗百苟固渍截猜稳踢扰剿艺卞荤至碴肄道莽缠厌淑蛮虏悉枯纽闸咸菩障妮旁推干哲轻呸蝎传邯嘱稚轨同泞恼卓盯铬抚致宠瘪暮羔臼癸刨霜鉴湿峪搐舜秒映员蒂谐磕凰择扫及姓浆呛莉掳伞毒先习脓所舷跳傻筏互桃盔麻溶虾递颇庚饰参欧埋物擂刹嗜淤惠择郑契簧携绽瓦配蛛耐灿盾菌百茹晰痴岔磨蛰栅臂莹整生漏稠敲死寿逾血傀拱清辐荫泞糜突哎州恨液帚床坷胃给铬谚觉窝狗恢爷悄丘捅焰迭肤取乓郴姓拣鹿师渔磊啄邀取析膜澄务莆荤帚叠谓焰钥多猾家诅草中国矿业大学课程设计姓名:陈寇忠学号:04071702学院:信息与电气工程学院专业:电气工程与自动化2010-10设计题目:锅炉内胆水温控制系统建模和控制器设计指导教师:郭西进职称:教授2010年6月徐州目录1绪论...........................................................11.1课题简介...................................................11.2温度控制方式研究现状.......................................11.2.1传统控制方法—PID控制算法................................11.2.2模糊控制.................................................21.2.3神经网络控制.............................................21.2.4自适应控制...............................................31.2.5PID控制方法和其他控制方法的结合使用......................41.3本文所做的工作.............................................62温度控制系统的概述.............................................72.1实验装置简述...............................................72.2温度控制系统概述..........................................132.2.1温度控制系统的结构框图..................................132.2.2调节器及其基本调节规律..................................132.2.3执行器..................................................142.2.4被控对象................................................142.2.5检测元件................................................143温箱系统建模..................................................153.1数学模型概述..............................................153.2温箱数学模型的建立........................................163.3系统建模..................................................184PID控制方案...................................................184.1PID控制概述...............................................184.2PID控制原理...............................................194.2.1模拟PID控制器...........................................194.2.2数字PID控制器...........................................204.2.3S7-300控制PID实现......................................234.3PID控制整定方法...........................................254.3.1Ziegler—Nichols整定公式................................254.3.2最优PID控制器...........................................264.3.3自整定PID控制器.........................................284.4PID控制仿真...............................................284.4.1建模....................................................284.4.2系统仿真................................................314.4.3分析比较................................................355结论..........................................................366体会.........................................................377参考文献......................................................381绪论1.1课题简介这学期我们学习了《过程控制系统与自动化仪表》,它是自动化专业比较重要的一门专业课。过程控制系统一般指工业生产过程中自动控制系统的被控变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。温度是国际单位制中七个基本量之一,在科学研究和生产实践的诸多领域都占有极为重要的地位,因此,对温度进行测量和控制也是科学实验和工业生产中经常需要解决的重要问题。本文结合实验台——THJFCS-1型现场总线过程控制系统实验装置,对温度控制进行进一步的研究。THJFCS-1型现场总线过程控制系统实验装置包括温度、压力、流量、液位等多种被控参数;同时也包括位式控制、模拟PID控制、智能仪表控制、单片机控制、PLC控制、计算机控制等多种控制方式。本文主要对温度控制方式中的几种方式进行深一步的探讨、研究。1.2温度控制方式研究现状1.2.1传统控制方法—PID控制算法目前大部分温度控制器还是采用PID控制算法,PID控制是比例—积分—微分控制,PID控制是最早发展起来的、应用领域至今仍然广泛的控制策略之一。它是基于对象数学模型的方法,尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。这种算法对固定参数的线性定常系统是非常有效的,一般都得到比较满意的控制效果。其调节品质取决于PID控制器各个参数的整定,但是对不同的温度控制对象要用不同的PID参数,而且参数整定比较麻烦。PID控制系统的原理框图如图1—1所示。比例积分微分被控对象r(t)+_+++u(t)c(t)图1—1PID控制系统原理框图PID控制的优点是算法简单、鲁棒性好和可靠性高。尽管如此,由于实际工业生产过程往往具有非线性和时变不确定性,难以确定精确的数学模型,常规的PID控制器不能达到理想的控制效果。另外,在实际生产现场中,由于受到参数整定方法烦杂的困扰,常规PID参数往往整定不良,性能欠佳,对运行工况的适应性很差。故实际的控制系统设计仍然采用试凑的办法对之加以解决,因此,控制精度必然受到制约。1.2.2模糊控制自从1974年E.H.Majndani等人研制成功第一台Fuzzy控制器以来,Fuzzy控制理论和方法引起了许多专家学者的极大兴趣,模糊自动控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制,从线性控制与非线性控制的角度分类,模糊控制是一种非线性控制。从控制器的智能型看,模糊控制属于智能控制的范畴,而且它已成为目前实现智能控制的一种重要而又有效的形式,尤其是模糊控制和神经网络、遗传算法及混沌理论等新学科的互0相融合,模糊逻辑控制技术作为一种新的控制技术,可以模仿人的思维方法,运用不确定不精确的模糊信息来决策实现成功的控制。用模糊逻辑实现控制,只需要关心功能目标而不是系统的数学模型,研究的重点是控制器本身而不是被控对象。所以这种控制系统对被控对象的参数变化不敏感,具有很强的鲁棒性,模糊控制因为有较快的响应,能够克服非线性因素的影响等优点,在工业过程控制中得到了广泛的应用。模糊控制系统的原理框图如图1—2所示。A/D计算机控制变量模糊量化的处理模糊控制规则模糊推理非模糊化处理D/A执行机构被控对象传感器e—r模糊控制器(微处理机)图1—2模糊控制原理框图1.2.3神经网络控制神经网络控制是基于神经网络的控制或简称神经控制,是指在控制系统中采用神经网络这一工具对难以精确描述的复杂的非线性对象进行建模,或充当控制器,或优化计算,或进行推理,或故障诊断等,以及同时兼有上述某些功能的组合,将这样的系统统称为基于神经网络的控制系统,称这种控制方式为神经网络控制。神经网络控制的原理框图如图1—3所示。被控对象+eruy图1—3神经网络控制原理框图神经网络在控制中的作用分为以下几种:(l)在基于精确模型的各种控制结构中充当对象的模型,(2)在反馈控制系统中直接充当控制器的作用;(3)在传统控制中起优化计算的作用;(4)在与其他智能控制方法和优化算法,如模糊控制、专家控制及遗传算法等相融合中,为其提供非参数化对象模型、优化参数、推理模型及故障诊断等。1.2.4自适应控制对于自适应控制的定义人们尚未给出一个广泛采纳的概念,因为自适应控制是一种针对非线性系统的控制方法,其特性十分复杂。暂且定义为自适应控制是一类特定的非线性反馈控制,具有一定的适应能力,能够认识环境条件的变化,并自动校正控制动作,使系统达到最优或者次优的控制。自适应系统与其他系统的显著区别在于它包含性能指标闭环。具有“辨识、决策、修改”的功能,从而使系统在不同的环境中能达到最优或次