文档介绍：综合成绩
优秀（）良好（） 中等（）及格（） 不及格（）
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批改日期
年 月 日
《过程控制与 自 动化仪表》
课程设计报告
院系 电子与电气工程学院
专业 自动化
班级
学号
姓名
2013年6月
一、 设计目的
熟悉自校正PID控制原理
了解自校正PID算法对控制效果的影响
学会如何用MATLAB编程实现对控制系统进行仿真研究
二、 高加水位自动控制系统的背景
在火力发电厂中，高加系统作为主要的辅助设备，对锅 炉给水进行加热通过省煤器直至供给汽包，给水温度的恒 定，直接关系到锅炉的热效率。每一次高加系统的解列，在 不增加煤量的情况下，导致降低负荷30MW/h左右，同时造 成给水温度骤降、引起汽包水位下降锅炉气压不稳定，严重 威胁锅炉的安全稳定运行。因此，为了保持高加水位在正常 范围内调节，保证高加系统稳定的投入运行，是机组安全稳 定运行的前提条件。
在当今的条件下用常规仪表可搭接成典型的单级单回 路调节系统，各环节全由硬件硬接线完成，它存在的缺点是 连接起来很复杂、故障点比较多、调节的品质不高、自动投 入率比较低。基地式高加水位调节仪的优点是测量和调节单 元合二为一，删减了多余的连接部件和电缆，且不存在电磁 干扰的问题；缺点是它比较容易进入不正常的状态，它的气 路复杂、漏点故障点多。它对气源的要求非常高，灰尘和油 污会使调节部件的节流孔堵塞而使调节失灵，气源带水会使
调节部件腐蚀失灵，在冬天甚至会发生结冰冻裂的现象。
高加水位控制系统被控对象动态模型：”)=法甘一
三、自校正PID控制设计方案
在生产过程自动控制的历史发展中，PID控制是历史最 久、生命力最强的基本控制方式。由于PID控制具有原理简 单、使用方便、适应性强、鲁棒性强等特点，所以在电力生 产过程中得到了广泛的应用。大型火力发电厂在我国电力工 业中占有主要地位，大型火力发电机组具有效率高、自动化 水平高等特点。
随着社会的进步和生产技术水平的提高，人们对自动控 制技术所提出的要求也越来越高，自校正PID控制应运而生。 下面在介绍常规PID控制与自适应PID控制的基础上，通过 比较提出自校正PID控制方案。
理想连续PID控制作用的控制规律可用下式来描述:
/、 „ /、 1「/ \ n del"）
u（t） = Kj "少+ 亍 Jo"〃dz + i d~^
式中：e（t）为输入偏差;u（t）为控制过程输出；Kp为比例增益;Ti 为积分时间;Td为微分时间。
为了能使计算机对上式进行计算，必须将连续的PID控 ,每经 过一个采样周期进行一次数据采样、控制运算和数据输出。 离散
PID控制算法可由连续理想PID控制算法直接经离散化 导出。
控制器离散时间传递函数为：二玲丁 e（k） 1 — z
上式可表示为：/=夫（广以（化）-6（广）、（上） 其中尸（广）=1 —尸；R（疽）=G（尸）=g° +您尸+点。
自校正PID控制是自校正控制思想与常规PID控制相结 合的产物，吸收了 2者的优点，不仅需要调整的参数少，而 且能够根据对象特性的变化在线修改这些参数，从而增强了 控制器的自适应能力。
自校正PID控制器的设计思路是：
以式 F0f(k) = R0T)y『(k)-G0i)y(k)为 控制器 基本形式，引入递推算法估计对象参数，并将估计结果按极 点配置法进行控制器参数的设计。
设被控对象为：A(z-1)y(^) = z~dB{z~^u(k) + e(k) (1) 其中：u(k)为输入，y(k)为输出，e(k)为外部扰动，M为纯 延时，且
△(尸)=1 + qrT +
| B(z ° = bQ + b{z 1 +奶1 2 + ... +如 z nh
对系统采用PID控制，为了消除常值干扰，控制器必须 有积分作用。此时，对应的PID控制器可表示为：
气(/)"以)二人(尸)＞「@)-6(尸)＞以)⑵
FJT) = 1+ +... + fnf z
< GjT) = go + gi^T + g2^—2 穴(之1) = G(l) = go + gi + g2
将(2)式代入(1)式得闭环系统输出为:
y(k)= 竺) y (k — d) + e(k)
AF.+z^BG r AF.+z^BG
令闭环多项式为期望传递函数分母多项式，即
A鸟 + Z dBG = Am ⑶
(3)中F、G的参数可利用 MATLAB函数diophantine 进行求解；当人(广