文档介绍：综合成绩优秀( )良好( ) 中等( )及格( ) 不及格( ) 教师(签名) 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月基于自校正 PID 算法的火电机组高加水位控制系统设计一、设计目的 1. 熟悉自校正 PID 控制原理 2. 了解自校正 PID 算法对控制效果的影响 3. 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: 1 ( ) ( 1) s G s e s s ??? 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 1 Step Res pons e Time ( s ec onds )图被控对象动态模型阶跃响应曲线三、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。 1. 常规 PID 控制原理理想连续 PID 控制作用的控制规律可用下式来描述: 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。在火力发电厂中为了能使计算机对上式进行计算, 必须将连续的 PID 控制算法转化成离散的 PID 控制算法. 设采样周期为 Ts ,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: 1 2 0 1 2 1 ( ) ( ) 1 g g z g z u k e k z ? ??? ???上式可表示为: 1 1 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) r F z u k R z y k G z y k ? ??? ?其中 1 1 ( ) 1 F z z ? ?? ?; 1 1 1 2 0 1 2 ( ) ( ) R z Gz g gz g z ? ? ??? ???。图常规 PID 控制器框图 2. 自校正 PID 控制原理自校正 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 1 1 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) r F z u k R z y k G z 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: 1