杨铮论文设计答辩课件

实验锅炉自校正PID控制结构原理图
_ — E — _ 最小二 乘 +
参考模 型
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Y
r _
e
PID调 节器
u
实验锅 炉
y
实验锅炉的模型公式 为 闭环系统希望的传 递函数
1 eTs K e s 0.5636 z 2 GP ( z ) Z ( ) s TP s 1 1 0.7987 z 1
PID参数设定窗口界面图
PID参数设定窗口，可用来设定主控 制器和副控制器的PID参数值，还能 进行与PID参数的整定
数据报表窗口界面图
实时曲线窗口界面图
历史曲线窗口界面图
实时报警窗口界面图
结论
•
本论文通过认真地研究和分析了实验锅炉控 制系统，通过实验证明，采用自校正PID调节控制 炉温和常规的PID调节方法控制炉温稳定相比，对 于自校正系统具有很好的适应能力。但仅仅是从 理论上加以论证，还需要经过实践的检验才能证 实，在如何减小误差，提高初值的准确性等方面 仍要改进。
锅炉自校正PID控制
自校正控制
参数设计 机构 调节参数估 计 r(t) — — 估计器
PID调节 器
u(t)
被控对 象
y(t)
自校正控制系统结构图
自校正控制系统结构图如上图所示：系统由三个部分组 成：估计器、参数设计机构、PID调节器。其中，估计器又称 辨识器，用来根据测量得到的系统的输入输出信息，不断地 在线辨识系统的模型结构和参数;参数设计机构是用一定的控 制算法，由辨识得到的参数，来取得响应控制算法的参 数;PID调节器则是形成控制量，送往被控对象，来达到控制 的目标。
以智能模块为核心的实验锅炉 控制系统的设计
姓名：杨铮 班级：自动化10-2BF 指导老师：丁跃浇
研究背景 • 实验锅炉的发展 实验锅炉的炉温控制是一种典型的工业 过程控制对象，例如：在钢铁工业、化工生 产、发电行业、造纸行业、大型机器的制造 和食品的生产加工等领域中，人们都需要对 各类生产生活中使用到的热锅炉、加热处理 炉、反应装置炉等锅炉中的温度进行检测和 控制。
常规PID控制算法 将偏差的比例P、积分I和微分D通过线性 组合构成控制量，对受控对象进行控制。
比例
R(t)
+ _
+ + U(t) Y(t) 被控对 象
积分 微分
PID控制原理图
U ( s) 1 G( s) K P 1 TD s E (s) TI s
K P ——比例系数， 式中， TI ——积分时间常数， — TD —微分时间常数。
PID控制器各校正环节的作用如下： (1) 比例环节：成比例地反映控制系统的偏差 信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以 减小偏差。 (2) 积分环节：主要用于消除误差，提高系统 的精度。积分作用的强弱取决于积分时间常数，越大， 积分作用越弱，反之则越强。 (3) 微分环节：反映偏差信号的变化趋势(变 化速率)，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中 引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作 速度，减少调节时间。
1
Y ( z 1 ) 0.509 U ( z 1 ) 1 0.7812 z 1 0.2882 z 2
锅炉自校正PID算法设计流程图
组态界面设计 组态技术是一种常见的计算机控制技术。使用组 态控制技术设计的测控系统与一般的计算机测控技术 在核心的结构上没有什么本质的区别，其核心结构都 是由传感器、I/O接口、被控对象、计算机和执行机 构等几部分组成
一般计算机控制系统的结构组成
各组态控制界面
系统主界面窗口
画面中设计了一个实验锅炉、一个单容水箱、管 道、流体、水泵、电磁阀、调节开关、报警指示灯、 还设置了画面切换按钮，可实时切换到参数设定窗 口、实时趋势曲线、历史趋势曲线、实时报警窗口、 历史报警窗口和数据表格窗口。还有退出组态界面 的退出按钮
本次课题的工作
•
本论文搭建了试验锅炉对象模型，详 细的阐述了常规实验锅炉炉温控制PID控 制系统设计优点和缺陷控制功能，以及如 何把最小二乘法的思维与常规PID相结合 的，得出了基于最小二乘法的自校正锅炉 炉温PID控制算法。以及如何把自校正PID 应用到以智能模块为核心的实验锅炉稳定 控制系统中，并对自校正PID实验锅炉温 度控制系统进行了matlab仿真分析，并与 常规PID控制的实验锅炉炉温控制系统相 比较，得出了自校正PID能自适应实验锅 炉系统且自动调节PID参数以达到最优控 制，解决了常规PID参数难以设定的问题， 并进行了组态界面设计。
常规PID传递函数
常规PID控制在实际应用中的局限
(1) 因为实现设计的控制系统的元件的物 理特性的限制，会使得PID控制器收集到的测定 信息偏离实际值，从而其产生的控制作用会偏 离理论上要求的控制标准。 (2) 因为在控制系统的设计与建立过程 中，既要注意控制的动态特性，还要注意稳定 性能，所以只能采取折衷综合的方法，这样做 很难去较大幅度的提高控制系统的控制指标。 (3) 对于存在强非线性、快速时变不确 定性、强干扰等特性的对象，控制效果较差