热工自动控制系统pid参数的整定及其应用研究

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1、内蒙古工业大学本科毕业论文说明书引言目前，电厂热工自动控制系统普遍采用PID控制器。由于热工过程具有较大的滞后和惯性，调试人员根据经验调整控制器参数具有一定的难度，特别是单元机组控制系统有些具有多变量特性，完全由调试人员根据自己的经验进行控制器参数的调整，具有很大的盲目性，即使所调试的控制系统能够正常运行，其控制器参数的整定值也不一定是最佳的。如果能由计算机根据热工过程的动态响应数据，优化整定出控制系统的参数，必能保证机组控制系统调试的质量，提高机组控制系统的性能。因此，对单元机组控制系统参数的优化整定的研究，具有重要的现实意义和很大的工程应用价值。电站单元机组自动控制系统普遍采

2、用的是PID控制器，采用经典的频域控制理论来整定PID参数的方法很多，相应的技术也较为成熟，如广义频率特性法、根轨迹法、Bode图法等。采用频域控制理论整定控制系统参数的先决条件是必须已知被控过程的数学模型(如传递函数等)，而且这类方法是以保证闭环系统具有一定的稳定性为主要目标的，其整定结果不能保证闭环系统对于设定值扰动或内部、外部扰动具有最佳的控制性能。工程整定法是目前在电站热工自动控制系统参数整定中使用较为广泛的另一类方法，它无需被控过程的数学模型，而是根据被控过程的阶跃响应试验曲线的特征参数直接计算出PID参数，因此工程应用特别方便。但这只是一种近似整定方法，所得到的整定结

3、果不是最优的。控制系统的参数整定主要是指PID控制器参数的整定。如果能由计算机根据热工过程的动态响应数据，优化整定出控制系统的参数，必能保证机组控制系统调试的质量，提高机组控制系统的性能。因此，具有重要的现实意义。46内蒙古工业大学本科毕业论文说明书第一章传递函数模型的求取热工过程控制系统的品质，是由被控对象和控制系统各环节的特性及系统的结构决定的。热工过程建模就是通过某种方法建立能够描述被控对象动态特性的数学模型。被控对象的数学模型，对控制系统的设计和分析有着极为重要的意义。一个自动控制系统设计的成功与否，与设计者对被控对象的数学模型的了解程度有很大关系。对于简单的被控对象，若

4、知道它的数学模型，对控制器参数则可以整定得更好些。对于复杂的被控对象，更要求知道其数学模型，这样才能设计出合理的控制系统，才能顺利地投入控制系统，并取得好的控制品质。对象动态特性的建模通常有理论建模和试验建模两类方法。理论建模是通过对对象特性的机理分析，完全由数学方法建立的模型。它要求对象特性的内在机理比较明确，动态特性能够由微分方程精确描述。由于电站热工过程的复杂性，机理分析只能对对象的特性作定性的分析，几乎不可能用理论方法建立其动态特性数学模型。因此，热工过程动态特性模型的求取多采用试验建模的方法，即根据对象动态特性试验数据求取其数学模型。求取被控对象数学模型的试验方法很多。

5、最常用的是阶跃扰动法，其次是脉冲扰动法和正弦波扰动法(频率法)，以及近年来发展起来的相关辩识法。用这些方法求取的数据可以互相转换，这是由于被控对象的数学模型是反映系统固有性质的，与其输入信号的性质无关。阶跃扰动法试验简单，所获得的被控变量随时间变化而变化的响应曲线很直观，便于分析物理过程，可用于控制系统的近似整定计算，易通过数学处理转化成其它形式，或计算出传递函数。矩形脉冲扰动的响应曲线不直观，不便于数学加工，所以一般需把矩形脉冲扰动下的响应曲线转换成阶跃扰动下的响应曲线。频率法和相关辩识法要求加入周期的或随机的输入信号，而且测试时间要求较长，考虑到热工设备运行的安全性和现场试验

6、的方便性，在电站热工过程动态特性试验中一般不采用。因此，热工过程动态特性试验主要采用阶跃扰动法。1.1阶跃响应曲线的测定46内蒙古工业大学本科毕业论文说明书严格地说，热工对象是高阶非线性微分方程描述的复杂对象。通过对对象的机理分析，并在一定假设条件下求出其动态方程，然后进行线性化处理。这是一种较复杂的工作，一般只用来描述新研制对象的动态特性。对运行中的热工对象，用试验的方法测定其动态特性是一种行之有效的方法，也是工程中常用的方法。用试验法测定对象的动态特性，根据试验时加到对象上的扰动信号形式的不同，分为时域法、频域法和相关统计法。其中时域法是目前应用最多的一种方法，其主要内容是：

7、给对象人为地加一阶跃扰动，记录下响应曲线，然后根据该曲线求取对象为传递函数。热工对象的动态特性一般随扰动来源的不同而不同，调节阀扰动下为对象动态特性是最重要的，其次是负荷扰动下的对象动态特性等。因此，工程中总是测试调节阀扰动下的对象动态特性，有条件时也测试其它扰动下的对象动态特性。由于试验时扰动信号要通过调节阀作用到对象，被控参数需经检测元件、变送器的仪表测量转换，然后由记录仪表记录，所以测试结果实际上包括厂调节阀、检测仪表、转换仪表及记录仪表在内的广义对象的动态特性。时域法中，