管式加熱爐溫度前饋

過程控制課程設(shè)計報告管式加熱爐溫度前饋-反饋控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生：專業(yè)：自動化班級：重慶大學(xué)自動化學(xué)院2012年10目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"前言 1\o"CurrentDocument"管式加熱爐系統(tǒng)描述 1\o"CurrentDocument"1.1管式加熱爐的一般結(jié)構(gòu) 1\o"CurrentDocument"管式加熱爐傳熱方式 2\o"CurrentDocument"管式加熱爐工藝流程 2\o"CurrentDocument"主要控制參數(shù)、操作參數(shù)及影響因素 2方案設(shè)計 3\o"CurrentDocument"方案一 3\o"CurrentDocument"方案二 4管式加熱爐溫度控制系統(tǒng)模型的建立 4\o"CurrentDocument"前饋-反饋控制系統(tǒng)傳遞函數(shù) 4\o"CurrentDocument"過程響應(yīng)分析 6\o"CurrentDocument"PID控制算法 7PID控制各參數(shù)的作用 8MATLAB/Simulink仿真 84.1用ITAE方法設(shè)計控制器 8\o"CurrentDocument"4.2用Ziegler-Nichols方法設(shè)計控制器 10基于MATLAB/Simulink的仿真 12\o"CurrentDocument"前饋-反饋控制與單回路控制模型的比較 12\o"CurrentDocument"5.2基于ITAE方法的仿真模型 13\o"CurrentDocument"ITAE的PI控制模型仿真 13\o"CurrentDocument"ITAE的PID控制模型仿真 14\o"CurrentDocument"5.3基于Ziegler-Nichols方法的仿真模型 14\o"CurrentDocument"Ziegler-Nichols的PI控制仿真模型 14Ziegler-Nichols的PID控制仿真模型 15報告總結(jié) 15\o"CurrentDocument"參考文獻 16前言管式加熱爐是石油煉制、化纖工業(yè)、石油化工和化學(xué)行業(yè)主要的工藝設(shè)備之一，作用是將物料加熱至工藝所要求的溫度，具有操作方便,自動化水平高,加工成本低,傳熱效率高等優(yōu)點。1967年4月，世界上第一臺步進梁式加熱爐由美國米蘭德公司設(shè)計而成，之后，日本中外爐公司設(shè)計的世界上第二座步進梁式加熱爐于1967年5月投產(chǎn)。70年代末，發(fā)達工業(yè)國家己經(jīng)進入大型連續(xù)加熱爐計算機控制的實用階段，但控制策略還主要局限于燃燒控制。目前，加熱爐的模型化及計算機最優(yōu)控制的研究不斷深入，并且己經(jīng)取得了很多成果，發(fā)達工業(yè)國家利用這些成果已經(jīng)實現(xiàn)了加熱爐的模型化和計算機最優(yōu)控制，取得了良好的控制效果，獲得了巨大的生產(chǎn)效益。最近幾年來，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，需要消耗大量的能源，并且環(huán)境污染問題越來越突出，節(jié)省能源、保護環(huán)境已被人們所接受，成為今后科學(xué)技術(shù)發(fā)展的方向。因此，通過國內(nèi)加熱技術(shù)在工業(yè)行業(yè)的應(yīng)用情況的總結(jié)及對比分析，可以預(yù)見出國內(nèi)加熱爐的發(fā)展方向及趨勢。對于現(xiàn)在講品種、講效益的時代，一個加熱爐的自動化水平的高低和加熱形式的多樣性，決定了該加熱爐適應(yīng)的生產(chǎn)行業(yè)。但是隨著計算機控制技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，用計算機來控制加熱爐的智能控制系統(tǒng)進行加熱已成為一個新的發(fā)展方向。目前，國外已研究出多種加熱爐控制模式，實際應(yīng)用各有所長。我國加熱爐微機自動控制起步較晚，但也取得了很大的進展，但迄今為止，國內(nèi)加熱爐的控制（常規(guī)儀表控制或計算機控制）大多還處于人工經(jīng)驗、單值設(shè)定值控制階段。為此，鞍山市戴維冶金科技開發(fā)有限公司經(jīng)過長期的現(xiàn)場實踐，通過對加熱爐加熱過程分析，組成了一支由熱工、計算機、自動控制工程師和專家為主體的攻關(guān)隊伍，并與清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)計算機與自動控制方面的教授、專家合作，開發(fā)出了“軋鋼加熱爐加熱過程優(yōu)化與智能控制系統(tǒng)”，該系統(tǒng)在鞍鋼新軋線材廠天鋼高速線材廠和唐鋼棒線材廠的生產(chǎn)實踐中得到了應(yīng)用，經(jīng)過長期現(xiàn)場生產(chǎn)實踐的檢驗與考核，通過企業(yè)的驗收與鑒定，給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益，受到有關(guān)企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)，冶金爐熱工、冶金自動化、計算機、軋鋼專業(yè)專家及加熱工人的好評。國內(nèi)各種形式的加熱爐發(fā)展到現(xiàn)在，還不能講那一種形式是最先進、最成熟的，都多多少少存在一些問題，還有待我們?nèi)ヌ剿?，如各熱工參?shù)之間和設(shè)計結(jié)構(gòu)之間的定量關(guān)系，控制系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的最優(yōu)化，但計算機控制加熱爐系統(tǒng)是一種發(fā)展方向。1管式加熱爐系統(tǒng)描述管式加熱爐的一般結(jié)構(gòu)管式加熱爐包括5部分，分別是:對流室、輻射室、通風(fēng)系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)及余熱回收系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)中包括:鋼結(jié)構(gòu)、爐管、爐墻（內(nèi)襯）、燃燒器、孔類配通風(fēng)系統(tǒng)：將燃燒用空氣引入燃燒器，并將煙氣引出爐子，可分為自然通風(fēng)方式和強制通風(fēng)方式。對流室：對流室是由輻射室出來的煙氣進行對流傳熱的部分，對流室熱負荷約占加熱爐負荷的20%?30%。輻射室：通過火焰或高溫?zé)煔膺M行輻射傳熱，是加熱爐熱交換的主要場所。輻射室直接受火焰沖刷，溫度較高、所用材料的強度、耐熱性定要好，其熱負荷一般占加熱爐熱負荷的70%?80%，是加熱爐最重要的部位。燃燒系統(tǒng)：是使燃料霧化并混合空氣，使之燃燒的產(chǎn)熱設(shè)備，燃燒器可分為燃料油燃燒器，燃料氣燃燒器和油一氣聯(lián)合燃燒器。余熱回收系統(tǒng)：用以進一步回收離開對流室煙氣中的余熱?；厥辗椒ㄓ?種:一是通過余熱供燃燒用的空氣來回收，使回收的熱量再次返回爐中，稱為“空氣預(yù)熱方式”。另一種是采用同加熱爐完全無關(guān)的其它介質(zhì)回收熱量，稱為“余熱鍋爐”方式，一般采用強制循環(huán)方式，盡量放到對流室頂部。管式加熱爐傳熱方式管式加熱爐的工藝過程就是燃料燃燒釋放出熱量和油介質(zhì)或者其他介質(zhì)吸收熱量，使其升溫，產(chǎn)生相變或同時產(chǎn)生裂化和反應(yīng)等的過程，是供熱和吸熱的過程。燃料在爐膛內(nèi)燃燒后，1000?1500°C的高溫?zé)煔庵饕暂椛涞姆绞綄⒋蟛糠譄崃總鹘o輻射管的外表面，再通過爐管的金屬壁以全傳導(dǎo)的方式傳遞給爐管的內(nèi)表面，又以對流方式傳遞給在爐管中流動的介質(zhì)，使之加熱到工藝上要求的溫度。以較少的傳熱面積，消耗較少的燃料，來完成既定的加熱任務(wù)，是加熱爐的基本工藝要求。管式加熱爐工藝流程圖1管式加熱爐工作流程圖被控對象為管式加熱爐單元，待加熱物料經(jīng)過對流段的對流傳熱和輻射段的輻射傳熱加熱至工藝要求的溫度。待加熱物料進入加熱爐時溫度為TI，流量為Q］。加熱爐輻射段的爐管接受燃燒器火焰和煙氣的輻射傳熱。燃料流量為Q2，燃料流量調(diào)節(jié)閥為V］。在燃燒器中，燃料與空氣混合燃燒，產(chǎn)生的熱量被輻射段爐管內(nèi)的物料吸收。燃燒產(chǎn)生的煙氣帶走大量熱量,這些熱量在對流段進行回收。最終產(chǎn)品（熱物料）的溫度為T。，流量為Q1。主要控制參數(shù)、操作參數(shù)及影響因素被加熱物料爐出口溫度（TO）:被加熱物料的爐出口溫度是加熱爐操作中最重要的一個控制參數(shù)，它的穩(wěn)定與否，直接影響著后續(xù)工藝過程的平穩(wěn)操作和優(yōu)化，影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，影響著加熱爐的長周期安全運行，因此必須控制被加熱物料出口溫度的穩(wěn)定，把加熱爐出口溫度控制在適當?shù)恼`差范圍內(nèi)，但在實際操作中，影響加熱爐出口溫度穩(wěn)定的干擾因素有物料流量（Qi）、進料溫度（TI）、燃料壓力（P2），這些因素都會影響到爐出口溫度的穩(wěn)定，使爐出口溫度偏離控制指標?？刂葡到y(tǒng)的作用，就是要通過控制調(diào)節(jié)輸入燃料的流量（Q2）即控制燃料閥（V］）來克服各種干擾，使加熱爐出口溫度達到工藝上規(guī)定的要求。2方案設(shè)計2.1方案一假設(shè)：燃料流量Q2為以恒定值，即燃料的壓力P2假設(shè)：燃料流量Q2為以恒定值，即燃料的壓力P2為以恒定值。方案：單回路控制系統(tǒng)。HotprocessstreamFuelg日5圖2單回路溫度控制系統(tǒng)processstreamFurnaceGEPRGQ(Tsp)CCc(T)KmM(TGEPRGQ(Tsp)CCc(T)KmM(ThGmGaProcess(Plant)Controller圖3單回路溫度控制系統(tǒng)框圖分析：由圖2可知，如果采用單回路控制系統(tǒng)，當物料壓力或物料流量變化時，先影響爐膛溫度，然后通過傳熱過程，逐漸影響原料油的出口溫度。而溫度調(diào)節(jié)器TC是根據(jù)原料油的出口溫度T。與設(shè)定值Tsp的偏差進行控制。當物料部分出現(xiàn)干擾后，經(jīng)過一段時間后，溫度檢測單元檢測到溫度變化，開始做出相應(yīng)，但此時已有一部分物料的溫度沒有達到要求，且已經(jīng)流出加熱爐，當生產(chǎn)工藝對物料出口溫度T。要求嚴格時，上述簡單控制系統(tǒng)不能滿足要求。結(jié)論：單回路控制系統(tǒng)并不能及時產(chǎn)生控制作用，對物料輸入端的干擾不能及時響應(yīng)，導(dǎo)致物料溫度控制質(zhì)量差。2.2方案二方案：前饋-反饋控制<90FuelgasHotprocessstreamProcess^\stream方案：前饋-反饋控制<90FuelgasHotprocessstreamProcess^\stream0)blowrateFurnace圖4前饋-反饋控制系統(tǒng)GmL圖5前饋-反饋控制系統(tǒng)框圖分析：通常的反饋控制系統(tǒng)中,對干擾造成一定后果,才能反饋過來產(chǎn)生抑制干擾的控制作用，因而產(chǎn)生滯后控制的不良后果。為了克服這種滯后的不良控制，用傳感器接受干擾信號后，在還沒有產(chǎn)生后果之前插入一個前饋控制作用，使其剛好在干擾點上完全抵消干擾對控制變量的影響，因而又得名為擾動補償控制。前饋控制恰好能夠解決方案一中滯后影響，因此在在物料入口端加入一個流量檢測裝置，檢測物料流量，同時將信號反饋到調(diào)節(jié)器中與溫度檢測共同作用調(diào)節(jié)閥，達到控制物料出口端溫度的作用。考慮燃料壓力對燃料的影響，在燃料入口端再加入一個流量檢測裝置，避免了輸入燃料壓力的波動對燃料流量的影響。結(jié)論：這種方案解決了因為加熱滯后引起的物料出口端溫度的變化，提高了物料溫度控制的精度，是一種切實可行的方案。管式加熱爐溫度控制系統(tǒng)模型的建立3.1前饋-反饋控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)加熱爐的對象特性一般從定性分析和實驗測試獲得。從定性角度出發(fā)，可看出其熱量的傳遞過程是：爐膛熾熱火焰輻射給爐管，經(jīng)熱傳導(dǎo)，對流傳熱給工藝介質(zhì)。所以與一般傳熱對象一樣，具有較大的時間常數(shù)和純滯后時間。特別是爐膛具有較大的熱容量，滯后更為顯著，因此加熱爐屬于一種多容量的調(diào)節(jié)對象。

根據(jù)若干實驗測試，并作一些簡化，可以用一階環(huán)節(jié)加純滯后來近似，其時間常數(shù)和純滯后時間與爐膛容量大小及工藝介質(zhì)停留時間有關(guān)，爐膛容量大，停留時間長，則時間常數(shù)和純滯后時間大，反之亦然。將圖5的模型轉(zhuǎn)化為：圖6轉(zhuǎn)化后的系統(tǒng)框圖由上圖可以得：C=[G+GGG*G]L+[GG*G]E(1)LmLFFvp cvpE二R-GC(2)m則：G+GGG*G GG*GC=―L m~FFvpL+ c―vpR(3)1+GGG*G 1+GGG*G圖7干擾通道模型干擾通道傳遞函數(shù)為：C=[G+GGG*G]L(4)LmLFFvp為了消除干擾L對輸出溫度的影響，則式(4)中C=0.GG=-l (5)ffGG*GmLvpG= —,K=0.8ppm-s-L-1,T?4sPTS+1 P Pp

G*亠，K-0.6mV/ppm，T-0.2svTS+1vvvG=Ke-tds，K-2.6mV/ppm，t-0.72smmmdK0.3G——-LTs+10.4s+1LG=Ke-ts，K=1.2mV/ppm，t=0.001smLmLmLmLmLGm為一純滯后過程，因此可以采用帕德逼近(Padeapproximation)算法將其近似為一階模型。G=Ke-tds沁2.61-0.36s(6)mm l+0.36s而GmL的滯后時間非常短，可近似認為GmL=1.2.則根據(jù)公式(5)可得到GFF的傳遞函數(shù)：G=(0.2s+1)(4s+1)(7)ff=-1.92(0.4s+1)3.2過程響應(yīng)分析系統(tǒng)的過程響應(yīng)傳遞函數(shù)為：GPRC8)1.24(81-0.36s)GPRC8)=G*GG=—vpm(0.2s+1)(0.36s+1)(4s+1)從圖8中可以看出，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)的特征根都分布在虛軸的左半平面,因此系統(tǒng)是穩(wěn)定的，從伯德圖上可以看出開環(huán)系統(tǒng)的相角裕量丫=134。，幅值裕量K=17.3dB，因此系統(tǒng)具有較強的抗干擾能力，系統(tǒng)的截止頻率叫=0.186rad/s,截止頻率太小，導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差非常大。圖9系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線穩(wěn)態(tài)值：0.555穩(wěn)態(tài)誤差：44.4%上升時間：2.69s從階躍響應(yīng)曲線可以看出，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差的確非常大，為了對系統(tǒng)進行校正，必須加入控制算法，即Gc。3.3PID控制算法PID控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中被廣泛采用的一種控制方法，是生產(chǎn)過程自動控制的發(fā)展歷程中歷史最久、生命力最強的基本控制方法。在工業(yè)過程控制中，90%以上的控制系統(tǒng)回路具有PD結(jié)構(gòu)。在目前的溫度控制領(lǐng)域，應(yīng)用十分廣泛，即使在科技發(fā)達的日本，PID在其溫度控制應(yīng)用中仍然占80%的比例。PID控制原理PID控制器是一種線性控制器，如圖所示。它根據(jù)給定值r(t)與實際輸出值y(t)構(gòu)成控制偏差e(t)，即表示e(t)=r(t)-y(t)。將偏差的比例、積分和微分通過線性組合構(gòu)成控制量，對被控對象進行控制，故稱PID控制器。圖10PID控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)由模擬控制器和被控對象組成，其控制規(guī)律為：u(t)=k[e(t)+-Je(t)dt+T ](9)pT ddt

3.4PID控制各參數(shù)的作用其中Pk是比例系數(shù)，T?是積分時間常數(shù)，Td是微分時間常數(shù)。簡單的說，模擬PID控制器的各個環(huán)節(jié)的作用如下：比例環(huán)節(jié)：即成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生作用以減小誤差。積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度，積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)Ti,Ti越大，積分作用越弱，反之則越強。微分環(huán)節(jié)：能反應(yīng)偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減小調(diào)節(jié)時間。系統(tǒng)的過程響應(yīng)傳遞函數(shù)為：K 1.248G= e-tds= e-0.72sPRCTs+1 4s+1由過程控制課程學(xué)習(xí)可知，PID參數(shù)調(diào)節(jié)主要有Ziegler-Nichols、ITAE等經(jīng)驗方法，下面我們就Ziegler-Nichols、ITAE兩種方法確定控制器參數(shù)。MATLAB/Simulink仿真4.1用ITAE方法設(shè)計控制器系統(tǒng)的過程響應(yīng)傳遞函數(shù)為時G=—e-tds=1248e-0.72s，相應(yīng)的ITAE參TOC\o"1-5"\h\zPRCTs+1 4s+1數(shù)，如下表所示MinimumITALcriterionForloadchange：t嚴上Fb2andK。=2Controller町5吃biPI0.8590.9770.6740.680——PID1.3570.9470.8420.7380J810,995TOC\o"1-5"\h\z表1ITAE方法PID參數(shù)經(jīng)驗公式采用PI控制時，運用相關(guān)公式計算可得控制其參數(shù)為:10)aT0.859 410)K=—)b= x( )0.997=3.8cKt11.248 0.72dTtTTtT= (f)bIaT4 0.72歸x(〒悶t.8511)得到控制器的傳遞函數(shù)：G=G=K =3.81，85s+11.85s通過MATLAB繪制系統(tǒng)采用ITAE方法PI控制時的階躍響應(yīng)曲線其程序為：kc=3.8;taui=1.85;Gc=tf(kc*[taui1],[taui0]);td=0.72;P1=tf([-td/21],[td/21]);G1=tf(1.248,[41]);Gp=P1*G1;Gc1=feedback(Gc*Gp,1)step(Gc1);輸出結(jié)果為：圖11圖11ITAE萬法PI控制輸出結(jié)果采用PID控制時，運用相關(guān)公式計算可得控制參數(shù)為：0^)00^)0-947=5-5213)Kc=K廠)bi=1248d工F、 4 /0?72、 1Qz-ci/i\T= (F)b2= X( )0.730=1.36(14)iat20.842 42t 0.72t=at(~d)b3=0.381x4x( )0.995=0.28(15)D3T 4得到控制器的傳遞函數(shù)：TTs2+Ts+1 0.3808s2+1.36s+1G=K+d i =5.52x (16)cc Ts 1.36si通過MATLAB繪制系統(tǒng)采用ITAE方法PID控制時的節(jié)約響應(yīng)曲線其程序為：kc=5.52;taui=1.36;taud=0.28;Gc=tf(kc*[taui*taudtaui1],[taui0]);td=0.72;P1=tf([-td/21],[td/21]);

G1=tf(1.248,[41]);Gp=P1*G1;Gc1=feedback(Gc*Gp,1)step(Gc1);輸出結(jié)果為：圖12ITAE萬法PID控制輸出結(jié)果4.2用Ziegler-Nichols方法設(shè)計控制器K 1.248系統(tǒng)的過程響應(yīng)傳遞函數(shù)為時G =——e-tds= e-0.72s湘應(yīng)的Ziegler-NicholsPRCTs+1 4s+1調(diào)節(jié)方法如下圖所示ControllerCohen-CoonZiegler-NicholsP(6-6)32(6-9)PIKK1f)Q+ J(6-7a)KK=0.9—(6-10a)「氣\2jc Id”30+3(Vt)qSg+2o(t詢(6-7b)11=3-3td(6-1Ob)PIDK°K卡制(6-8a)KCK=1.2^-(6-11a)32-6(td/r)(6-8b)Tj=2td(6-1lb)T-t, 4(6-8c)lD=C如(6-11c)表2乙egler-Nichols調(diào)節(jié)方法采用PI控制時，運用相關(guān)公式計算可得控制其參數(shù)為：T 4KK=0.9 =0.9x=5(17)ct 0.72dT=3.3t=3.3x0.72=2.376(18)Id得到控制器的傳遞函數(shù)：G=K匕=5x沁s+1(19)ccTs 2.376sI通過MATLAB繪制系統(tǒng)采用Ziegler-Nichols方法PI控制時的階躍響應(yīng)其程序為：kc=5;taui=2.376;Gc=tf(kc*[taui,1],[taui,0]);td=0.72;P1=tf([-td/21],[td/21]);G1=tf(1.248,[41]);Gp=P1*G1;Gc1=feedback(Gc*Gp,1)step(Gc1);其輸出響應(yīng)曲線如下：T4KK=1.2 =1.2x=6.67(20)ct 0.72dT=2t=2x0.72=1.44(21)IdT=0.5t=0.5x0.72=0.36(22)Dd得到控制器的傳遞函數(shù)：TTs2+Ts+1 0.5184s2+1.44s+1G=K+? i =6.67xccTs 1.44s

通過MATLAB繪制系統(tǒng)采用Ziegler-Nichols方法PID控制時的階躍響應(yīng)其程序為：kc=6.67;taui=1.44;taud=0.36;Gc=tf(kc*[taui*taudtaui1],[taui0]);td=0.72;Pl=tf([-td/21],[td/21]);G1=tf(1.248,[41]);Gp=Pl*G1;Gc1=feedback(Gc*Gp,1)step(Gcl);輸出結(jié)果為：圖14Ziegler-Nichols方法PID控制輸出曲線經(jīng)過分析，ITAE方法設(shè)計PID控制相應(yīng)較快，并且超調(diào)較小，符合要求，而PI控制超調(diào)較大，調(diào)節(jié)時間較長。與Ziegler-Nichols方法設(shè)計的PID控制器相比，ITAE方法調(diào)節(jié)時間短，系統(tǒng)很快穩(wěn)定，但超調(diào)較大，而Ziegler-Nichols方法超調(diào)量較小，但調(diào)節(jié)時間較長?；贛ATLAB/Simulink的仿真5.1前饋-反饋控制與單回路控制模型的比較1□nifwmRandomMuTibero.e\-1/Tirnn■Ef.eur匚r^nHD.60.4S41li-n!! 廠7A04s+1TrsrsferFen2fl.25+1UniiDrmiRm-d-omNIumbGrTrarsfEffFcn23.7O.B■ r0.2^1 I—r43*1IITrarsferFenTranspcalTran&fErFcn1DelayO.C■O.S1： ：l1~1C.2s-H■^S+1■TransferFtnrirsnspmtTran-gfe*FcrTScape□elBy圖15單回路控制模型圖16前饋-反饋控制模型系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線如圖17、圖18所示圖17單回路模型階躍響應(yīng)曲線 圖18前饋-反饋模型階躍響應(yīng)曲線比較圖17和圖18,可以發(fā)現(xiàn)，前饋-反饋控制的穩(wěn)定性明顯好于單回路控制，但是他們都存在加大的穩(wěn)態(tài)誤差。5.2基于ITAE方法的仿真模型5.2.1ITAE的PI控制模型仿真UnrfwmiRandam：圖19ITAE的PI控制模型ITAEPI控制模型的階躍響應(yīng)曲線如圖20所示圖20ITAEPI控制模型的階躍響應(yīng)曲線5.2.2ITAE的PID控制模型仿真圖21ITAE的PID控制模型ITAEPID控制模型的階躍響應(yīng)曲線如圖22所示圖22ITAEPID控制模型的階躍響應(yīng)曲線5.3基于Ziegler-Nichols方法的仿真模型5.3.1Ziegler-Nichols的PI控制仿真模型dL.-clTr-snspcfLSslrft 搭ti臨1T-enstoFoi32Esdn1 Incagrat^rldL.-clTr-snspcfLSslrft 搭ti臨1T-enstoFoi32Esdn1 Incagrat^rlIirarafeTFairranrfjsfFoulGflilr>5□.2SH-10.2s十104,+1HUnrfcmriiRardamt-hjmbQf圖23Ziegler-Nichols的PI控制仿真模型Ziegler-Nichols的PI控制模型的階躍響應(yīng)曲線如圖24所示

圖26Ziegler-Nichols的PID控制模型的階躍響應(yīng)曲線綜合上述仿真結(jié)果，我們可以得出：1.運用前饋控制可以很好地減小干擾對系統(tǒng)輸出的影響，提高了系統(tǒng)的魯棒性。2.運用PID控制時在超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間等性能指標均優(yōu)于PI控制，因此，在時滯系統(tǒng)前饋-反饋控制中選用PID控制可以得到較理想的效果。6報告總結(jié)本文是對管式加熱爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計，通過幾天的努力對該結(jié)構(gòu)有了較為深刻的研究，也進一步熟悉了該系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)形式、工作原理及各個器件的左右和設(shè)計。課程設(shè)計期間，借用圖書館的書籍及通過網(wǎng)絡(luò)上的搜索，查閱了許多關(guān)于本設(shè)計的書籍及資料，學(xué)會了如何使用現(xiàn)有的圖書館資源。與有共同設(shè)計內(nèi)容的同學(xué)交流，分析、整理和研究課題，先確立了設(shè)計基本思路，遇到問題時查閱相關(guān)的資料，最后完成了整個設(shè)計。在設(shè)計過程中，從拿到題目，方案的設(shè)計到方案的確定，都經(jīng)過了嚴謹?shù)乃伎?，回路的設(shè)計，調(diào)節(jié)器的正反作用的確定，被控參數(shù)的選擇，使系統(tǒng)能夠達到設(shè)計目的。在設(shè)計過程中，其他同學(xué)曾耐心給于幫助，使我們得以最終完成這次關(guān)于管式加熱爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計。我們以前學(xué)習(xí)的知識，根本不知道、不清楚哪些知識該用到哪些地方，什么時候用。學(xué)校安排的這次課程設(shè)計，通過自己查資料，了解情況，讓我們清楚學(xué)的知識與現(xiàn)實工業(yè)生產(chǎn)之間的聯(lián)系，使得我們對知識更加了解和鞏固。通過這次設(shè)計，我們對過程控制系統(tǒng)在工業(yè)中的運用有了深入的認識，對過程控制系統(tǒng)設(shè)計步驟、思路有了一定的了解和認識。我學(xué)到了控制系統(tǒng)的設(shè)計方法和步驟，拓展了知識面，有了工業(yè)工程中控制系統(tǒng)起到重要作用。與其同時，在團隊的協(xié)作中使我們在與人共事之中學(xué)會了交流學(xué)會合作。因為在今后的工作中一個人獨立完成而不與他人合作，是基本不可能的，所以在這次課程設(shè)計中也鍛煉了我們的團隊的協(xié)作精神，為今后的學(xué)習(xí)和工作積累了經(jīng)驗，是一筆難得的財富。這次課程設(shè)計我們收獲頗豐，不僅復(fù)習(xí)鞏固了過去學(xué)習(xí)的知識，同時深入了MATLAB的編程及調(diào)試，體會到了