2023年SIMULINK加热炉非线性控制.docx

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1、2023年SIMULINK加热炉非线性控制 第一篇：SIMULINK加热炉非线性限制 基于Simulink的加热炉温度非线性限制系统设计 摘要 当前工业用加热炉的限制系统多接受PID限制，但是这种基础的限制算法并不能够适应现场的非线性的限制任务，因此对于非线性的限制，本文提出利用双曲余弦函数对传统的PI限制算法进行改良，让其能够对非线性限制系统进行更合理高效的限制，提高限制系统的各项指标。本文首先对加热炉测温适用的传感器进行了介绍，之后进行了限制器的设计，参数优化以及仿真试验。关键词：非线性限制系统 双曲余弦 加热炉 限制系统仿真 Abstract Current industrial hea

2、ting furnace control system with PID control, but the foundation of the control algorithm can not adapt to the field of non-linear control tasks, so for nonlinear control is proposed in this paper by using hyperbolic cosine function of the traditional PI control algorithm was improved, allowing it t

3、o the nonlinear control system for a more rational and efficient control, improve the control system of indicators.This paper firstly introduces the application of furnace temperature sensor, then the controller design, parameter optimization and simulation experience.Key Words:Simulation of control

4、 system of hyperbolic cosine heating furnace for nonlinear control system 第一章 温度传感器测量原理 1.1温度传感器介绍 1.1.1温度传感器 温度传感器是通过检测外界温度来转化成温度数值的仪器，在温度测量中，温度传感器是最重要的器件，一般的温度传感器是通过将温度的凹凸转化为电阻大小或热电势大小，进而转化为温度信号，通过AD转换得到温度数值。以上两种原理分别称为热电阻温度器和热电偶温度器。同时，温度测量器还依据测量方式分为接触式和非接触式两种。1.1.2温度传感器分类 1接触式温度传感器 接触式温度传感器多数通过温度的

5、传导，让测量温度和温度传感器的温 度一样，从而获得温度的数值。接触式温度计明显具有测量精度高的优点。 图1-1 接触式温度传感器 温度传感器主要分为双金属温度计，压力温度计，热敏电阻式温度计，玻璃液体温度计等。不同的形式用于不同的温度场合，比方农业，工业，商业等部门，具体行业包括国防，冶金，石油化工，电子，医药，食品等。这说明温度传感器的应用范围广，不仅测量物体内部的温度分布，甚至低温环境下也出现了温度传感器的应用。低温气体温度计，蒸气压温度计，量子温度计，低温热电阻温度计等，这些温度计的要求更高，具体表如今精确性高，器件体积小等。当然，在部分运用条件下测量误差较大，比方较小的，运动的测量目标

6、。 2非接触式温度传感器 非接触式的仪表，顾名思义，是测量元件与被测的目标不接触，它的应用主要集中在运动的物体，测量目标小，温度转变快，热容量小的情形。比方辐射测温仪表，利用的测量原理是利用黑体的辐射定律进行温度的测量。 非接触式测温仪表的优点主要是耐温范围大，可在高温环境下测量，同时当前温度仪表出现基于红外技术测温原理的仪表，提高区分率，提高运用范围，测量精度也得到改善。 图1-2 非接触式温度传感器 辐射测温法可以测量光度温度，辐射温度和闭塞温度，而其中想要测量真实温度就需要获得黑体温度，也就是汲取全部辐射而不反光的物体所测得温度。但是，这种测量方法精度不高。由于受到外表状态的影响，材料外

7、表放射率的修正难以精确获得。辐射测温法是工业生产中常用的温度测量方法，应用于各种工业场合，比方用于金属加工，冶炼时的温度测量。其中，测量物体的外表放射率是该测量过程中的主要待解决问题。常见的方法是利用光的反射进行有效辐射的提高，比方增加反射镜，让被测的外表形成一种空腔的结构，辐射次数的增加，能够提高有效的放射系数，这样利用该系数修正测得的温度，对获得温度进行修正，提高获得温度的精度。目前最常见的附加反射镜是半球式。通过半球外表的漫反射又重新通过镜反射到半球镜外表，经过多次辐射，获得有效放射系数高的反射结果。 对于测量气体和液体，我们可以加入一些介质来变更有效放射系数，比方一些管状的耐高温材料，

8、形成空腔结构。该空腔的温度值对空腔底部介质的温度进行修正即得到真实的温度。 1.2温度传感器热电阻的应用原理 热电阻温度传感器是测量精度较高，测量范围较广的一种测温手段，广泛制成标准仪表用于校对测温仪表，并大量应用于工业现场。其中铂元素制成的热电阻综合性能最好。 1.2.1温度传感器热电阻测温原理及材料 温度传感器热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。温度传感器热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，如今已起先接受甸、镍、锰和铑等材料制造温 度传感器热电阻。 1.2.2温度传感器热电阻的分类 1精通型温度传感器热电阻 这种温度传感器热电阻

9、的适用范围最广，通过热电阻的阻值转变来得到温度转变，这是一种简洁好用的干脆测量方法，由于没有较多的中间转换，因此精确度也较高。 这种热电阻可能会由于导线上电阻的转变而出现测量误差，因此测量的时候多考虑补偿导线的方式减小误差，同时接受三线制进行传感器和变送器的连接。 2铠装温度传感器热电阻 铠型热电阻温度传感器是对热电阻部分增加了爱惜措施，具体表现为在热电阻外围包袱上一层不锈钢套管材料，大约直径在2-8毫米，这种结构的好处是减小热惯性引发的测量误差，同时可以抗氧化，抗外部力的破坏，抗震，耐冲击。此外安装便利和寿命长也是这种器件的优势。3端面温度传感器热电阻 端面温度传感器热电阻感温元件由特殊处理

10、的电阻丝材绕制，紧贴在温 度计端面，其结构如图2-1-8所示。它与一般轴向温度传感器热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。 端面型温度传感器热电阻主要测量端面的温度，外部结构是通过电阻丝缠绕成感温元件，贴在测量元件的端面 4隔爆型温度传感器热电阻 温度传感器为适应不同运用场景，会对原有装置进行改造，比方隔爆型热电阻是用来防止爆炸性混合气体在传感器变送端因为电子器件产生电弧而引起爆炸。它的原理是将热电阻的接线部分隔离，放在接线盒内，防止出现爆炸时引发工业现场的爆炸。隔爆型热电阻可以在B1aB3a级区的工业生产场所运用。 1.2.3温度传感器热电阻

11、测温系统的组成整套测温装置由感温元件，变送器，导线，显示装置组成，连接时接受三线制或四线制居多，通过变送器将检测到的温度信号转化成4-20mA电流信号。 1.3温度传感器测量原理分类 1双金属片式传感器 金属材料的传感器的原理是金属在温度转变时，其结构会发生一个伸展的转变，通过检测这一转变换算成电流信号。 双金属片传感器是通过金属片在温度转变下弯曲而进行温度检测的，它的原理类似于应变片的压力传感器，由两片金属片片合在一起，但两种金属的材料不同，受热膨胀的程度也不同。温度转变时金属片的两部分膨胀有差异，导致金属片发生弯曲，将弯曲程度转化为输出的电信号。2双金属杆和金属管传感器 这种传感器的原理与

12、金属片类似，温度转变时金属杆管的膨胀系数不同，因此长度增加的程度不同，将长度的增加转化成电信号即可进行温度的测量。 3液体和气体的变形曲线设计的传感器 液体和气体随着温度的转变，许多指数如气体膨胀，液体的流淌性，感应偏差，挡流板等，也会随之转变，其中主要是体积转变。例如气体随着温度上升而膨胀，发生位移转变，将这一转变转化成温度指示。从原理上我们可以推想这些传感器在温度转变不大的时候测量精度并不够高。4热电阻传感器 金属随着温度转变，其电阻值也发生转变。对于不同金属来说，温度每 转变一度，电阻值转变是不同的，而电阻值又可以干脆作为输出信号。电阻共有两种转变类型： 正温度系数：温度上升 = 阻值增

13、加 温度降低 = 阻值削减 负温度系数：温度上升 = 阻值削减 温度降低 = 阻值增加 5热电偶传感器 热电偶温度传感器由不同的金属导体线组成，由于不同材料的传热系数不同，金属加热导体后在两个不同的导体上产生热电势，一端焊接在一起放入测量的温度环境中，另一端放在常温环境中，通过检测热电势的不同，根据热电偶分度表来获得对应的温度。 热电偶的优势在于测量较为精准，因为温度转变与热电势的转变对应，灵敏度高。此外因为这种传感器的材质问题，可以有较好的延长，因此在温度转变过快的环境中也能测量到对应的温度。 一般热电偶的电势值在0-20mV左右转变，在温度转变1的时候或许能够转变20uV左右。其次章 K型

14、热电偶特性测试 2.1 K型热电偶简介 金属热电偶传感器根据材质不同可分为S,T,K,N等十余种型号，其中K型热电偶是比较主流的一种，他的元素组成是镍铬正极-镍硅负极。当然目前国内还出现了镍-镍硅组成的新型热电偶。而国外多数是镍-镍铝型的热电偶。但是这些材质都属于K型热电偶，测量时都可以运用这种型号热电偶的分度表。运用时，K型热电偶两导体接触的一段放入被测量的温度环境下，另一端则放置于常温环境下，由于温度不同，导体间产生热电势差，因此通过电位计测量电压值，再比照分度表就可以得到当前测量的温度。2.2 K型热电偶特点和适用范围 K型热电偶的特点如下： 1)适用温度范围广，一般能耐1000-120

15、0度的高温。 2)抗氧化性强，多数在工业现场中氧化性强的场合中运用，有时还在电极上附着Mg元素的抗氧化添加剂，提高抗氧化实力。 3)抗还原性差，在有还原性的环境下只能测量几百度的介质，否则会出现腐蚀现象。假如在这种环境下运用需增加爱惜装置改装成铠型传感器。4)价格较低，性价比高。为了提高精度甚至可以考虑多组热电偶同时运用，得到数据进行处理在获得温度值，更加精准。5)测量时具有良好的线性特性。 6)当温度转变时，同一温度先后两次测量的值不同，这说明在温度转变过程中虽然灵敏度高，但是稳定性较差。 2.3 K型热电偶在阶跃温度转变条件下的时间响应特性 K型热电偶具有许多特性，比方具有良好的线性特性，

16、对K型热电偶有许多试验进行了特性的探讨，如阶跃温度下热电偶的时间特性。投入法是温度传感器试验的常见手法，其方法是将温度传感器快速放入一个介质中，相当于给温度传感器一个阶跃的温度信号转变，通过视察传感器的输出值，来获得整个过程的转变曲线，称之为动态特性。 该试验根据二阶闭环限制系统的阶跃特性数学模型，设计了变量来进行对比探讨，如是否增加电极外表的抗氧化性，是否进行等阶跃转变，是否增加外部的套管等。在不同的方式下获得了较好的试验结果，记录了不同条件下响应特性的转变。 3.铂热电阻特性测试 热电阻的原理：铂丝电阻值会随着温度的转变而呈现不同的阻值。假如依据0摄氏度时阻值的大小可以有多种型号，Pt10

17、0阻值100欧，Pt10阻值10欧等，Pt100测量范围比较大，一般在-200850摄氏度。而Pt10热电阻的感温元件是接受比较粗的铂丝电阻经过绕制而制作成的，所以他的耐温性能明显比PT100好得多，主要适用于在650度的环境下运用，同样的PT100能够在这样的环境下运用，但是不能够产生A级错误。 纵观热电阻的原理以及运用处径，热电阻就是把实际环境的温度转化成一种数字型号可以用来监控或者测量某种物体的温度的原件，一般工业过程中就需要把热电阻与计算机限制系统通过引线连接起来，或者也可以连接在一般的仪表之上，那么在实际工业现场，热电阻就必需能够实施的传输现场的温度，就是安装在现场或是在高温度锅炉中

18、也或是在液体中，一般都会与计算机或者限制室有确定的距离，这也成为影响热电阻测量精度的主要因素之一。 热电阻的引线模式有三种： 1二线制：在热电阻的两端各自连接一根导线用来引出信号。这虽然这种方法很是简洁，但有一个问题，这么长的导线必定会有引线电阻R，那么导线电阻R就和长度以及材料有关，所以此种方法只能是用于测量精度要求精度较低的场合。 2三线制：除了像上文那样两节连根导线以外，还要在热电阻的底部连接一根引线，它的作用就是这样的模式一旦与电桥奇异的结合，就能到达较好的引线电阻影响，这也是工业现场大多数应用这种线制的缘由。3四线制：就是在三限制的基础上，又在底部加装一根引线，在低端的两边，这样构成

19、的四线制，一种有两根是为热电阻供应电流，完成R到电压的转换，另外的两根导线就可以吧U引出来引导上级仪表，由此可以看到，不断的增加引线就是为了消退热电阻传输过程中带来的误差影响，这种四线制热电阻主要适用于更高精度的测量。本次设计中，我们接受了三线制，缘由就是为了消退而限制过程中引导线过长而引起的电阻方面的误差。那么就要结合电桥电路来消退三线制方面带来的误差了，我们把三线制热电阻作为了电桥的一个桥臂，成为桥臂电阻的一部分，导线部分会随着外界不断不转变的温度，造成测量误差。接受三线制以后，其中一根导线与电桥的电源连接，其余的两根与电桥的桥臂连接，这样就是为了消退到现代的误差。从电路的原理上来看，两边

20、的电桥桥臂是对称的，所以他们在电路上的特性就是相反的，运用这个原理就可以在很大程度上消退误差。 热电阻分类以及特点： 1热电阻的测温系统一那么就是有热电阻，导线还有对应的显示仪表组成。同时应当值得留意的是： 1.热电阻与仪表必需保持一样的分度号； 2.为了消退连接导线的误差，即导线随温度电阻转变，必需接受三线制测温。 2铠装热电阻：它是由感温元件，导线，绝缘材料以及不锈钢的套管组合成的坚实的实体，一般尺寸为外径18mm，最小的有1mm，相对于一般的热电阻，他有很多优点，比方说： 1.体积较小，所以内部构造没有空气的影响，而且测量反应速度快没有滞后； 2.机械性能好。兼顾能够抵抗足够的冲击力；

21、3.灵敏性高，可以弯曲适合不同形态的现场； 4.寿命长，可以长期运用。 3端面热电阻。这个元件是由经过特殊处理的电阻丝绕制而成，他的电阻丝紧紧地贴在温度计的外表。星队以一般的轴向热电阻，它能够更加快速的反映当时的温度，这样的热电阻适用于测量轴瓦以及其他机件的端面温度，这样的环境要求较高。 4隔爆型热电阻。之所以叫做隔爆型，是因为有一个特殊结构的接线盒，它能够使内部与外部完全的隔绝。因为外界火花或者其他因素，所以电阻的断路修理确定会变更电阻的阻值使测量不够精确，因此应当更换新的电阻，假如硬是要修理的化就应领先检测合格之后再运用。 4.了解接受双曲余弦增益的非线性PI的理论和应用 PID 限制器由

22、于结构简洁、运用便利等特点在工业限制中得到广泛应用。然而，对具有显著的非线性、大惯性、大滞后等特点的蒸汽温度进行有效限制始终是国内外探讨的一个难题。为解决传统PID 对限制性能方面被控量不能刚好反映系统所承受的扰动、调整时间增大、速度趋缓的制约，多年来众多学者纷纷提出各种方法提高限制系统的性能。文献1提出了一种基于神经网络意料模型的模糊神经限制实现过热汽温的限制。文献2提出一种通过在线调解可调因子的PID 型自适应模糊限制。文献3根据被控对象模型的参数摄动范围及概率密度分布，结合遗传算法设计优化串级PID 限制器。文献4 引入增益自适应Smith预估限制设计汽温限制器。文献5 引入二次型性能指

23、标，设计大滞后系统的基于改良灰色意料模型的自适应PID 限制。文献6将双曲余弦函数增益这一非线性函数引入PID 限制，通过系统偏差的大小对PI 参数进行调整，在无延迟的一阶、二阶对象的限制中取得了较好的效果。 本文基于一种双曲余弦增益的非线性PI 限制器，设计了结构简洁易于实现的蒸汽温度的棒限制器。仿真结果说明引入双曲余弦增益的非线性PI 限制器对蒸汽温度限制系统的动态性能得到显著改善，具有良好的抵抗干扰实力和鲁棒性。 5.在MATLAB/SIMULINK下设计接受双曲余弦增益的非线性PI限制器； 当前工业对加热炉限制多数运用PI限制算法或者PID限制算法，但是基础的PI算法针对线性系统，而实

24、际运用中多数要面临非线性系统，也就是在整个闭环传递函数中加入非线性的函数环节，到达对非线性系统的限制。这也是对传统的比例积分限制的一种改良，能够提高限制精度，获得更好的限制效果，如削减限制时间和超调量等。双曲余弦增益是一种适用于非线性PI限制的非线性函数，能够到达非线性限制。双曲余弦增益主要利用了误差e对系统的影响，具体表达式如下： k(e1)= ch(k0 e1)= exp(k0 e1)+ exp( k0 e1)/2 e1 = e(t)，| e(t)| emax emaxsgn(t)，| e(t)| emax(1) u(t)= k(e1)Kpe(t)dt + Kit0e(t)dt +Kdde

25、(t)dt(2)在上述公式中：k0是非线性的增益参数，然后kp以及ki分别是比例积分的系数。我们根据这个限制方程在MATLAB的simulink上搭建如下列图所示的限制器模型以便对模型进行进一步的模拟以及调整。 其中Kp和Ki是比例环节和积分环节的系数。基于此函数我们构建闭环系统非线性限制器，利用simulink进行搭建仿真限制模型，观测该限制器的实际效果，模型结构图如图5-1所示。 图5-1 仿真模型图 其中应当留意的一点是：非线性部分假如不对误差e加以限制，就可能会导致整个限制回路的不稳定性，如因为非线性增益补偿过大，导致线性部分变为不能控部分。因此通过限制ke的大小来避开这个问题。其中当

26、k0=0.125的时候，emax=5时，ke会随着误差的转变而转变。如图5-2所示。 图5-2 函数曲线图 6.加热炉温度智能限制系统设计 6.1设计的目的及意义 加热炉被广泛应用于工业生产和科学探讨中。由于这类对象运用便利，可以通过调整输出功率来限制温度，进而得到较好的限制性能，故在冶金、机械、化工等领域中得到了广泛的应用。 在一些工业过程限制中,工业加热炉是关键部件,炉温限制精度及其工作稳定性已成为产品质量确实定性因素。对于工业限制过程,PID 调整器具有原理简洁、运用便利、稳定牢靠、无静差等优点,因此在限制理论和技术飞跃进展的今日,它在工业限制领域仍具有强大的生命力。 在产品的工艺加工过

27、程中，温度有时对产品质量的影响很大，温度检测和限制是特别重要的，这就需要对加热介质的温度进行连续的测量和限制。 在冶金工业中，加热炉内的温度限制干脆关系到所冶炼金属的产品质量的好坏，温度限制不好，将给企业带来不行弥补的损失。为此，牢靠的温度的监控在工业中是特别必要的。 6.2 限制系统工艺流程及限制要求 6.2.1 生产工艺介绍 加热炉是石油化工、发电等工业过程必不行少的重要动力设备，它所产生的高压蒸汽既可作为驱动透平的动力源，又可作为精馏、枯燥、反应、加热等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，作为动力和热源的过滤，也向着大容量、高参数、高效率的方向进展。 加热炉设备根据用处、燃料性质、压

28、力凹凸等有多种类型和称呼，工艺流程多种多样，常用的加热炉设备的蒸汽发生系统是由给水泵、给水限制阀、省煤器、汽包及循环管等组成。 本加热炉环节中，燃料与空气依据确定比例送入加热炉燃烧室燃烧，生成的热量传递给物料。物料被加热后，温度到达生产要求后，进入下一个工艺环节。用泵将从初馏塔底得到的拔顶油送入加热炉中加热到360 370 后，再送入常压分馏塔中。经分馏，在塔顶可得到低沸点汽油馏分，经冷凝和冷却到30 40 时，一部分作为塔顶回流液，另一部分作为汽油产品。此外，还设有12个中段回流。在常压塔中一般有34个侧线，分别馏出煤油、轻柴油。 侧线产品是按人们的不同需要而取的不同沸点范围的产品，在不同的

29、流程中并不相同。有的侧线产品仅为煤油和轻柴油，而重油为塔底产品；有的侧线为煤油、轻柴油和重柴油，而塔底产品为常压渣油。 初底油用泵加压后与高温位的中段回流、产品、减渣进行换热，一般换后温度能到达260C以上，假如换热流程优化的好，换热温度可到达310C左右。初底油在进入常压炉进一步加热至365C各装置设定的炉出口温度随所炼不同原油的组成性质而差异，一般都在360C至370C之间。最终初底油进入常压塔进行分别。 加热炉设备主要工艺流程图如图2-1所示。 图2-1 加热炉设备主要工艺流程图 6.2.2限制要求 加热炉设备的限制任务是根据生产负荷的需要，供应热量，同时要使加热炉在平安、经济的条件下运

30、行。依据这些限制要求，加热炉设备将有主要的限制要求： 加热炉燃烧系统的限制方案要满意燃烧所产生的热量，适应物料负荷的需要，保证燃烧的经济型和加热炉的平安运行，使物料温度与燃料流量相适应，保持物料出口温度在确定范围内。 6.3 总体设计方案 6.3.1系统限制方案 随着限制理论的进展，越来越多的智能限制技术，如自适应限制、模型意料限制、模糊限制、神经网络等，被引入到加热炉温度限制中，改善和提高限制系统的限制品质。 本加热炉温度限制系统较为简洁，故接受数字PID算法作为系统的限制算法。接受PID调整器组成的PID自动限制系统调整炉温。PID调整器的比例调整, 可产生强大的稳定作用;积分调整可消退静

31、差;微分调整可加速过滤过程, 克服因积分作用而引起的滞后。限制系统通过温度检测元件不断的读取物料出口温度，经过温度变送器转换后接入调整器，调整器将给定温度与测得的温度进行比较得出偏差值，然后经PID算法给出输出信号，执行器接收调整器发来的信号后，根据信号调整阀门开度，进而限制燃料流量，变更物料出口温度，实现对物料出口温度的限制。 本加热炉温度限制系统接受单回路限制方案，即可实现限制要求。在运行过程中，当物料出口温度受干扰影响变更时，温度检测元件测得的模拟信号也会发生对应的变更，该信号经过变送器转换后变成调整器可分析的数字信号，进入调整器，将变动后的信号再与给定相比较，得出对应偏差信号，经PID

32、算法计算后输出，通过执行器调整燃料流量，不断重复以上过程，直至物料出口温度接近给定，处于允许范围内，且到达稳定。由此消退干扰的影响，实现温度的限制要求。 6.3.2 系统结构和限制流程图 根据限制要求和限制方案设计的加热炉温限制系统结构如图3-1所示, 该系统主要由调整对象(加热炉)、检测元件(测温仪表)、变送器、调整器和执行器等5个部分组成, 构成单回路负反馈温度系统。 其中显示器是可选接次要器件，故用虚线表示；为物料出口温度，Qg为燃料流量。箭头方向为信号流淌方向，温度信号由检测元件进入限制系统，经过一系列器件和运算后，由执行器变更燃料流量，进而实现温度限制。 图3-1 加热炉温度限制系统

33、结构图 图3-2 加热炉温度限制系统整体限制流程图 Qg为燃料流量，为物料出口温度，加热炉作为限制对象。 7.限制器参数优化 我们上述讲的非线性PI限制器还缺乏一个较好的参数整定方案。由于许多不确定因素还有一些外部扰动的影响。导致我们想要找到最合适的方法是比较困难的。所以我们准备利用Simulink 下的NCD 模块对我们所需要的参数进行优化和整定。我们具体准备实施的支配如下：第一步，我们准备先设计仿真过程所需要的框图。其次步，我们准备尝试整定出最优的限制器参数，而且还要对系统初始化。第三步，我们要在时域内，给定其系统性能参数，如，调整、上升时间，还有超调量一些要求。我们根据这些要求，将问题转

34、变为优化方面的问题，从而进行参数的优化计算。第四步，我们就要设置好允许误差还有当我们超出约束时，要停止优化。第五步，我们要对程序进行优化，得到一些关于限制器的参数。第六步，我们要不断的缩小要求，重复之前的操作过程。第七步，反复进行改善，直到无法优化为止。 8.设计加热炉分数阶模型和整数阶模型非线性限制仿真试验； 我们将具有不确定性、强非线性而且还是纯滞后的蒸汽温度作为被控对象，我们假如运用常规的调整方法，它的效果确定不好，下面我们就分别用 对于不确定性、强非线性、纯滞后的蒸汽温度限制对象，接受常规方法进行调整，其效果很不志向。以下分别接受上单回路和串级系统中双曲余弦增益的非线性PI 限制器来分

35、别进行限制，看是否能够到达我们所预期的效果。8.1 单回路限制系统仿真 TNN 200 型直流锅炉的低温再热器在85%负荷下，烟气旁路挡板扰动时汽温传递函数8为:G(s)= 0 51e96s(37s + 1)(270s + 1)(3)我们以在状态是85%负荷的对象下，选取超调量 和调整时间ts作为系统动态性能指标，通过NCD 模块优化限制器参数，得到非线性PI 限制器优化后的参数为 kp = 1.0136，ki = 0.0035，k0 = 0.002;线性PI 限制器优化后的参数为 kp = 2.2514，ki =0.0072 图4 和图5 分别给出了设定值单位阶跃扰动下的系统响应曲线和系统阶

36、跃响应的限制作用曲线。 我们从图4就能看出来，双曲余弦增益的非线性PI的响应速度是有多快，而且它到达稳态的时候，花的时间也较短。波动过程也很短暂。我们从图5能够看出来，非线性的PI调整的效果就很好，并没有过调的现象。8.2 串级限制系统仿真 电厂锅炉要想平安的而且经济有效的运转，再热蒸汽是一个重要的参数，我们必需了解。对于某个工厂在18万比较平稳负荷下进行了20% 的喷水。 阶跃扰动试验9。1)喷水导前汽温对象: G(s)= 0 28(60s + 1)(4)2)惰性汽温对象 G(s)= 0 10(120s + 1)3(5)8.2.1 给定值阶跃下系统仿真 对串级系统进行参数优化，得到非线性PI

37、 限制器的最优参数: k0 = 2.5050;kp = 3.6323;ki =0.0148;线性PI 限制器的最优参数为: kp =71.8091;ki = 0.2032 内回路都为P 限制器，其参数为0.6424 图6 给出了串级汽温限制系统设定值单位阶跃扰动下的响应曲线。 从这个图，我们能够明显看到所用的时间减短了，包括峰值时间和调整时间，它的超调量也较小，和单回路系统比起来，串级系统的非线性PI限制起来，效果更好。 8.2.2 扰动下系统的仿真 我们为了能够对在测量蒸汽温度时双曲余弦函数的增益构成的非线性PI控 制器的适应实力，我们特意在2500秒的时候，给一个阶跃信号，这个信号作为扰动

38、信号。d1 = + 0.8 mA，那么，它的响应曲线如图7。我们于试验中看出来，在我们给扰动信号是，最先有反应的是双曲余弦函数增益的非线性PI限制器。而且是特别稳定的调整到稳态。没有过多的振荡过程。但是线性的PI限制就不是这样了，它的调整时间长，振荡比较激烈。超调量也是特别大。 9.分析试验数据和图表，并得出结论。 我们对以下四个指标进行互相比较和分析：上升、峰值、调整时间和超调量。我们在表1中，就给出了在不同的限制作用下单回路系统的阶跃响应的一些指标；表2中，我们就给出了在不同的限制作用下，串级系统的阶跃响应一些指标。 我们从表1里的这些数据就能看出，在阶跃响应的时候，单回路系统的非线性PI

39、的曲线上升时间明显比单回路系统的线性PI快了将近107秒，不仅如此，曲线到达峰值的时间也相应的比线性PI曲线到达峰值的时间少了将近187秒，对于超调量来说，显得更少，在线性的PI曲线中，超调量是1%。但是在非线性系统中的PI曲线救只有0.2%。我们可以纵观整个阶跃响应的过程，非线性的PI所需要的调整时间用不了线性PI曲线调整时间的一半。我们从表2中，就能看到在阶跃响应里，串级系统的非线性PI的上升时间要比线性PI的上升时间快上80秒左右，对于超调量来说，线性PI是1.5%，非线性PI是1%。对于调整时间来说，非线性的PI调整时间要比线性PI调整时间短1100秒。通过以上的数据比较，我们接受的双

40、曲余弦函数增益一起构成了非线性PI限制器，在双曲余弦函数的增益作用之下，只有少量的衰减振荡显示出来，从而到达了快准稳的效果，这些效果都是要优于线性PI限制的。我们对于一些不确定性，能够快速的追踪响应。但是在再串级的限制系统中，作用于阶跃响应下，再加上有扰动的状况，双曲余弦函数增益所构成的非线性PI限制器的作用会明显的有着增加的效果，它的超调量还很小，响应的速度也很快。但是线性的PI作用时，就显得慢，而且有多次波动，不稳定。 10.总结 对于像蒸汽温度这种具有惯性大而且纯滞后的限制对象来说，我们在设计PI限制的时候就需要在传统方法的技术之上还要加上双曲余弦增益，这时就需要设 计双曲余弦增益的非线

41、性PI限制器来对系统进行限制，我们在将传统的PI限制技术和双曲余弦增益相结合之后，我们需要调整的变量就是k0,使得整个系统能有一个比较良好的动态性能，我们在设计完之后，还进行了一些仿真，事实证明，我们所设计的双曲余弦增益的非线性PI比较适合具有严峻滞后现象的对象，而且还具有较好的抗干扰的实力兼鲁棒性质。它的超调量也特别小，调整时间也明显缩短了，稳定性也有所增加，总的来说，限制效果要优于传统限制很多。 参考文献: 1荣雅君，窦春霞，袁石文，等 过热汽温模糊神经网络意料限制器的设计J 中国电机工程学报，2023，23(1): 177 180 2牛培峰，任娟，王帅 PID 型自适应模糊限制在锅炉主蒸

42、汽温度限制中的仿真探讨J 热力发电，2023(6): 24 27 3王传峰，李东海，姜学智，等 基于概率鲁棒性的锅炉过热汽温串级PID 限制器J 清华高校学报(自然科学版)，2023，49(2): 249 252 4罗嘉，李锋，张红福，等 过热汽温增益自适应Smith 预估限制J 电力系统及其自动化学报，2023，22(1): 156 160 5刘威，肖军，翟春艳，等 基于改良灰色意料模型的自适应PID限制算法J 科学技术与工程，2023，10(2): 501 504 6苏玉鑫，段宝岩 一种新型非线性PID 限制器J 限制与决策，2023，18(1): 126 128 7顾红艳，李东海，宁喜荣

43、，等 单元机组的非线性协调限制J动力工程，2023，27(4): 177 180 8唐义军 大型火电厂机组汽温限制系统探讨与应用D 南京:东南高校，2023 9王清海，张寿明 基于PID 的锅炉温度限制系统设计J 云南高校学报，2023，31(S2): 140 142 其次篇：基于模糊限制的电加热炉限制系统 基于模糊限制的电加热炉限制系统 姓名： 唐玉光 班级：2023级9班 学号：01202302060909 书目 书目.2 1 引言.3 2.加热炉限制的意义.4 3.传统PID与模糊限制的简介.5 4.模糊限制与PID限制方法的设计与比较.6 4.1模糊限制器设计.6 4.2 PID及模糊限制原理和仿真结构图.7 4.3滞后时间的影响.9 5.总结：.11 6.参考文献：.