基于PID控制的電鍋爐溫度控制系統(tǒng)的仿真

1、 本 科 畢 業(yè) 論 文 The Electric Boiler Temperature Control System Based on PID Control Simulation畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明目錄摘 要.1 Abstract：2Keywords2第1章引言31.1課題的提出與意義31.2工業(yè)控制的發(fā)展概況31.3傳統(tǒng)控制方法的特點41.4智能控制方法概述6智能控制方法的起源、發(fā)展和分類6智能控制方法的特點71.5論文的主要研究內(nèi)容8第2章被控對象及控制策略研究92.1被控對象及其原有控制方案9被控對象分析9原有控制方案102.2控制策略研究11控制基本理論11設(shè)計

2、PID控制器時注意事項152.3本章小結(jié)15第3章控制系統(tǒng)特性及仿真工具的研究163.1電鍋爐溫度控制系統(tǒng)特性163.2仿真工具183.2.1 MATLAB簡介183.3 Simulink簡介和使用183.3.1 Simulink簡介與開發(fā)環(huán)境18第四章控制系統(tǒng)仿真研究204.1 PID控制器設(shè)計204.2 PID參數(shù)的整定224.3控制系統(tǒng)方案的分析與選擇264.4本章小結(jié)27結(jié)論27致謝28參考文獻28 摘 要：溫度控制在工業(yè)中控制中一直是富有新意義的課題，對于不同的的控制對象有不同的控制方式和模式。溫度系統(tǒng)的慣性大，滯后現(xiàn)象嚴重，難以建立精確的數(shù)學模型，給控制過程帶來很大的難題。本文以電

3、鍋爐為研究對象，研究一種最佳的控制方案，以達到系統(tǒng)穩(wěn)定，調(diào)節(jié)時間短且超調(diào)量小的性能指標。本文對電鍋爐可采用的控制方案進行了深入研究，首選的方案是PID控制。溫度PID控制器的原理是將溫度偏差的比例、積分和微分通過線性組合構(gòu)成控制量，對控制對象進行控制。PID控制的重點是參數(shù)的調(diào)節(jié)，本文利用人工整定方法對參數(shù)進行整定。借助matlab中的Simulink工具箱對電鍋爐PID控制系統(tǒng)進行仿真分析。結(jié)果表明當采用不同的參數(shù)整定方法的時候，其仿真出來的效果是不一樣的，因此，是否能選擇出一種相對來說比較合適的參數(shù)整定方法是很重要的，本文采取了三個參數(shù)整定的方法，它們分別是Ziegler-Ncihols參

4、數(shù)整定，Cien-Hrones參數(shù)整定和人工參數(shù)整定，在這三種方法中，經(jīng)過多次試驗，選取一種最為合適的方法，要求調(diào)節(jié)時間與超調(diào)量都相對來說比較合適。在分析電鍋爐供暖系統(tǒng)對控制器要求的基礎(chǔ)上設(shè)計相應(yīng)主程序流程圖，然后進行數(shù)據(jù)的變換，要求仿真出來相應(yīng)的曲線圖，要做到仿真結(jié)果簡單直觀。關(guān)鍵詞：溫度控制 參數(shù)整定 仿真 on PID Control System ofTemperature for Electric BoilerAbstract：Temperature control is a topic full of new meanings in industry,to diferent con

5、trol object, there are diferent methods and modes. But it is difficult to control well because of characteristics of the temperature itself, such as its great inertia, serious time-lag and the difficulty to establisha naccuratem athematical model of the object. A duty in this thesis is to study a ki

6、nd of appropriate control method to the temperature ofthe electric boiler.Its' technology requirement are:regulating time must be short,overshoot must be small and the control system must be stable.The method of the electric boiler control is studied deeply by the thesis.Thefirst is PID control.

7、Principle of temperature PID controller is to control the object by thlinearcombination of temperature deviation's proportional, integral andderivative. In this th esis,the PID controls ystem are simulated by using Simulink and fuzzy logic tools in MATLAB. When you use the diferent ways of param

8、eters tuning , the result is also diferent, so,its parameters tuning. In this th esis, three means of parameters tuning are be used ,they are Ziegler-Ncihols parameters tuningCien-Hrones parameters tuning and Its' technology requirement are:regulating time must be short,overshoot must be small a

9、nd the control system must be stable.In this tesis,basing on the request of the electricb oilerh eatings ystem to thecontroller, main program flow chart should be simulation the and and Keywords: temperature contronl; parameters tuning; simulation 第1章引言1.1課題的提出與意義在工業(yè)生產(chǎn)過程中，控制對象各種各樣，溫度是生產(chǎn)過程和科學實驗普遍而且重要

10、的物理參數(shù)之一。在生產(chǎn)過程中，為了高效地進行生產(chǎn)，必須對它的主要參數(shù)，如溫度、壓力、流量等進行有效的控制。溫度控制在生產(chǎn)過程中占有相當大的比例，其關(guān)鍵在于測溫和控溫兩方面。溫度測量是溫度控制的基礎(chǔ)，技術(shù)己經(jīng)比較成熟。由于控制對象越來越復雜，在溫度控制方面，還存在著許多問題。如何更好地提高控制性能，滿足不同系統(tǒng)的控制要求，是目前科學研究領(lǐng)域的一個重要課題。溫度控制一般指對某一特定空間的溫度進行控制調(diào)節(jié)，使其達到工藝過程的要求。本文主要研究電鍋爐溫度控制的方法。電鍋爐是將電能轉(zhuǎn)換為熱能的能量轉(zhuǎn)換裝置。具有結(jié)構(gòu)簡單、無污染自動化程度高等特點.與傳統(tǒng)的以煤和石化產(chǎn)品為燃料的鍋爐相比還具有基本投資少、占

11、地面積小、操作方便、熱效率高、能量轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點。近年來，電鍋爐已成為供熱采暖的主要設(shè)備。鍋爐控制作為過程控制的一個典型，動態(tài)特性具有大慣性大延遲的特點，而且伴有非線性。目前國內(nèi)電熱鍋爐控制大都采用的是開關(guān)式控制，甚至是人工控制方法。采用這些控制方法的系統(tǒng)穩(wěn)定性不好，超調(diào)量大，同時對外界環(huán)境變化響應(yīng)慢，實時性差。另外，頻繁的開關(guān)切換對電網(wǎng)產(chǎn)生很大的沖擊，降低了系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，減少了鍋爐的使用年限。因此，研究一種最佳的電鍋爐控制方法，對提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性，穩(wěn)定性具有重要的意義。1.2工業(yè)控制的發(fā)展概況工業(yè)控制的形成和發(fā)展在理論上經(jīng)歷了三個階段:50年代末起到70年為第一階段，即經(jīng)典控制理論階段，這

12、期間既是經(jīng)典控制理論應(yīng)用發(fā)展的鼎盛時期，又是現(xiàn)代控制理論應(yīng)用和發(fā)展時期;70年代至90年代為第二階段，即現(xiàn)代控制理論階段;90年代至今為第三階段，即智能控制理論階段。第一階段 :初級階段。它以經(jīng)典控制理論為主要控制方案，采用常規(guī)氣動、液動和電動儀表，對生產(chǎn)過程中的溫度、流量、壓力和液位進行控制。在諸多控制系統(tǒng)中，以單回路結(jié)構(gòu)、PID策略為主，同時針對不同的對象與要求，設(shè)計了一些專門的控制算法如達林頓算法、Smith預估器、根軌跡法等。這階段的主要任務(wù)是穩(wěn)定系統(tǒng)、實現(xiàn)定值控制。第二階段 :發(fā)展階段。以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)，以微型計算機和高檔儀器為工具，對復雜現(xiàn)象進行控制。這階段的建模理論、在線辨識

13、和實時控制已突破前期的形式，繼而涌現(xiàn)了大量的先進控制系統(tǒng)和高級控制策略，如克服對象時變和環(huán)境干擾等不確定影響的自適應(yīng)控制，消除因模型失配而產(chǎn)生不良影響的預測控制等。這階段的主要任務(wù)是克服干擾和模型變化，以滿足復雜的工藝要求，提高控制質(zhì)量。第三階段:高級階段。不論從歷史和現(xiàn)狀，還是從發(fā)展的必要性和可能性來看，控制方法主要朝著綜合化、智能化方向發(fā)展。尤其近些年來人工智能理論的迅速崛起為控制的智能化提供了一個騰飛的工具。智能控制理論中，專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制系統(tǒng)是最有潛力的三種方法。專家系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程、故障診斷和監(jiān)督控制以及檢測儀表有效性檢測等方面獲得成功應(yīng)用;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則可為復雜非線性過程

14、的建模提供有效的方法，進而可用于過程軟測量和控制系統(tǒng)的設(shè)計上;模糊系統(tǒng)不僅有行之有效的模糊控制理論為基礎(chǔ)，而且能夠表達確定性和不確定性兩類經(jīng)驗，并提煉成為知識進而改善己有控制。應(yīng)用經(jīng)典控制理論的前提是:必須有一個高階微分方程式來描述系統(tǒng)運動狀態(tài)的數(shù)學模型，是建立在頻率法的基礎(chǔ)上的。而現(xiàn)代控制理論主要用來解決多輸入多輸出和時變系統(tǒng)的問題，它的數(shù)學模型是用一個一階微分方程組(即狀態(tài)方程)或差分方程組來描述，是一種時域表示方法。這兩種方法在精確數(shù)學模型的自動控制系統(tǒng)中發(fā)揮了巨大的作用，并取得了令人滿意的控制效果。1.3傳統(tǒng)控制方法的特點無論是經(jīng)典控制理論還是現(xiàn)代控制理論，都是建立在系統(tǒng)的精確數(shù)學型基

15、礎(chǔ)之上的。但在實際系統(tǒng)中被控對象一般都具有大慣性、大滯后、時變性、關(guān)聯(lián)性、不確定性和非線性的特點，這里的關(guān)聯(lián)性不僅包含過程對象中各物理參數(shù)之間的禍合交錯，而且包含被控量、操作量和干擾量之間的聯(lián)系;不確定性不單指結(jié)構(gòu)上的不確定性，而且還指參數(shù)的不確定性;非線性既有非本質(zhì)的非線性，又有本質(zhì)非線性。由于被控對象的這種復雜性，決定了控制的艱難性。傳統(tǒng)控制方法絕大多數(shù)是基于被控對象的數(shù)學模型，即按照建模控制化進行，建模的精確程度決定著控制質(zhì)量的高低，盡管目前的建模理論和方法已有長足的長進，但仍有許多過程和對象的機理不清楚，動態(tài)特性難以掌握，使我們不得不對被控對象進行簡化或近似，將一理論上極為先進的控制策

16、略應(yīng)用在這樣的模型上，控制效果自然會大打折扣，因用傳統(tǒng)的控制手段進一步提高控制對象的質(zhì)量遇到了極大的困難，傳統(tǒng)控制方法面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。1.4智能控制方法概述1.4.1智能控制方法的起源、發(fā)展和分類工業(yè)控制中存在著工業(yè)過程復雜、數(shù)學模型難以確定的系統(tǒng)，智能控理論的產(chǎn)生正是針對被控對象、環(huán)境、控制目標或任務(wù)的復雜性提出的。1987年智能控制正式成為一門獨立的學科，它是人工智能、運籌學和自動控制理論等多學科相結(jié)合的交叉學科。它與傳統(tǒng)控制的主要區(qū)別在于可以解決非線性模型化系統(tǒng)的控制問題。目前， 根據(jù)智能控制發(fā)展的不同歷史階段和不同的理論基礎(chǔ)可以將它為四大類:基于專家系統(tǒng)的智能控制、分層遞階智能控制、

17、模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。專家控制是基于知識的智能控制，由關(guān)于控制領(lǐng)域的知識庫和體現(xiàn)該知識決策的推理機構(gòu)構(gòu)成主體框架，通過對控制領(lǐng)域知識(先驗經(jīng)驗、動態(tài)信息、目標等)的獲取與組織，按照某種策略及時地選用恰當?shù)囊?guī)則進行推理輸出，進而對控制隊象實施控制，或修改補充知識條目。其主要優(yōu)點是層次結(jié)構(gòu)、控制方法和知識表達上的靈活性較強，既可以符號推理，又允許模糊描述演繹。但靈活性同時帶來了設(shè)計上的隨意性和不規(guī)范性，而且控制知識的獲取、表達和學習，以及推理的有效性也是難點。分層遞階智能控制模擬人腦的分層結(jié)構(gòu)，由執(zhí)行級、協(xié)調(diào)級和組織級構(gòu)成。它不需要精確的模型，但需要具備學習功能，并能接受上一級的模糊指令和符

18、號語言。其特點是自下而上智能遞增而精度遞減，即執(zhí)行級用于高精度局部控制，協(xié)調(diào)級用于知識和實際輸出調(diào)整執(zhí)行級中的控制參數(shù)，而組織級進行推理決策和自主學習。該控制方法主要用于那些存在不確定性的系統(tǒng)，如機器人控制等，但應(yīng)用范圍有限。智能控制的發(fā)展主要得益于模糊邏輯控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論的不斷成熟。90年代后，智能控制的集成技術(shù)研究取得很大重大進展，如模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊專家系統(tǒng)、傳統(tǒng)PID控制與智能控制的結(jié)合等。這些都為智能控制技術(shù)的應(yīng)用提供了廣闊的前景。模糊控制是智能控制的一種典型和較早的形式，作為智能控制的一個重要分支，自從1974年英國的Manldani第一次將模糊邏輯和模糊推理用于鍋爐和蒸汽機

19、的控制，特別是近幾年得到了飛速的發(fā)展。模糊控制是模糊數(shù)學和控制理論相結(jié)合的產(chǎn)物，它采用了人的思維具有模糊性的特點，通過使用模糊數(shù)學中的隸屬度函數(shù)、模糊關(guān)系、模糊推理等工具，得到的控制表格進行控制。模糊控制在實踐應(yīng)用中，具有許多傳統(tǒng)控制無法比擬的優(yōu)點:1.使用語言規(guī)則，不需要掌握過程的精確數(shù)學模型。因為對于復雜的生產(chǎn)過程很難得到過程的精確數(shù)學模型，而語言方法卻是一種很方便的近似。2. 對于具有一定操作經(jīng)驗，但非控制專業(yè)的工作者，模糊控制方法易于掌握。3.操作人員易于通過人的自然語言進行人機界面聯(lián)系，這些模糊條件語言很容易加入到過程的控制環(huán)節(jié)。4. 采用模糊控制，過程的動態(tài)響應(yīng)品質(zhì)優(yōu)于常規(guī)的PID

20、控制，并對過程參數(shù)的變化具有很強的適應(yīng)性。神經(jīng)元的數(shù)學模型是由McClulcoh和Piet 兩位科學家在1934 年首先提出來的。它本身是一種控制策略的工具支持，各神經(jīng)元并沒有顯在的物理意義。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要特點是具有學習能力、并行計算能力和非線性映射能力。充分利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的這些能力來解決眾多非線性、強耦合和不確定性系統(tǒng)的建模、辨識和控制問題是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究的主要課題。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模以其獨特的非傳統(tǒng)表達方式和固定的學習能力實現(xiàn)系統(tǒng)輸入輸出的映射，并在短時間內(nèi)得到迅速發(fā)展。尤其在傳統(tǒng)建模方法難以對非線性系統(tǒng)的建模有所突破的形勢下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)更表現(xiàn)出其巨大的潛力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為智能控制器主要采用直接自校正控

21、制、間接自校正控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預測控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型參考自適應(yīng)控制等幾種方法。智能控制方法的特點智能控制是一類無需人的干預就能夠針對控制對象的狀態(tài)自動地調(diào)節(jié)控制規(guī)律以實現(xiàn)控制目標的控制策略。它避開了建立精確的數(shù)學模型和用常規(guī)控制理論進行定量計算與分析的困難性。它實質(zhì)上是一種無模型控制方案，即在不需要知道被控對象精確數(shù)學模型的情況下，通過自身的調(diào)節(jié)作用，使實際響應(yīng)曲線逼近理想響應(yīng)曲線。一般來講 ，智能控制具有以下一些特點:1.學習能力 智能控制可以對一個過程或其環(huán)境的未知特性所固有的信息進行學習，并將得到的經(jīng)驗用于進一步估計、分類、決策或控制，這有利于對未知對象進行認知和辨識并進一步改善控制系統(tǒng)的

22、控制性能。2.組織綜合能力 對復雜的任務(wù)和分散的傳感器信息，具有處理、組織、協(xié)調(diào)和綜合決策能力，并在進行過程中表現(xiàn)出類似于人的主動性和靈活性。3.適應(yīng)能力 由于智能控制不依賴于對象模型，智能行為表現(xiàn)為從系統(tǒng)輸入到輸出的映射關(guān)系，即使輸入時系統(tǒng)從未有過的例子，系統(tǒng)通過插補、歸類等方法，也能給出適當?shù)妮敵?。如果系統(tǒng)中某部分出現(xiàn)故障，仍能正常工作，并給出警告信號，甚至自行修復。4.優(yōu)化能力 智能控制具有在線特征辨識、特征記憶和擬人等特點，故在整個控制過程中，計算機能夠在線獲得信息、實時處理并給出控制決策，通過不斷優(yōu)化參數(shù)和尋找控制器最佳結(jié)構(gòu)形式，來獲得整體的最優(yōu)控制性能。因此就目前而言，智能控制是解

23、決傳統(tǒng)過程控制局限性問題和提高控制質(zhì)量的一個重要途徑。在各種儀表高速發(fā)展的今天，控制裝置己經(jīng)不是主要問題，影響被控對象性能指標的主要因素取決于控制器本身，控制器本身的智能化設(shè)計將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率。1.5論文的主要研究內(nèi)容本課題的具體研究內(nèi)容如下:1.結(jié)合電鍋爐水溫上升過程的特點，對被控對象進行理論分析，建立被控系統(tǒng)的數(shù)學模型，提出適合于鍋爐水溫過程控制的純PID控制方法。并對控制算法的實現(xiàn)、控制器的設(shè)計和參數(shù)調(diào)整進行深入研究。2 運用MATLAB軟件的Simulink開發(fā)環(huán)境對上述這種方法進行建模仿真，并對控制性能指標進行分析，確定出符合控制系統(tǒng)輸出響應(yīng)速度快、超調(diào)量小和穩(wěn)定誤差小的

24、控制算法。3.結(jié)合電鍋爐供暖系統(tǒng)對控制器的要求，設(shè)計一個智能溫度控制器，包括:總體方案設(shè)計、部分軟件設(shè)計、系統(tǒng)仿真等。第2章被控對象及控制策略研究2.1被控對象及其原有控制方案被控對象分析 電鍋爐是將電能直接轉(zhuǎn)化為熱能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。其工作原理與傳統(tǒng)意義上的鍋爐有相似之處，從結(jié)構(gòu)上看也有“鍋”和“爐”兩大部分?！板仭笔侵甘⒎艧峤橘|(zhì)(一般是水)的容器，而“爐”這里指加熱水的電熱轉(zhuǎn)換元件。目前國內(nèi)外生產(chǎn)的電鍋爐有很多種型式，從整體結(jié)構(gòu)上分有立式、臥式、多單元式等:從傳熱介質(zhì)上分有熱水鍋爐、蒸汽鍋爐和有機載體鍋爐;從電加熱原理上可分為電熱管式、電熱棒式、電熱板式、電極式和感應(yīng)式等;從供熱方式上有

25、直熱式和蓄熱式等。本文研究對象為直熱式熱水鍋爐，采用電阻式加熱，工作壓力為0.4Mpa，鍋爐內(nèi)最高水溫95。 當電鍋爐工作在0.4Mpa時，水的飽和溫度為144 ，最高水溫95使鍋爐遠離了工作壓力下的飽和溫度及加熱元件表面的過度沸騰難以控制的現(xiàn)象，同時，95 的水溫基本上不產(chǎn)生蒸汽。產(chǎn)品安裝示意圖如圖2.1所示。從電鍋爐的安裝示意圖可以看出，電鍋爐的熱水經(jīng)供暖出水口送至散熱片，通過散熱片向供熱區(qū)釋放熱量?？梢姽釁^(qū)的溫度是控制參數(shù)，操作量是電鍋爐內(nèi)的熱水。通過調(diào)節(jié)閥的開度，保證供熱區(qū)的等溫特性;通過水位的判別，調(diào)節(jié)補水閥的起、停。因此本文的研究目的是結(jié)合電鍋爐水溫上升的特點，對它的溫度進行控制

26、，達到調(diào)節(jié)時間短、超調(diào)量小且穩(wěn)定誤差小的技術(shù)要求。在生產(chǎn)過程，控制對象各種各樣，理論分析和試驗結(jié)果表明:電加熱裝置是一個具有自平衡能力的對象，可用二階系統(tǒng)純滯后環(huán)節(jié)來描述，而二階系統(tǒng)，通過參數(shù)辨識可以降為一階模型。參數(shù)辨識就是一般可用一階慣性滯后環(huán)節(jié)來描述溫控對象的數(shù)學模型。其傳遞函數(shù)可由式(2-1)表示: (2-1)式(2-1)中 K-對象的靜態(tài)增益T-對象的時間常數(shù) ;- 對象的純滯后時間。對象中的特性參數(shù)對其輸出的影響:1.放 大 系 數(shù)K 放大系數(shù)K也就是傳遞系數(shù)，它與被控量的變化過程無關(guān)，其值表示輸入對輸出穩(wěn)態(tài)值的影響程度。K值越大，表示被控對象的自平衡力小;K值小，對象自平衡能力大

27、。2.時 間 常 數(shù)T 時間常數(shù)T的大小反映了對象受到階躍干擾后，被控量達到新的穩(wěn)定值的快慢程度，即時間常數(shù)T是表示對象慣性大小的物理量。膨脹水箱 （必須與大氣相通） 電鍋爐供暖出水口 排污口供暖回水口 散熱片圖2.1 電 鍋 爐 安 裝 圖原有控制方案目前國內(nèi)電熱鍋爐控制大都采用的是開關(guān)式控制，甚至是人工控制方法。1.開關(guān)式控制方法 以預控制的溫度為標稱值，據(jù)此設(shè)定一個控制上限，一個控制下限。當溫度不在此范圍內(nèi)時，電熱鍋加熱，否則停止加熱。這種方法主要存在以下幾個問題: 在實際工程中達不到理想的控制效果，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不好. 由于系統(tǒng)只是采用簡單的開關(guān)量啟動或關(guān)閉，使系統(tǒng)出現(xiàn)反復振蕩，且對電網(wǎng)

28、產(chǎn)生很大沖擊，運行成本很高。2.人工控制方法 人工控制方法是通過工作人員的操作經(jīng)驗，簡單的對鍋爐進行操作.因此，很難提高系統(tǒng)的控制精度和實現(xiàn)低成本運行。針對市面上電鍋爐的粗獷式控制方法，要提高系統(tǒng)控制精度和實現(xiàn)低成本運行，必須尋找一種新的解決方案。2.2控制策略研究通過對電鍋爐的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)研究確定出可采用的研究方案，首選采的控制方案是PID控制，它是經(jīng)典控制理論中最典型的控制方法，對工業(yè)生產(chǎn)過程的線性定常系統(tǒng)，大多采用經(jīng)典控制方法，它結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強，容易實現(xiàn)，并且可以消除穩(wěn)定誤差，在大多數(shù)情況下能夠滿足性能要求。2.2.1PID控制基本理論PID控制在生產(chǎn)過程中是一種被普遍采用的控制方法，

29、是一種比例、積分、微分并聯(lián)控制器。常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖2.2所示。比例積分r(t) e(t)+u(t)被控對象+c(t)+ + -微分圖2.2 基本PID控制系統(tǒng)原理圖理想的PID控制器根據(jù)給定值r(t)與實際輸出值c(t)構(gòu)成的控制偏差e(t)e(t )= r(t)-c(t ) (2-2)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。 (2-3)式中 u(t)控制器的輸出;e(t) 控制器的輸入，給定值與被控對象輸出值的差，即偏差信號；e(t)比例控制項，Kp為比例系數(shù); 積分控制項，為積分時間常數(shù); 微分控制項，為微分時間常數(shù)。積分系數(shù)，微分系數(shù)，在圖2.2

30、的基礎(chǔ)上分析一下PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用:1.比例環(huán)節(jié) 比例環(huán)節(jié)的引入是為了及時成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號e(t)，以最快的速度產(chǎn)生控制作用，使偏差向最小的方向變化。隨著比例系數(shù)凡的增大，穩(wěn)定誤差逐漸減小，但同時動態(tài)性能變差，振蕩比較嚴重，超調(diào)量增大。 2.積分環(huán)節(jié) 積分環(huán)節(jié)的引入主要用于消除靜差，即當閉環(huán)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，則此控制輸出量和控制偏差量都將保持在某一個常值上。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)，時間常數(shù)越大積分作用越弱，反之越強。隨著積分時間常數(shù)不的減小，靜差在減小:但過小的積分常數(shù)會加劇系統(tǒng)振蕩，甚至使系統(tǒng)失去穩(wěn)定。 3. 微分環(huán)節(jié) 微分環(huán)節(jié)的引入是為了改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性

31、和動態(tài)響應(yīng)速度，它可以預測將來，能反映偏差信號的變化趨勢，并能在偏差信號值變太大之前，在系統(tǒng)引入一個有效的早期修正信號，從而加速系統(tǒng)的動態(tài)速度，減小調(diào)節(jié)時間。在計算機直接數(shù)字控制系統(tǒng)中，PID控制器是通過計算機PID控制算法程序?qū)崿F(xiàn)的。進入計算機的連續(xù)時間信號，必須經(jīng)過采樣和量化后，變成數(shù)字量，才能進入計算機的存儲器和寄存器，而在數(shù)字計算機中的計算和處理，不論是積分還是微分，只能用數(shù)值計算去逼近。ID參數(shù)整定的一般方法PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法有很多，概括起來有兩大類：一是理

32、論計算整定法。她主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所的到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定法，它主要是依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的實驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定法，主要有臨界比例法，反應(yīng)曲線和衰減。三種方法各有其特點，其共同特點是通過實驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法，都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用臨界比例法。利用該方法進行PID控制參數(shù)的整定步驟如下：（1）首先預選一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；（2）僅加入比例控制環(huán)

33、節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；（3）在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。PID參數(shù)的設(shè)置的大小，一方面是要根據(jù)控制對象的具體情況而定，另一方面是經(jīng)驗。P是解決幅值振蕩，P大了會出現(xiàn)幅值振蕩的幅度大，但振蕩頻率小，系統(tǒng)達到穩(wěn)定的時間長。I是解決動作響應(yīng)的速度快慢的，I大了，響應(yīng)速度慢，反之則快。D是消除靜態(tài)誤差的，一般D設(shè)置都比較小，而且對系統(tǒng)的影響比較小。Ziegler-Nichols 整定方法Ziegler-Nichols法是一種基于頻域設(shè)計PID控制器的方法?；陬l域的參數(shù)整定是需要參考模型的，首先需要辨識出一個能較好反應(yīng)被

34、控對象頻域特性的二階模型。根據(jù)這個模型，結(jié)合給定的性能指標可推出公式，而后用于PID參數(shù)的整定?；陬l域的設(shè)計在一定程度上回避了精確的系統(tǒng)建模，而且有較為明顯確的物理意義，比常規(guī)的PID控制可適應(yīng)的場合更多。目前已經(jīng)有一些基于頻域設(shè)計PID控制器的方法，如Ziegler-Nichols法，Ziegler-Nichols是最常用的整定PID參數(shù)的方法。Ziegler-Nichols法是根據(jù)給定對象的瞬態(tài)響應(yīng)特點來確定PID控制器的參數(shù)。Ziegler-Nichols法首先通過實驗，獲取控制對象的單位階躍響應(yīng)，如果單位階躍響應(yīng)曲線看起來是一條S形狀的曲線，則可以用這個方法，否則不能用。設(shè)計PID控

35、制器時注意事項 1.按照被控對象的特性選擇控制器 在使用模擬控制器時，由于各行各業(yè)應(yīng)用對象的特性是不相同的，如對象很敏感，或被控流量常是脈動狀態(tài)時，就不應(yīng)再用微分功能了，否則會使脈動信號變化加劇。再就是間歇或斷續(xù)生產(chǎn)的控制過程中有其特殊性，通常問題要求按照被控對象的特性來選擇控制器。對于有經(jīng)驗的儀表工大多是按照自己的實踐經(jīng)驗來確定控制器的選擇。而且PID控制器是最多的，以為它可以解決大部分的問題按照被控對象的特性選擇控制器 2.積分飽和現(xiàn)象及其抑制 采用標準PID位置式算法，在實現(xiàn)控制的過程中，只要系統(tǒng)的偏差沒有消除，積分作用就會繼續(xù)增加或減小，最后使控制量達到上限或者下限，系統(tǒng)進入飽和范圍。

36、而對時間常數(shù)較大的被控對象，在階躍響應(yīng)作用下，偏差通常不會在幾個采樣周期內(nèi)消除掉，積分項的作用就可能使輸出值超過正常范圍，造成較大的超調(diào)。為了克服這種現(xiàn)象，可以采用過限消弱積分法和積分分離法。 過限消弱積分法就是在控制變量進入飽和區(qū)后，程序只執(zhí)行削弱積分項的運算，而停止增大積分項的運算。 積分分離法的基本思想是:當誤差大于某個規(guī)定的門限值時，刪去積分作用，從而使積分項不至于過大，只有當誤差較小時，才引入積分作用，以消除穩(wěn)態(tài)誤差。 3.干擾的抑制 數(shù)字PID控制器的輸入量是系統(tǒng)的給定值r和系統(tǒng)實際輸出y的偏差值e。在進入正常調(diào)節(jié)過程后，由于e值不大，此時相對而言，干擾對控制器的影響也就很大。為了

37、消除干擾的影響，除了在硬件采取相應(yīng)的措施以外，在控制算法上也要采取一定的措施。對于作用時間較短的快速變化的干擾，如A/D轉(zhuǎn)換偶然出錯，可以用連續(xù)多次采樣并求平均值的方法予以濾除。在PID控制算法中，差分項對數(shù)據(jù)誤差和干擾特別敏感。因此一旦出現(xiàn)干擾，由它算出的結(jié)果可能出現(xiàn)很大的非希望值。4.認真做好控制器的參數(shù)整定 控制系統(tǒng)能否穩(wěn)定的處于自動運行狀態(tài)，與控制器PID參數(shù)整定具有重要的關(guān)系，要多采用幾種參數(shù)整定方法，選取最佳方案。 2.3本章小結(jié)溫度是生產(chǎn)過程和科學實驗中普遍而且重要的物理參數(shù)。本文在分析電鍋爐溫度控制系統(tǒng)特點的基礎(chǔ)上，提出用一階慣性滯后環(huán)節(jié)來描述溫控系統(tǒng)的數(shù)學模型。本章在分析了電

38、鍋爐溫度控制系統(tǒng)原有控制方案的基礎(chǔ)，提出新的控制策略，即PID控制，分析了這種控制方法的基本理論及控制特點，介紹了這種控制器的設(shè)計及控制算法的實現(xiàn)。 第3章控制系統(tǒng)特性及仿真工具的研究 仿真是對實際過程的模擬，系統(tǒng)仿真就是在數(shù)學模型的基礎(chǔ)上，以計算機為工具對系統(tǒng)進行實驗研究的一種方法。系統(tǒng)仿真根據(jù)真實系統(tǒng)的數(shù)學模型建立仿真模型，對系統(tǒng)環(huán)境加以模擬，在計算機上進行分析、計算、研究獲得真實的定量關(guān)系。本章通過對系統(tǒng)采用不同的參數(shù)調(diào)整策略，得出它們各自的仿真結(jié)果，然后進行分析比較，從中找出一個合乎要求的解決方案。3.1電鍋爐溫度控制系統(tǒng)特性 1. 電鍋爐允許最高溫度95 。 2. 溫度控制通過單片機

39、實現(xiàn)，由控制算法計算出輸出量，根據(jù)輸出量判斷繼電器的通斷。 3.工藝要求電鍋爐的溫度控制過程包括兩個階段。 自由升溫段:要求鍋爐水溫快速升至溫度設(shè)定值。 保溫段 :水溫升至設(shè)定值后要求溫度維持設(shè)定值基本不變。水溫的檢測元件采用數(shù)字式傳感器。圖3.1 溫度飛升曲線 電鍋爐的溫度控制系統(tǒng)是常見的確定性系統(tǒng)，采用飛升曲線測量方法，測出鍋爐溫控制系統(tǒng)的飛升曲線，即可得到控制對象的數(shù)學模型。曲線上變化最快處作切線，與t軸交于B點，交穩(wěn)態(tài)值的漸近線于A點，A點在t軸的投影為C點，則OB為過程量滯后時間，BC為過程的時間常數(shù)T，此處分別為122s和120s。 這里要說明的是:在測試飛升曲線時，一般階躍信號不

40、從零開始，否則會使系統(tǒng)造成很大的非線性，影響被測對象的正常工作。一般作法是給調(diào)節(jié)對象輸入到使被控對象開環(huán)穩(wěn)定運行于實際工況附近，并以此輸出值作為縱坐標的原點(0值)，然后在加一階躍輸入信號，使被控對象輸出隨之發(fā)生變化，最后穩(wěn)定在一個值。 由此方法可以得到電鍋爐溫度系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 （3-1）3.2仿真工具 仿真是控制系統(tǒng)進行科學研究的重要方法，通過仿真來分析各種控制策略和方案對控制系統(tǒng)的性能，優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，以獲得最佳控制效果。 MATLAB簡介 M授線性代數(shù)時，發(fā)現(xiàn)用高級語言編程極為不便而構(gòu)思開發(fā)的。它是集命令翻譯、科學計算于一身的一套交互式軟件系統(tǒng)。系統(tǒng)經(jīng)過幾年的試用之后，Moler博士等一

41、批數(shù)學家與軟件專家組建了一個名為Mathworks的軟件開發(fā)公司，專門擴展并改進MATLAB，推出了該軟件的正式版本。除原有的數(shù)值計算能力外，還增加了圖形處理功能。MathwbrkS 公司于1993年推出了基于Windows平臺的MATLAB4.0。MATLAB4x版在繼承和發(fā)展其原有數(shù)值計算和圖形處理能力的同時，還推出了符號計算工具包、Notebook和一個交互式操作的動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、分析集成環(huán)境Simulink。3.3 Simulink簡介和使用 Simulink簡介與開發(fā)環(huán)境Simulink是MATLAB最重要的組件之一，Math Works 公司在推出MATLAB的同時還推出了最新

42、版本的Simulink。Simulink是Simulation（仿真）與Link（鏈接）的簡寫形式，它是一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，不用大量的書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可以構(gòu)造出復雜的系統(tǒng)模型。Simulink具有適用面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理等復雜系統(tǒng)的仿真和設(shè)計。Simnlink 是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包四。它除了包括輸入模塊、輸出模塊、連續(xù)模塊、離散模塊、函數(shù)和表模塊、數(shù)學模塊、非線性模塊、信號模塊以及子系統(tǒng)模塊外，還包括各個工具箱特有的模塊，如模糊邏

43、輯工具箱的模糊邏輯控制器模塊。用戶可以利用這些模塊搭建自己的系統(tǒng)并進行仿真，通過更改這些模塊的參數(shù)提高系統(tǒng)的性能，最終得到合乎自己設(shè)計要求的系統(tǒng)。本文的所有仿真都是在Simulink 中完成的。 Simulink應(yīng)用1 Simunlink啟動啟動MATLAB軟件之后，可以通過3種方式打開Simunlink工具箱（也稱為Simunlink模塊庫，瀏覽器）。（1）在Command Window 輸入“Simunlink”命令。（2）單擊MATLAB主窗口左下角的“Start”按鈕，在彈出的快捷鍵菜單中選擇“Simunlink”“Library Browser“命令。（3）單擊MATLAB主窗口工具

44、欄中的“Simunlink”工具。2 Simunlink組成Simunlink 模塊庫中共包含16個子模塊庫，它們是Commonly Used Blocks （常用模塊庫）、Continuous （連續(xù)）系統(tǒng)模塊庫、Discontinuities（非連續(xù)）系統(tǒng)模塊庫、Discrete（離散）系統(tǒng)模塊庫、logic and Bit Operations (邏輯與位操作)模塊庫、Lookup Tables （查詢表）模塊庫、Math Operations（數(shù)學操作）模塊庫、Model Verification（模型驗證）模塊庫、Model-wide Utilities、Ports&Subs

45、ystems（接口與子系統(tǒng)）模塊庫、Signal Attributes（信號屬性）模塊庫、Signal Routing（信號路由）模塊庫、Sinks（輸出）模塊庫、Sources（信號源）模塊庫、User-Defined Functions（用戶自定義）模塊庫、Additional Math& Discrete（附加數(shù)學和離散系統(tǒng)）模塊庫。單擊Simunlink庫瀏覽器左側(cè)的子模塊庫標題，在庫瀏覽器右側(cè)顯示該庫的所有模塊。也可以右擊子模塊庫標題，在彈出的快捷菜單中選擇“Open”命令，彈出子模塊庫獨立窗口。3 Simunlink 仿真過程在已知系統(tǒng)數(shù)學模型活系統(tǒng)框圖的情況下，利用Sim

46、unlink進行建模仿真的基本步驟如下。（1） 啟動Simunlink，打開Simunlink庫瀏覽器。（2） 建立空白模型窗口。（3） 由控制系統(tǒng)數(shù)學模型或結(jié)構(gòu)框圖建立Simunlink仿真模型。（4） 設(shè)置仿真參數(shù)，運行仿真。（5） 輸出仿真結(jié)果。第四章控制系統(tǒng)仿真研究4.1 PID控制器設(shè)計在 Simulink中創(chuàng)建用PID算法控制電鍋爐溫度的結(jié)構(gòu)圖如圖3.3所示:圖4.1 電鍋爐PID控制系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖 仿真結(jié)構(gòu)圖與仿真步驟簡介圖4.2 PID子模塊1.圖4.2是電鍋爐PID控制系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖中的一個子模塊，這個子模塊的功能就是實現(xiàn)PID操作的功能，在其中的Gain、Gain1、Gai

47、n2模塊中分別輸入、在不同參數(shù)整定方法下得出的數(shù)值可以控制PID實現(xiàn)不同的調(diào)節(jié)功能。2.Step子模塊為階躍信號輸入模塊，其產(chǎn)生一個階躍信號，并且控制初始條件，本論文中的初始條件是在60下的電鍋爐溫度系統(tǒng)仿真，所以需要把其Final value 參數(shù)改成60，具體情況如下圖圖4.3 階躍信號輸入模塊3.Transport Delay 為信號延遲模塊，其起到信號延遲的功能，由于電鍋爐溫度飛升曲線可以知道，其溫度并不是從一開始就上升，而是有一定的延遲，根據(jù)其曲線可知其延遲時間為122s，故其應(yīng)該在這個模塊中輸入這個延遲參數(shù)，具體情況如下圖圖4.4 延遲信號輸入模塊4.2 PID參數(shù)的整定 1.Zi

48、egler-Ncihols(齊格勒一尼柯爾斯)參數(shù)整定 它是在實驗階躍響應(yīng)的基礎(chǔ)上，或者是在僅采用比例控制作用的條件下，根據(jù)臨界穩(wěn)定性中的值建立起來的。當被控對象的傳遞函數(shù)可以近似為帶延遲的一階系統(tǒng): (4-3)齊格勒一尼柯爾斯給出了用表3.1中的公式確定,方法表4.1 參數(shù)表Table 4.1 The table of parameter控制器類型 p 0PI0PID用 法用Ziegler-Nichols法則調(diào)整PID控制器，給出下列公式： （4-4）由電鍋爐溫度控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)得:K=1.25，T=120秒，=122秒。得=244秒，=0.5=61秒根據(jù)齊格勒一尼柯爾斯參數(shù)調(diào)整法則得PI

49、D三個參數(shù)為: =1.2=1.1803= 圖 4.5為給定值60時，在該參數(shù)下的系統(tǒng)仿真響應(yīng)曲線圖，圖4.5為純PID控制響應(yīng)曲線圖。圖4.5 Ziegler-Nichois參數(shù)整定純PID控制響應(yīng)曲線圖由圖4.5可見，在齊格勒一尼柯爾斯參數(shù)整定下純PID控制系統(tǒng)性能指標為調(diào)節(jié)時間=1870秒，超調(diào)量=25%，穩(wěn)態(tài)誤差Ziegler-Nichois參數(shù)整定純PID控制響應(yīng)曲線圖可以看出，其調(diào)節(jié)時間較長，超調(diào)量較大，并且其產(chǎn)生了較大的振蕩，產(chǎn)生這個誤差的主要原因是其比例其比例環(huán)節(jié)比較大，導致動態(tài)性能變差，振蕩比較嚴重，超調(diào)量增大，并且其積分環(huán)節(jié)也是較大，導致靜差較大，與穩(wěn)定時候的溫度之間有較大的

50、余查。2. Cien-Hrones(CHR)參數(shù)整定 Cien-Hrones參數(shù)整定對設(shè)定問題的關(guān)注主要有兩種情況，一種是帶有20%超調(diào)量的快速響應(yīng)，另一種是沒有超調(diào)量的快速響應(yīng)，對于本系統(tǒng)最關(guān)注的是沒有超調(diào)量的最快速響應(yīng)，表3.2是Chien-Hrones(CHR)參數(shù)整定法則:表4.2 參數(shù)表Table 4.2 The table of parameter控制器類型KpTiTdP0PI1.2T0PIDT得=122秒， =0.5=61秒根據(jù) Chien-Hrones參數(shù)調(diào)整法則的PID三個參數(shù)為Kp=0.6×120（1.25×122）=0.472= KpTi=0.4721

51、20=0.0039= Kp×Td=0.472×61=28.792圖4.6為給定值為60時，在該參數(shù)下得仿真曲線圖。 圖4.6 Chien-Hrones參數(shù)整定純PID控制響應(yīng)曲線圖由圖4.6可見，Chien-Hrones參數(shù)整定純PID控制系統(tǒng)性能指標為:調(diào)節(jié)時間= 1280秒，超調(diào)量=11%,穩(wěn)態(tài)誤差Chien-Hrones參數(shù)整定純PID控制響應(yīng)曲線圖可以看出其靜差較大，這是由于積分環(huán)節(jié)較大導致的，可以適當?shù)臏p小積分環(huán)節(jié)的數(shù)值，來減少其與穩(wěn)定時刻之間的溫度與差。其比例環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)相對來說比較小，沒有較大的振蕩。3.人工整定 仿真結(jié)果分析可見，用經(jīng)典的方法算出的PID參

52、數(shù)不一定能滿足控制要求。實際控制過程中，也是通過手動調(diào)節(jié)這些參數(shù)以獲得好的控制性能。對電鍋爐控制系統(tǒng)，根據(jù)各個環(huán)節(jié)對電鍋爐溫度曲線的控制情況，經(jīng)過嘗試不同的參數(shù)，可以得到以下一組參數(shù)，可以得到較好的控制效果， =0.66，= 0.003, = 35.仿真結(jié)果如圖4.7。圖4.7 手工調(diào)節(jié)純PID參數(shù)響應(yīng)曲線圖由圖4.7可見，人工整定純PID控制系統(tǒng)性能指標為:調(diào)節(jié)時間=1050秒，超調(diào)量=0%，穩(wěn)態(tài)誤差.手工調(diào)節(jié)純PID參數(shù)響應(yīng)曲線圖可以看出，其調(diào)節(jié)時間，超調(diào)量都比較小，其減小了比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)，使得響應(yīng)曲線圖沒有較大的振蕩和靜差，其微分環(huán)節(jié)的數(shù)值正中，如果再減小的話會在達到溫度穩(wěn)定之前的部

53、分產(chǎn)生振蕩，如果再加大的話其調(diào)節(jié)時間會相應(yīng)的增加，故經(jīng)過多次仿真發(fā)現(xiàn)，這個三個環(huán)節(jié)，用人工整定方法調(diào)節(jié)出來的數(shù)值對于調(diào)節(jié)電鍋爐溫度控制比較合適。4.3控制系統(tǒng)方案的分析與選擇從以上三種PID參數(shù)整定方法的仿真結(jié)果中可以看出，Ziegler-Nichols(齊格勒一尼柯爾斯)參數(shù)整定法其參數(shù)調(diào)節(jié)不是很好，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間較長，產(chǎn)生的超調(diào)量比較大，并且其產(chǎn)生較長時間的振蕩，這樣不利于工業(yè)生產(chǎn)，其經(jīng)濟效益較差，且會對電鍋爐產(chǎn)生一定的沖擊，會有電鍋爐有損壞，這種參數(shù)調(diào)節(jié)方法不適用于這個電鍋爐系統(tǒng)，可以舍棄。Cien-Hrones參數(shù)整定相對來于Ziegler-Nichols(齊格勒一尼柯爾斯)參數(shù)整定法其

54、效果有明顯的改善，其調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量都有明顯的降低，并且其振蕩不是十分嚴重。但是溫度的超調(diào)量還是比較明顯，對于電鍋爐系統(tǒng)還是不是太完美的調(diào)節(jié)方式。最后的人工整定的方法經(jīng)過多次的實驗，終于得到無論是調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量都比較合適的方式，其可以用于相應(yīng)的生產(chǎn)中。4.4本章小結(jié)本章根據(jù)電鍋爐溫度控制系統(tǒng)特性分析了溫控系統(tǒng)可選用的控制方案，介紹了PID控制器設(shè)計在MATLAB中的實現(xiàn)方法，并利用Matlab的Simulink開發(fā)環(huán)境對PID控制三種參數(shù)整定方案進行研究和仿真分析，經(jīng)過多次試驗與篩選，得到的最佳控制方案為參數(shù)人工整定PID控制。結(jié)論溫度是生產(chǎn)過程和科學實驗中普遍而且重要的物理參數(shù)之一，準確地測量和有效地控制溫度是優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和安全生產(chǎn)的重要條件。目前我國的溫度控制主要以傳統(tǒng)控制方式為主，精度不高，容易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，易產(chǎn)生振蕩。因此如何有效、可靠地對溫度進行控制就成為本文一個重要研究內(nèi)容。PID控制作為一種基本的控制方案，至今在工業(yè)生產(chǎn)過程仍保持著主導位置，本論文采用經(jīng)典的PID控制理論，設(shè)計一種PID控制器，對電鍋爐溫度控制系統(tǒng)進行控制。具體結(jié)論如下:1.分析電鍋爐結(jié)構(gòu)和水溫上升的特點，建立被控系統(tǒng)的數(shù)學模型。針對電鍋爐溫控系統(tǒng)可采用的控制方案進行了研究，提出了溫控系統(tǒng)可采用的控制方案，采用傳統(tǒng)的PID控制，討論了這種控制方案的基本理論、實現(xiàn)形式和注意事項。2，對于