加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统设计.doc

【加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统设计】 串级控制系统是一种先进的控制策略，尤其适用于像加热炉这种具有大时间常数和多种扰动因素的复杂系统。在这个设计中，加热炉出口温度被选为主变量，而炉膛温度则作为副变量。这样做的目的是利用炉膛温度的快速响应来改善出口温度的控制质量，因为炉膛温度的变化能更快地反映燃料供应量的调整，从而更好地控制出口温度。 设计中提到，主控制器的输出作为副控制器的设定输入。主控制器的输出是以百分比形式表示的，而副控制器的设定值则是基于这个百分比和副控制变量的量程来计算的物理量。这意味着需要将主控制器的输出转换为副控制器所能理解的设定值，这涉及到一个转换过程，以确保两个控制器之间的协调工作。 主对象的传递函数设为，副对象的传递函数设为，而主、副控制器的传递函数分别为，，。这些函数是控制系统理论中的关键元素，用于描述系统动态行为。参数估算过程通常涉及系统模型的建立和控制器参数的调整，以实现最优的控制性能。 在Simulink中，可以构建单回路系统和串级系统的仿真模型，通过比较两者输出响应曲线，可以直观地看出串级控制的优点。单回路控制系统可能对扰动反应较慢，而串级控制系统则通过引入副回路，能够快速抵消扰动，提升系统的稳定性。 主控制器通常选用PI（比例积分）控制规律，因为它能提供较好的无差控制效果，适合对关键工艺指标如出口温度的精确控制。副控制器选择P（比例）控制规律，因为它的快速响应有助于改善整个系统的响应速度。参数整定是控制系统设计的关键步骤，这里采用一步整定法，首先确定副控制器参数，然后整定主控制器参数，以实现主、副控制器的最佳匹配。如果出现振荡，可通过调整比例度或积分时间常数来优化系统性能。 总结来说，这个设计的目标是通过串级控制提高加热炉出口温度控制的精度和稳定性。它利用了炉膛温度的快速响应特性，通过精心设计的控制器参数和系统架构，有效地抑制各种扰动因素的影响，提高了整体的生产效率和产品质量。