MCGS锅炉水温与循环水流量串级PID控制系统仿真+答辩PPT(7)
3.1.2 系统控制规律
出水阀的开关打开时，水箱中的水通过磁力泵输出到管道中，经过调节阀被输入到锅炉中。锅炉加热水至所需温度后再经出水口流出。其中锅炉上有测量温度的主检测变送器。调节阀前的管道处有测量流量的副检测变送器。由温度传感器（主检测变送器）将温度信号转变为电信号与温度给定值相比较后送至主控制器，主控制器输出流量控制值与流量变送器（副检测变送器）反馈回来的进水流量信号相比较后输入流量调节器（副控制器），由流量调节器控制调节阀的开度来控制进水流量，由此来对锅炉水温进行定值控制。其系统框图如图所示：
图3.2 锅炉水温与流量串级控制系统框图
在控制系统设计工作中，需要针对被控过程中的合适对象建立数学模型。被控对象的数学模型是设计过程控制系统、确定控制方案、分析质量指标、整定调节器参数等的重要依据。被控对象的数学模型（动态特性）是指过程在各输入量（包括控制量和扰动量）作用下，其相应输出量（被控量）变化函数关系的数学表达式。
在水温流量串级控制系统中，我们所关心的是如何在一定的电热功率下控制好水温的恒定。进水流量是系统的被控对象，必须通过测定和计算他们模型，来分析系统的稳态性能、动态特性，为其他的设计工作提供依据。
3.2 求取被控对象传递函数
求取被控对象的数学模型是进行控制系统设计的先决条件，只有得到被控对象的数学模型，才能分析对象的动态特性，进而设计出合理的控制系统。求取被控对象的传递函数方法有两种，即理论建模法和实验建模法。理论建模主要是通过对对象机理的分析，并在一定的假设条件下求出其动态方程，然后进行线性化处理。该方法比较复杂，一般只用于描述新研制对象的动态特性。对于热工被控对象，较多的采用实验的方法测定其动态特性，然后根据其动态特性求取其数学模型，这也是工程中常用的行之有效的方法。 目前应用较多的是阶跃响应曲线法（如图所示），即当对象处于稳定状态时，在对象的输入端人为的加以阶跃扰动信号，同时观察被调量的响应特性曲线，然后由该曲线求出被控对象的传递函数。
图3.3 模型测定原理图
在利用阶跃响应曲线法求对象传递函数时，要清楚对象内部存在两路基本通道，一路是调节作用和调节量之间的信息通道，称为调节通道，其传递函数用Wob（s）表示；另一路是扰动和被调量之间的信息通道，称为扰动通道，其传递函数用WN（s）表示，若对象存在多个扰动，那么将存在多个扰动通道。显然，被控对象可以看作是一个多输入、单输出的复杂系统，当选择不同的输入信号时，被控对象的传递函数表达式是不同的，这就要求在进行试验前，必须确定求取的是哪一个信号输入作用下的阶跃响应曲线。
由阶跃响应曲线求取对象的近似传递函数有切线法、两点法、半对数法等多种方法，每种方法都具有各自的特点，应根据实际情况使用。
在本设计中通过实验建模的方法，分别测定被控对象温度和流量在输入阶跃信号后的响应曲线和相关参数。
在测定模型参数中可以通过以下两种方法控制调节阀，对被控对象施加阶跃信号：
(1) 通过智能调节仪表改变调节阀开度，实现对被控对象的阶跃信号输入。
(2) 通过在MCGS监控软件组建人机对话窗口，改变调节阀开度,实现对被控对象的阶跃信号输入，本次实验采用后者。
图3.4 水温-流量模型测定原理图
编写程序如下：