2。1。1 二自由度 PID 控制器的等价形式 7

2。1。2 二自由度结构的影响 9

2。2 二自由度 PID 控制及其应用 9

2。2。1 二自由度 PID 控制器 9

2。2。2 二自由度实用型 PID 控制 11

2。3 二自由度 PID 控制受控对象 12

2。4 二自由度 PID 控制系统的选取 12

第三章 系统调试与参数整定 16

3。1 仿真工具介绍 16

3。2 计算跟踪值误差绝对值的平均值的程序部分 17

3。3 系统参数整定 18

3。3。1 完全二自由度参数整定 18

3。3。2 只 P 为二自由度参数整定 23

3。3。3 只 PI 为二自由度参数整定 25

3。4 二自由度参数整定分析总结 27

第四章 一自由度和二自由度控制系统比较 29

4。1 炉温控制性能的比较 29

4。2 抗干扰性能的比较 32

4。3 小结 36

结 语 37

致 谢 38

参 考 文 献 39

第一章 绪 论

1。1 概述

1。1。1 选题原因

在现代控制理论方法与技术大力发展的今天，虽然自适应控制得到了较大的发展， PID 控制技术也并没有因此而被淘汰。由于 PID 控制技术简单实用、线性性好而且能 够地用于各种工业对象，因此深受欢迎。最常规的 PID 控制属于一自由度 PID 控制， 尽管它具有结构简单、结构变化灵活、参数整定方便、容易操作和鲁棒性强等优点， 但是在进行参数整定时，它只有一组可调的 PID 参数。而随着科技水平的不断提高， 在各种实践和生产活动中需要控制的对象越来越复杂，与此同时，所要求的控制水平 也越来越高。一般来讲，要求控制系统同时具有最佳的目标值跟踪性能和抗干扰性能。 对于常规的 PID 控制技术而言，它只能采取折中的办法在设计中兼顾系统的设定值跟 踪性能和干扰抑制性能，或者通过参数整定对以上双向功能中的一种进行优化。由此 我们将常规的 PID 技术向高级发展，即二自由度 PID 控制技术，它可以独立整定与 目标值跟踪性能相关的参数和与干扰性能相关的参数，使控制系统获得最理想的特性。 本文将通过仿真的方法研究二自由度 PID 控制技术在板坯加热炉自动燃烧控制系统 中的应用。论文网

1。1。2  选题的实际意义

工业领域的基石是钢铁产业，轧钢生产又是钢铁产业生产过程中的一个不可或缺 的组成部分，而轧钢生产中的燃料消耗最多的就是加热炉。钢铁工业作为能源消耗特 别多的行业，节约能源降低消耗的问题对于它起着极其重要的意义，其中占所有钢铁 行业能源消耗四分之一的加热炉工艺设备的节约能源降低消耗的问题就是最迫切需 要解决的问题。由于加热炉生产工艺得到了长足的发展和完善以及加热炉生产工业自 动化水平有了很大的提高，并且计算机技术应用也不断普及，又由于钢铁工业越来越 趋于大型化和自动化，研究如何控制轧钢加热炉过以及通过运用计算机技术达到优化 烧钢的目的， 无论是从轧钢过程中的节能减耗、保质保量方面，还是从轧钢加热炉 的工业地位而言，都有着十分重要的现实意义。加热炉是轧钢厂中重要的热能设备， 它的主要功能是保证板坯的温度均匀，并且能够满足轧制的质量要求。文献[1]给出的电阻温度二自由度 PID 控制系统，它是一种二自由度不完全微分 型 PID 控制器。本文将通过仿真的方法研究上述方法在板坯加热炉下自动燃烧控制系 统中的应用。加热炉使用的燃料为天然气、焦炉和高炉煤气的混合煤气，且炉体分为 预热、加热与均热三段。加热段和均热段上下各有一个烧咀加热钢坯，且还装有热电 偶以检测炉气的温度，是工艺上重要的控制点。在实际加热过程中，由于煤气的热值 会波动得剧烈；此外，生产计划又经常为大小料交叉地轧制，导致负载变化不稳定且 比较大；有时候又会因为轧机检修和事故等使得炉子需要常期处于保温待轧状态。以 上都要求炉温控制系统不仅需要有良好的目标值跟踪性能，还要同时有良好的干扰抑 制性能。