基于串级控制理念的虚拟仿真型生产实习教学实践与研究

传统教学方式中无论以教师为主体还是学生为主体的单回路教学方式对学生培养目标存在响应速度慢、迟延大的缺点。本文针对虚拟仿真型生产实习教学构建了基于串级控制理念的教学方式并进行实践研究。结果表明串级控制理念的教学方式既能发挥授课教师教学响应速度快的优点,也有助于发挥教学指导委员会的指导作用,有利于学生培养目标的达成。

水下运载器动力学仿真以及串级控制器参数优化

为了让水下运载器能够更好完成潜射无人机的跨介质机动,基于回转体结构以及ROV(Remote Operated Vehicle)驱动模式设计一种具有动力的潜射无人机水下运载器。根据该运载器的外形结构和驱动模式特点,对其进行动力学建模并设计一种串级控制器控制该运载器的六自由度运动参数,利用Matlab/Simulink进行仿真验证,最后利用Isight优化软件对该运载器的串级控制器参数进行优化,分别利用自适应DOE优化算法和Evol优化算法进行优化计算,经过优化后的串级控制器在六自由度上的轨迹跟踪效果均有提升,其中Evol优化算法优化效果更好,计算成本更小。

最小熵基准的非高斯串级控制回路性能评估

串级控制回路在实际工业生产中有着广泛的应用,相较于单回路控制系统,串级回路有着诸多的优点。副回路的设定不仅使得控制回路的抗干扰能力大大加强,而且还提高了系统的自适应能力。相对于单回路系统性能评估的广泛研究,串级控制系统尤其是非高斯条件下的性能评估研究还很少,且现有的研究成果还存在着一些缺陷。在单回路控制系统性能评估方法的基础上对典型串级控制回路性能评估方法展开深入研究,使用改进的分布估计算法对系统参数进行辨识,并提出新的更优越的性能评价指标,最后通过仿真验证改进方法的有效性。

考虑稳定性的双事件触发过热汽温串级控制

过热蒸汽温度对燃煤火力发电厂的运行至关重要。然而,以往控制策略中执行器频繁动作的问题却未被重视。因此,从保护执行器的角度出发,设计了一种新的控制策略。首先,针对蒸汽温度系统提出了一种考虑稳定性的双事件触发串级控制策略。该策略分别在内环和外环控制器的前端增加了一个事件触发机制。其次,为了减少执行器和控制器更新次数,讨论了在串级控制的双环中添加事件触发机制,并得到了事件触发条件的阈值和时间间隔的选择规律。最后,推导出等效的状态反馈系统,利用非周期性采样理论证明了系统的稳定性。稳定性只与事件时间间隔有关,而与事件触发阈值条件无关。仿真结果表明,与传统的周期控制相比,采用该策略可避免控制器和执行器的频繁更新。此外,与仅在内环或外环添加事件触发控制相比,双事件触发控制策略中内环、外环控制器和执行器的更新次数更少,控制性能更好。

抽水蓄能机组空载工况动态矩阵PID串级控制

针对传统PID控制对含机械时滞抽水蓄能机组调节系统控制效果不理想的问题,提出了一种抽水蓄能机组的动态矩阵PID串级控制策略。考虑液压执行机构的机械时滞和主接力器的限幅与限速,建立了小波动情况下抽水蓄能机组调节系统的数学模型。在调节系统原PID控制作为内环控制的基础上,引入动态矩阵控制作为外环控制,通过天牛须搜索算法来整定优化PID参数,提出了一种新型抽水蓄能机组动态矩阵PID串级控制方法,并应用PID等6种控制策略对调节系统进行控制仿真。结果表明:所提出的控制方法可以在不同机械时滞作用下有效改善抽水蓄能机组调节系统在空载频率扰动时的控制性能。研究成果可为抽水蓄能机组的调节系统控制提供借鉴。

吗啉精馏过程塔釜温度串级控制系统应用研究

针对吗啉精馏过程塔釜温度易受压力波动干扰问题,研究了串级PID控制方案。通过对现场生产数据进行系统辨识获得被控对象传递函数,利用Simulink搭建仿真模型,验证了串级PID控制方案的可行性,基于S7-300PLC设计了塔釜温度串级控制系统。该控制方案实现简单、调试方便,易于在PLC系统中实施,具有良好的推广价值。

串级控制在矿渣立磨热风炉中的应用

针对矿渣立磨生产过程中热风炉煤气流量调节的人工依赖性强、磨机出口温度控制精度低以及生产效率低下等问题,该文建立了一个串级控制系统。该控制系统中有两个控制器温度控制器和流量控制器,其中温度控制器的输出值被设定为流量控制器的目标设定值,而流量控制器根据设定值调整煤气流量,从而实现对煤气流量的精确控制。通过该控制系统的建立,出口温度的波动被有效控制在±1℃的范围内,高炉煤气的消耗减少了3 m 3/t,显著提升了矿渣立磨生产的效率和稳定性,有效取代了传统的人工操作方式,对于推动矿渣立磨生产的技术进步和效率提升具有重要意义。

基于改进粒子群优化算法的PID温度串级控制

针对电站锅炉主蒸汽温度控制系统中存在的易超调、滞后性、抗干扰性差、非线性等问题,提出一种改进粒子群优化算法(Improved Particle Swarm Optimization,IPSO)的PID串级控制方法,该算法先采用线性递减惯性权重的IPSO算法,避免陷入局部极值点,并能有效提升全局搜索能力,再利用改进算法优化PID控制器的参数。通过MATLAB仿真结果表明,相较于普通PID算法,该控制方法在超调量、调节时间、抗干扰能力等方面具有明显优势,系统的响应速度明显提升,鲁棒性好,对复杂温度系统具有较好的适应性。

过热减温水串级控制参数整定对火电站热效率的影响分析

针对我国火电站广泛存在的过热器热水阀失控,导致整套过热减温水系统无法自动运行,甚至影响火电站热效率的问题,本研究以一个600MW燃煤机组为对象,根据过热减温水串级控制系统的基本原理,对其控制参数进行了整定,并进行了实施。研究结果表明,参数整定后,过热器喷水量控制精度显著提高,由±2.37%提高到±0.8%,甚至在燃料成分改变、负荷波动等情况下,也能够实现稳定控制;同时火电站的热效率也获得了显著提高,热效率由原来的39.3%提高至41.1%,效率提高幅度到达1.8%,相当于每日节约标煤约69.52吨。所以,过热减温水串级控制参数的适当整定,对于提高火电站的热效率带来重大影响,并有着重要的现实意义和经济价值。本研究的实施,为火电站过热器喷水控制参数的整定提供方向,并为提高我国火电站的热效率开拓了新思路。

基于模糊PID的焦炉炉温串级控制系统研究

针对非线性的焦炉炉温控制系统,提出了采用模糊PID的串级控制方法。通过比例调节方法控制煤气流速,通过模糊PID调节方法控制焦炉炉温。当外界控制条件平稳时,该串级控制系统处于相对稳定的状态;当炉温或煤气流量发生变化时,该控制系统可以自适应地调节,最终达到稳定状态。利用MATLAB构建了PID控制与模糊PID控制的仿真模型,在无噪音和有噪音两种情形下模拟仿真表明:模糊PID控制的超调量和稳态误差小,而且反应速度快,调整时间短,抗干扰能力强,有良好的控制效果。

串级控制系统模型矩量辨识方法

针对现代工业过程串级控制系统的对象模型辨识问题,提出一种新的基于系统正常运行数据的闭环矩量辨识方法。该方法仅需得到一次设定值变化的正常运行数据,采用梯形积分的方法计算得到传递函数两次求导的值,再运用极小化误差方法和最小二乘法对数据拟合,从而解得二阶含滞后模型的四个未知参数,进而辨识出串级控制系统的内环和外环模型。最后,通过MATLAB进行多次仿真实验。仿真结果表明,该辨识方法不仅具有普适性和极高的辨识精度,而且对噪声信号不敏感,具备良好的鲁棒性。

隔膜分切机放卷张力串级控制器设计

以锂电池隔膜分切机中的放卷张力为研究对象,针对放卷系统非线性、强耦合与参数时变特性对张力控制提出的挑战,提出一种基于扰动补偿的串级控制方法。通过分层控制的思路,对放卷张力和速度2个相互耦合的变量进行串级控制,增加对速度环的扰动补偿与鲁棒控制,提升张力控制的稳定性。考虑到张力滞后于速度,张力外环使用积分滑模控制(ISMC),得到放卷辊最优速度期望值。速度内环使用鲁棒反演滑模控制(BSMC),实现放卷速度的稳定跟踪。针对系统的扰动及未建模因素,设计了扩张状态观测器(ESO)进行实时补偿。仿真和实验结果表明,提出的控制方法相较于传统PID控制具有良好的鲁棒性和抗干扰性,能够很好地适应隔膜分切机不同工况下的张力控制要求。

串级控制在200kg试验焦炉上的研究与应用

文章在传统PID焦炉炉温控制的基础上,针对该控制过程中存在的问题对控制方式进行改进,提出温度与煤气流量控制构成串级PID控制系统,并应用于实际。试验焦炉温度控制效果表明,该控制方法能够适应外界因素对温度的干扰,控制效果较好,具有较强的鲁棒性。

一种PID-PID串级控制系统的设计及其性能分析

针对工业用锅炉存在的物料出口温度具有大滞后的特点,设计了一种PID-PID串级锅炉炉温控制系统.该系统以原料的出口温度和炉膛温度作为反馈量,并采用一步法整定主、副PID控制器的参数.定量计算和Simulink仿真表明,PID-PID串级控制系统的抗干扰性能、响应速度、稳定性、工作频率等显著优于单回路PID控制系统(分别提高了24%、32%、37%、41%),由此说明该PID-PID串级控制系统在控制锅炉炉温方面具有良好的应用价值.

基于KPXJS-C/A装置的串级控制系统投运与测试

以KPXJS-C/A装置串级控制系统为平台,从串级控制系统的基本构成出发阐述串级控制系统的工作原理及投运和整定方法。结合装置流程及仪表的基本情况,构建液位流量串级控制系统,阐述该装置下串级控制系统的投运过程,分析投运中的注意要点及注意事项,改进投运内容。基于集散控制系统的广泛应用,给出装置在集散控制系统条件下改进的建议。

超空泡航行体深度跟踪串级控制策略

针对空泡与航行体之间非线性滑行力导致的超空泡航行体稳定性问题,提出了基于圆判据理论和Nelder-Mead算法的超空泡航行体深度跟踪串级控制方法。介绍了超空泡航行体数学模型以及圆判据定理基础知识。结合模型特性推导了超空泡航行体串级误差状态方程,利用圆判据定理研究了内环绝对稳定性。通过Nelder-Mead算法对内环反馈参数进一步优化。仿真分析结果表明:所提控制方法便于反馈参数整定,可以充分利用超空泡航行体的控制量实现深度跟踪。

变温度串级控制在空气膜分离制氮中的应用

膜分离制氮设备在舰船上应用越来越多,在运行过程中需要将干燥的空气加热才能使产品氮气纯度满足要求。当膜组件工作温度升高,氮气纯度升高,但其回收率下降,即氮气产量变小。目前系统的工作温度大多采用人工设定恒温PID控制算法,无法实时改变系统工作温度。为解决上述问题,提出一种变温度串级控制算法,能够实现满足产品氮气纯度要求的情况下降低膜组件的工作温度,提高产品氮气流量,具有设备运行时间越长,效果越好的特点。

温度串级控制在蠕变试验机上的应用

本文介绍了温度串级控制原理及使用的具体方法,并以其在蠕变试验机高温炉控温中的应用为例,给出了温度串级控制的过程及实现方法,达到了在温度定值控制中温度波动较小的试验要求。

一种网络化并联式串级控制系统时延补偿方法

针对网络时延的存在会降低系统稳定性的问题,提出一种基于新型Smith预估控制和内模控制的网络化并联式串级控制系统的时延补偿与控制方法。以真实网络数据传输过程代替其间网络时延预估补偿模型,免除了对网络时延的测量、估计或辨识,在满足被控对象预估模型等于其真实模型的情况下,可实现对网络时延的动态补偿与控制。仿真结果表明,系统具有良好的跟踪性能,较强的鲁棒性和抗干扰能力。

PFC-PID串级控制在主汽温控制系统中的应用研究

针对火电厂主汽温控制系统大惯性、大迟延、慢时变以及扰动因素较多,常规串级PID控制难以取得满意的调节效果的特点,该文介绍并分析了预测函数控制(PFC)的基本原理和特点,给出了一阶加纯滞后系统的预测函数控制的具体算法,并将PFC和PID控制相结合,提出了PFC-PID串级主汽温控制策略。系统的内回路采用PID控制,内回路和主调节区对象构成PFC的广义被控对象,对广义被控对象进行拟合简化得到一阶加纯滞后对象,作为PFC的预测模型,算法简单;预测模型失配时,系统仍具有良好的控制品质,易于工程实现,具有较高实际应用价值。大量的仿真实验表明,采用PFC-PID串级控制策略的主汽温控制系统的动态品质明显优于采用PID串级控制策略的系统,具有较强的鲁棒性和抗干扰能力。