内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
4.3焦炉立火道温度控制系统仿真波形参数
对于稳定的系统，通常用描述系统阶跃响应特征的一些参数来评价其性能的好坏。从调节过程中的六个主要指标分析仿真结果的不同。这几个指标分别是衰减比，余差，最大偏差，调节时间，超调量，振荡周期[23]。
1、最大超调量δ% 瞬态过程中输出响应的最大值超过稳态值的百分数为
?%?Cmax?C(?)?100% （4.4）
C(?)2、衰减比 它是后一波与前一个波的振幅的比值，但习惯上以1：n表示。或者也可以用衰减率表示，它是前一个波峰值与稳态值之差减去后一个波峰值与稳态值之差的值与前一个波峰值与稳态值之差的比值。
3、余差 也称静差，它是调节过程终止时的剩余偏差，即被调量稳定值与给定值之差。
4、大偏差 它是被调量在动态过程中的最大偏差，是第一个波峰与给定值之差。 5、节时间 当 和 之间误差达到规定的允许值，且以后不再超过此值所需的时间称为调节时间ts 。
6、升时间 输出响应第一次达到稳态值的时间，或由稳态值的10%上升到90%所需的时间。
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4.4焦炉立火道温度控制系统仿真研究
4.4.1常规PID控制系统仿真分析
图 4.1 单回路控制系统仿真原理图
图4.1是单回路控制系统仿真原理图，此系统的控制为PID控制，PID控制器的Kp、Ki、Kd三个参数的大小决定了PID控制器的比例、积分、微分控制作用的强弱。此时加热炉温度特性的稳态值设定为1200℃。
当KP =0.5，TI =5，TD=0.8时，阶跃响应结果如图4.2所示。
图 4.2 单回路控制系统仿真波形
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当KP =0.8，TI =5，TD=0.8时，阶跃响应结果如图4.3所示。
图 4.3 单回路控制系统仿真波形
当KP =0.8，TI =3，TD=0.8时，阶跃响应结果如图4.4所示。
图 4.4 单回路控制系统仿真波形
当KP =0.8，TI =3，TD=1.5时，阶跃响应结果如图4.5所示。
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图 4.5 单回路控制系统仿真波形
有单回路控制系统仿真波形可得知PID调节器有如下特点[20]： 1、比例系数Kp对控制性能的影响
比例系数Kp影响系统的幅值、超调量、系统响应速度以及稳态误差，随着比例系数Kp的增加，超调量增大，减少稳态误差。但比例系数Kp不能无限增加，因为无限增加会使系统不稳定。
2、积分时间常数Ti对控制性能的影响
积分时间Ti主要是消除系统的稳态误差，随着积分时间常数Ti的增加，超调量降低，系统响应速度稍有变慢。积分环节的主要作用是消除系统的稳态误差。
3、微分时间常数Td对控制性能的影响
微分时间Td的主要作用是提高系统的响应速度。随着微分时间常数Td的增加，闭环系统响应的速度加快。
当PID调节器中的KP =0.8，Ti=3，Td=0.8时,由仿真结果可以看出，经过30min系统达到稳态，系统的最大偏差大约为400℃，最大超调量δ%=33.34%，为系统稳定后无余差。控制效果不理想，但控制结构简单抗干扰性差。
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4.4.2串级比值控制系统仿真分析
图4.6 串级比值控制系统仿真原理图
图4.6是串级比值控制系统仿真原理图。串级系统主回路是炉温控制，副回路是燃料控制，比值系统是煤气和空气的比值。
当控制器的PID参数为Kp0=1.85，Ki0=3.5，Kd0=1.35；Kp1=844，Ki1=240，Kd1=0; Kp2=400，Ki2=360,Kd2=0；r=1.1时串级比值系统仿真结果如下图所示。
图 4.7 串级比值系统仿真波形
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