电厂热工控制计算机仿真毕业论文

1、目 录摘 要IIIABSTRACTIV第一章 绪 论1第一节 计算机辅助教育的发展1第二节 控制系统计算机辅助设计的发展3第三节 课题研究背景及论文主要内容4第二章 开发环境简介6第一节 MATLAB简介62.1.1 MATLAB概述6第二节 MATLAB 的绘图功能72.2.1 基本绘图函数72.2.2 绘制二维图形的一般步骤72.2.3 plot函数的调用格式82.2.4 色彩、线型和数据点标志9第三节 图形用户界面（GUI）102.3.1 什么是图形用户界面（GUI）102.3.2 MATLAB的图形用户界面向导112.3.3 GUI界面介绍与应用11第四节 SIMULINK132.4.

2、1 SIMULINK简介及功能132.4.2 在MATLAB命令窗口中输入simulink14第五节 SIMULINK与GUI的关联14第三章 P I D173.1 PID控制简介173.2 PID控制器的参数整定19第四章 电厂典型自动调节系统计算机仿真21第一节 自动调节系统简介214.1.1 自动调节系统简介214.1.2 实现自动控制作用所需的自动控制装置主要有：21第二节 三冲水量给水自动调节系统234.2.1 锅炉给水调节系统模型234.2.2 三冲量给水仿真系统23第三节 汽包锅炉燃烧自动调节系统274.3.1 燃烧过程控制主要构成274.3.2 蒸汽压力控制和燃料空气壁纸控制系

3、统274.3.3 炉膛负压控制系统控制系统框图如下图所示：284.2.4 燃烧仿真系统29第四节 导前气温调节系统324.4.1 采用导前气温微分信号的双回路调节系统324.4.2 导前气温调节系统模块34第五节 串级气温调节系统374.5.1 过热气温串级调节系统374.5.2 主气温串级调节系统模块38第六节 两种气温调节系统的比较40第五章 总结与展望42致 谢43参考文献44摘 要 自动控制学科诞生于二十世纪四十年代，发展至今，已经成为一门理论体系严谨，用到很多很深的数学工具的学科。但是，长期以来，自动控制理论的教学一直采用传统的教学方式，传统教学方式的种种弊端造成了自动控制理论课堂教

4、学效率偏低，不利于激发学生的学习兴趣。随着计算机技术的广泛应用，计算机辅助教育（CAI）迅速发展起来。为了适用科学发展的需要，本文以能源系本科必修课电厂热工过程自动调节中的重点、难点，以MATLAB为开发工具，开发了一套热工自动调节原理教学演示及仿真软件系统。本软件系统包括PID、和电厂常用的调节系统分析两个模块。本软件系统在教学实践中应用不仅对培养学生的创造性思维能力、提高教学质量有着积极的促进作用，而且对深化教学改革、加速教学手段的现在化也产生积极的推动作用。此外，电厂用的调节系统分析模块将电厂负荷控制系统的参数优化整定和系统仿真融为一体，为设计人员进行离线的多方案比较提供了有效工具，可以

5、作为控制系统计算机辅助设计（CADCS）工具单独使用，对于提高电厂负荷控制系统的投运效率，缩短控制系统的投运时间将起到积极的作用。关键词：CAI,CADCS,MAATLAB,SIMULINK,仿真，自动控制，电厂热工自动控制Computer simulation of power plant thermal controlABSTRACTThe subject of auto control started in the forties of the twentieth century. UP to the Present, it has become a rigorous theory th

6、at involved many abstruse mathematical calculations. But the teaching of the auto control subject still follows the traditional ways since long time ago. And the disadvantages of the traditional teaching ways lead the auto control teaching efficiency to the low side. It makes against to inspire the

7、students interests in the course of learning. A1ong with the development of the computer technology, the computer aided instruction (CAI) developed rapidly. Suiting for the needs of the development of the subject ,we refer to the keystones and the difficulties of the compulsory undergraduate course

8、in Energy department of Zhe jiang University, finish a suit of software for the thermal auto control teaching demonstration and simulation programming with Matlab. The software kit includes the dynamic analysis of the two steps system , the influences of the PID parameters in the dynamic progress of

9、 the system, and the typical auto control systems in the power plant. The applying of the software kit in the teaching ways will train the students creative thinking, and improve the quality of the teaching efficiency in the courses. Also, it will act the active effete to deepen the innovation of th

10、e teaching ways and speedup the modernization of the teaching ways. Furthermore, the module of the typical auto control systems in the power plant can be used to correcting and optimizing the parameters of the load control systems in the power plant, and the simulation of systems. It offers a effect

11、ive kit to the designers of the power plant to compare the parameters influences offline. It can be used for a kit of Computer Aided Design in Control System individually. And the applying of it will improve the running efficiency of auto control systems in the power plant.Key Word: CAI, CADCS, MATL

12、AB, SIMULINK, AUTOCONTROL，Automatic control of thermal power plant.第一章 绪 论第一节 计算机辅助教育的发展从20世纪70年代中期起，计算机真正开始对教育直接发生巨大影响，计算机技术开始与教育相结合：计算机辅助教学(CAI)、计算机辅助学习(CAL)、计算机管理教学(CMI)、计算机辅助教育管理(CAEM)、教育信息处理、教育信息数据库、计算机教育、教学咨询等计算机在教育中的各种应用蓬勃发展。在计算机的这些应用之中，又以计算机辅助教学在教育中的涉及面最广，影响也最大，而且发展也最为成熟。它的兴起和发展，已经给传统的教育思想、教

13、育理论、教育方法、教育技术和教师的职能与素质带来了新的变革与发展。计算机辅助教学简称CAI，是英文Computer Assisted Instruction的缩写。它的研究与应用始于1958年，并得到迅速的发展且对教学改革产生了深刻的影响，而它自身也已发展成为有着广阔应用前景的新兴学科。是利用计算机作为主要的教学媒体来进行教学活动。也就是指教师将电脑作为教学媒体，为学生提供一个学习的环境，学生通过与计算机的交互对话进行学习的一种教学形式，即我们平时所说的多媒体辅助教学。 CAI的兴起有着它的社会基础、物质基础和理论基础。如何把握CAI的本质及其发展的脉络，这就要求我们通过CAI中应用的学习（或

14、教学）理论和计算机技术以及社会的需求，去观察和分析CAI的发展。根据CAI 软件所运用的学习理论和使用的计算机技术，可以把CAI的发展分为三个阶段。 第一阶段是从20世纪50年代到70年代这二十多年时间，在学习理论的应用上，多数CAI 软件采用行为主义学习理论。1979年，加涅和布里格思根据行为主义学习理论提出了对CAI设计有重要指导作用的教学设计原则，这就是：接近（Contiguity)原则，即反应必须在刺激立即出现；重复(Repetition)原则，重复练习能加强学习和促进记忆；反馈与强化(Feedback and reinforcement)原则，与反应正确性有关的信息可以促进学习；提示

15、及其衰减(Prompting and fading)原则，在逐步减少提示的情况下，朝着期望的反应引导学生，从而完成学习。在这些理论原则的指导下，这一时期开发的大量的CAI课件多数是操练和个别指导型的，强调通过学习，使学生掌握一定的知识。在这一阶段，计算机技术的使用，突出表现在人-机交互方式上，主要是通过文字和简单的图形，因此，大多数CAI软件缺乏对学习者的吸引力。第二阶段是20世纪80年代的十年。在这期间无论是CAI的发展规模，还是应用水平都有显著地提高。认知理论成为指导CAI发展的重要的理论基础。认知学习理论认为世界是由客观实体、其特征以及客观事物之间的关系所构成，在学习上他们强调学习者内部

16、的认知过程。认为教学的目标在于帮助学习者习得事物及其特性，使外界客观事物(知识及其结构)内化为其内部的认知结构。根据认知学习理论，学习的各个内部过程分别是接受、期待、提取信息到短时记忆、选择性知觉、语义编码、反应、强化、激发信息的保持、形成概念。1981年加涅、维格和罗杰斯等人指出，学习的内部过程与学习周期的几个阶段是一致的，若能将CAI提供的学习活动（人-机交互过程）与学习的内部过程相一致，会明显地增加CAI的有效性。为此，人们建立了与学习内部过程相一致的相应的CAI 活动序列。据此人们在设计和开发CAI软件时，经常会在CAI 课件的开始，利用能体现课件内容且具有强烈感染力的图形序列（或图象

17、），以唤起学生的注意。并在学习开始时，告诉学生目标，从而激起学生对学习的期望。接下来会通过测试，刺激学生回忆以前的学习，以便把已有的与将要学习的新的知识结合起来。然后，向学生呈现刺激材料，即呈现教学信息并不断地提供学习指导，以促进语义编码的内部过程。为了检验学生对新知识的理解程度，经常提供足够多的练习，要求学生“做一下”，以表明他们已经理解“怎么做”，让学生“参与”学习，并形成新的刺激，诱发学生的行为。在学生作出反应、表现出行为之后，及时地让学生知道其反应的正确性及正确程度，即向学生提供反馈信息。为了促进进一步的回忆并巩固学习结果，不少CAI软件都具有测试功能，以评定学生的行为，使成功的意义建

18、构加以强化。许多优秀的CAI软件，还利用多媒体技术和多种手段，提供有利于学习迁移的实例和情境，让学生去求解、去探索，这不仅有利于学习的迁移，对于发展学生的认知策略也是不可缺少的。在这一时期，计算机技术得到了迅速发展，特别是多媒体技术的出现和应用，使CAI产生了巨大变化。在人-机交互方式上更加多样化，通过图、文、声、视频图象等多种形式表达教学信息；在信息组织方式上采用了超文本技术，形成超媒体系统，能较好地适应学习者的联想性思维。 第三阶段进入90年代后，CAI的发展产生了新的飞跃，进入到了一个新的发展阶段，主要表现在建构主义(Constructivism)学习理论的应用和计算机网络的使用。建构主

19、义学习理论突出了学习者的主体作用，它认为学习者是信息加工的主体，是意义的主动建构者，而不是外部刺激的被动接受者和被灌输的对象。教师是意义建构的促进者和帮助者；而不是知识的传授者和灌输者。建构主义者根据他们对学习的理解，提出了多种教学方法，例如：随机通达教学(Random Access Instruction)；抛锚式教学(Anchored Instruction)；支架式教学(Scaffolding Instruction)等。从而为CAI提供了理论依据，并是计算机辅助教学得到了广泛应用。多媒体和计算机网络，特别是Internet网络的普及，为开发能够体现建构主义理论的学习环境提供了良好的条件

20、。目前，在我国，许多教师节开始使用计算机进行辅助教学是采用演示模式，即在班级教学中，教师讲解的同时，在课堂上用计算机演示一些微观现象或动态图形，或者把抽象的东西形象化、具体化，收到了良好的效果。计算机辅助教学作为新的教育技术，在教育和教学中正发挥着越来越重要的作用。第二节 控制系统计算机辅助设计的发展 控制系统计算机辅助设计,国际上常用的缩写为CADCS，控制系统计算机辅助设计技术的发展，是在最近二十年左右的时间里，伴随着当代一些新技术的发展，特别是控制技术，计算机技术、信息技术、人工智能以及系统工程的发展而逐步发展起来。 在谈到CADCS的发展是，首先应提到数字仿真技术的发展。早期的CADC

21、S软件包正是以数字仿真为基础而构成的。随着计算机存储容量的增大，运算速度的提高，仿真语言的出现，以及快速打印机、XY绘图仪等硬件设备的发展，技术人与那不仅可以利用计算机对控制系统进行仿真，而且还逐渐发展除了可用于控制系统设计的软件包。在CADCS的发展初期，大多采用现在控制理论的时域法进行系统的分析与设计，后来由于图像显示的发展及现在频域法的发展，采用频域法的CADCS软件包也逐渐大量出现，特别是对一些线性定常数的单变量控制系统，采用频域法，和具有较强的人、机信息交互更能的软件包，更是受到一般控制系统设计人员的欢迎。随着CADCS技术的发展，目前控制理论中一些具有实际应用的精髓部分，基本上都可

22、以从目前已有的CADCS软件包中体现出来。近年来，CADCS技术以不仅应用于控制器的综合与设计，而且已逐步扩展用于系统分析、仿真、辨识、建模，以及实时控制等各个方面。所处理的系统，也从工程技术领域逐渐转向各种非工程领域。近年来在CADCS字系统中，随着人工智能技术的发展，专家系统在CADCS系统中应用日益增多，这对于改善计算机在整个CADCS系统中的作用，改善整个机辅设计，均有十分重要的意义。70年在末。我国学者积极开展了CADCS的工作，并在1979年5月厦门的中国自动化系学会控制理论专家委员会学术会议上，做了一次学术交流。1980年10月控制理论专业委员会在桂林阳朔的学术会议上提出了、的有

23、组治进行此项工作的建议，得到了科学院院士、自动化学科组长杨家溪教授的高度重视。1982年9月，他在长春的技术部委扩大会议上，积极倡导组织力量研究中国特色的CADCS软件，同年底得到中国科学院自然科学基金的资助。1984年初，在中国科学院系统研究所多次讨论了CSCAD的设计工作，经杨教授提议，在CSCAD前面在加上一个字母C，这就是1984年到1986年完成的CCSCAD.第三节 课题研究背景及论文主要内容自动控制学科诞生于二十世纪四十年代,发展至今,自动控制理论己经成为一门理论体系严密,用到很多很深的数学工具的学科。但自动控制理论的教学却一直采用传统教学方式,在短短的课堂教学时间内,教师单凭板

24、书、口授,很难将自动控制理论中的一些抽象概念、复杂概念讲清楚。尤其是对于诸如低阶、高阶系统的动态性能,根轨迹的介绍,阶跃响应等,用概念、公式很难给学生一个清晰、直观的认识。但如果由教师在课堂上画图演示的话,势必耽误大量宝贵的课堂教学时间,造成课堂教学效率偏低。而且,教学效果将受到教师绘图水平等多方面因素制约,不利于教学质量的提高。自动控制系统的设计,在建立受控模型以后,需要对所建立的模型进行仿真研究,以验证模型的正确性。这里主要是对受控对象即开环系统进行仿真。当控制系统被设计完成以后,同样需要对所设计的系统进行仿真研究,以校核系统的性能是否满足要求。这里是对整个闭环系统进行仿真研究。热工自动控

25、制就是在热力发电厂的生产过程中采用自动控制技术,通过控制设备,使被控对象或生产过程,自动地按照预定的规律运行。在大型火力发电厂,为了使发电机组能尽快适应电网负荷变化的要求,必须设计负荷控制系统。它的基本任务是:当电网负荷要求改变时,负荷系统能及时地对锅炉和汽轮机的控制系统分别发出改变负荷的指令,使锅炉和汽轮机协调地改变各自的输入量,从而使机组的输出功率尽快地适应电网负荷变化的需要,同时又使汽机前的汽压在允许范围内改变。单元机组负荷控制系统是具有反馈、前馈和交又环节的多变量系统,系统中调节器参数的整定至今仍靠现场的反复试凑。针对上述存在的问题,我们开发了一套用于热工控制系统教学演示和仿真的软件。

26、该软件主要包括对电厂常用的几种典型调节系统的仿真分析(三冲量水位调节系统、锅炉电站主气温串级调节系统、主气温导前调节方式以及燃烧自动调节系统)。一方面可以用来在课堂上演示,学生通过观看演示认识了在己知对象传递函数时,对象随扰动量变化时的特性曲线。同时可以了解过热蒸汽对象的有滞后、有惯性、有自平衡能力的特性。以及锅炉给水对象具有无自平衡能力,特别在蒸汽量扰动时有虚假水位现象存在等特点。这样就加深了学生对书本知识的理解,并对现场测定对象特性的方法有了深入的了解。另一方面,采用此部分的软件包能将负荷控制系统的参数优化整定和系统仿真融为一体,为设计人员进行离线的多方案比较提供了有效工具:同时能避免现场

27、的反复试凑,提高负荷控制系统的投运效率,缩短控制系统的投运时间,由此带来的经济效益将是十分可观的。第二章 开发环境简介第一节 MATLAB简介2.1.1 MATLAB概述1984年正式推出的MATLAB语言为数学问题的计算机计算求解特别是控制系统的仿真和CAD发展起到了巨大的推动作用.1980年前后,时任美国New Mexico大学计算机科学系主任的Cleve Moler教授认为用当时最先进的EISPCK和 LINPACK软件包求解线性代数问题过程过于繁琐，所以构想一个名为MATLAB（MATrix LABortory,及矩阵实验室）的交互式计算机语言。该语言1980年出现了免费版本，1984

28、年The Mathwork公司成立，并推出了1.0版。该语言的出现正赶上控制界基于状态空间理论蓬勃发展的阶段，所以很快就空直接学者的关注，出现了用MATLAB语言编写的控制系统工具箱，在控制界产生了巨大的影响，成为控制界的标准计算机语言。后来由于控制界及相关领域提出的各种各样要求，MATLAB语言得到了持续发展，使得其功能越来越强大。可以说，MATLAB语言由计算机数学专家首创的，但是有控制界专家“捧红”的新型计算机语言。目前大部分工具箱都是面向控制和相关学科的，但随着MATLAB语言的不断完善，目前也在其他领域开始使用。稍后出现的Mathmatica及Maple等语言当前页是应用广泛的计算机

29、数学语言。此外，法国国家计算机科学与控制研究院INRIA开发的自由软件Scilab也可以部分解决常用的数学问题，其最显著的特色是完全免费且源代码全部公开，但在求解数学问题的功能上尚无法和MATLAB等计算机语言媲美。现在，随着技术的发展，MATLAB个功能越来越强大，它主要包括主包，Simulick以及功能各异的各种工具箱组成，以矩阵运算为基础,吧计算 可视化 程序设计融合到了一个简单易用的交互式工作环境中.在这里可以实现工程计算、算法研究、符号运算、建模和仿真、原型开发、数据分析及可视化、科学和工程绘图、应用程序设计等等功能。第二节 MATLAB 的绘图功能2.2.1 基本绘图函数MATLA

30、B提供多个函数用于绘制图形，以向量或矩阵作为输入参数，绘制它们的图像。下面的列出了基本绘图函数。如表2-2-1表2-2-1 基本绘图函数表函数功能plot绘制二维线性图形及两个坐标轴Plot3绘制三维线性图形及三个坐标轴Loglog绘制对数图形及两个坐标轴（两个坐标轴都是对数坐标Semilogx绘制半对数坐标轴（X为对数坐标，Y为线性坐标）semilogy绘制半对数坐标轴（Y为对数坐标，X为线性坐标）plotyy绘制y双轴图形2.2.2 绘制二维图形的一般步骤为了让读者对绘制图形的过程有一个宏观的了解，在这里先介绍绘制二维图形的一般步骤，具体细节将在后面的章节中进行展开。 绘制二维图形的一般步

31、骤如下： （）数据的准备：选定所要表现的范围 产生自变量采样向量 计算相应的函数值向量 典型指令：x=0:pi/100:2*pi; （）选定图形窗及其子图的位置： 缺省时，打开 Figure No1，或当前窗，当前子图 可用指令指定图形窗号和子图号 典型指令：figure（） 指定1号图形窗 subplot（2，2，2） 指定 2号子团 （）调用（高层）绘图指令：线型、色彩、数据点形 典型指令：plot（x，y，-ro） 用红色实线画曲线，其数据点类型为o （）设置轴的范围与刻度、坐标分格线 典型指令：axis（0， inf，1，1） 设置坐标轴的范围 grid on 画坐标分格线 （）图形注

32、释，包括：图名、坐标名、图例、文字说明等 典型指令：title（专家系统） 图名 xlabel（）； ylabel（y） 轴名 legend（sinx，cosx） 图例 text（2，y=sinx） 文字说明 （）打印：图形窗上的直接打印选项或按键 利用图形后处理软件打印 采用图形窗选项或按键打印最简捷。 步骤1，3是最基本的绘图步骤。至于其他步骤，并不完全必须。2.2.3 plot函数的调用格式 在二维曲线的绘图命令中，函数plot是最基本，最重要的二维图形命令，其它许多绘图命令都是在它的基础上形成的。 下面介绍plot的使用方法： 调用格式1 plot(x,y) 功能 绘制二元组x、y的曲

33、线图形。 说明 这里x为横坐标，y为纵坐标。若x、y是同规模的向量，则绘制一条曲线。若x是向量而y是矩阵，则绘制多条曲线，它们具有相同的横坐标数据。 若x、y都是矩阵，则以它们对应的列构成二元组，绘制多条曲线。 调用格式2 plot(y) 功能 绘制曲线图形。 说明 若y是向量，其元素是实数，则绘制y与其元素的下标所构成的二元组的曲线图。 若y的元素是复数，则等价干plot(real(y)，imag(y)。 若y是矩阵，则按列绘制曲线图，曲线条数等于y阵的列数。 调用格式3 plot(x1,y1,x2,y2,) 功能 以(x1,y1)，(x2,y2)为二元组，绘制多条曲线。2.2.4 色彩、线

34、型和数据点标志函数plot可以接受字符串输入变量，这些字符串输入变量用来指定不同的线型、数据点的标志符号以及每条曲线的颜色。它的一般的调用格式为： plot（x,y, s ） 其中，s是由1至3个字母组成的一个字符串，用来指定所绘制的曲线的色彩、线型和数据点标志。s为空时，表示按系统的缺省定义进行处理。 它例如： plot（x，y，-ro） % 将绘制一条红色的实线，并且在每个数据点上，都用符号“o”进行标记 下面的表6-2列出了代表不同曲线的颜色和线型的符号，在设置曲线的颜色时，可以利用缩写的字母，当然也可以利用实际的颜色名称。如表2-2-2中给出了一些线性的基本属性。表2-2-2 曲线属性

35、表符号代表的颜色符号代表的线性c青色实线m品红色-虚线y黄色.点连线r红色-.点化线g绿色none不画线b蓝色w白色k黑色第三节 图形用户界面（GUI）2.3.1什么是图形用户界面（GUI）用户界面就是用户和计算机之间或者用户和计算机程序之间进行通讯的场所和实现交互的方法。它是计算机和用户用来交换信息的方法。计算机在计算机屏幕上像是文字和图形，并且还有可能利用扬声器发出声音。用户用诸如鼠标、键盘、跟踪球、绘图板或者麦克风这样的输入设备和计算机进行通讯。用户界面定义了计算机、操作系统或者应用程序给人的外观和感受。通常，用户在选择计算机或者程序的时候，是以设计是否让人舒服及它的用户界面功能是否高效

36、来决定的。 图形用户界面，或者说GUI(发音为gooey)，是整合了诸如图形、窗口、按钮、菜单和文本这样的推行对象的用户界面。以某种方式选中或者激活这些对象通常会导致某些动作或者变化的发生。最常用的激活方式就是用鼠标或者其他点击设备来控制屏幕上指针的移动，以及按下鼠标按键来发出一个或者选中对象其他动作的信号。 在MATLAB中，一个非常好的用户图形界面的例子就是“demo“命令。2.3.2 MATLAB的图形用户界面向导为了能够让用户更加当便的设计图形用户界面,在MATLAB中提供了用户界面向导.利用该向导,用户可以非常方便和快捷的设计一个图形界面,就好像在一张纸上进行绘图一样.利用该向导,用

37、户可以在很短的时间内完成一个非常福大的图形界面的外观设计.一旦用户完成了该图形界面的外观设计,确定了所有的按钮以及图形的位置,那么就可以利用MATLAB的回调程序编辑器来编写MATLAB的源代码程序,从而可以使图形界面能够完成特定的任务.MATLAB中的图形用户界面设计向导一共包括五部分内容,它们分别是:(1) 向导控制界面.提供了九种不同的图形控制对象和一个坐标轴对象,可以使用户按照自己的需要在图形上非常方便的添加和删除图形控制对象.另外,还包括了其他四个界面设计工具.(2)属性编辑器.提供了图形方式的对象属性编辑器,可以使用户非常方便的对特定的图型对象的所有属性进行编辑.(3)回调程序编辑

38、器. 提供了图形方式的回调程序编辑器,可以使用户非常方便的对特定的图形对象的回调程序进行编辑.(4)矫正工具.用来调整图形窗口中各个图形对象的位置的工具.可以使用户按照在即的需要来放置不同的图形对象.(5)菜单编辑器. 提供了图形方式的菜单编辑器,可以使用户非常方便的对图像的菜单条进行编辑,可以添加自己的菜单,以可以删除原来的菜单.(6)向导控制面板可以用两种方式打开.(1)在MATLAB的命令行窗口中键入”guide“命令；（2）在菜单条中的“File”菜单中选择”Show GUILayout Tool”.2.3.3 GUI界面介绍与应用GUI界面： 图2-3-1 GUI界面GUIDE(Gr

39、aphical User Interfaces Development Environment) 是由窗口、光标、按键、菜单、文字说明等对象（Objects）构成的一个用户界面。用户通过一定的方法（如鼠标或键盘）选择、激活这些图形对象，使计算机产生某种动作或变化，比如实现计算、绘图等控件对象的描述(Description of controller object)MATLAB中的控件大致可分为两种，一种为动作控件，鼠标点击这些控件时会产生相应的响应。一种为静态控件，是一种不产生响应的控件，如文本框等。每种控件都有一些可以设置的参数，用于表现控件的外形、功能及效果，既属性。属性由两部分组成：属性

40、名和属性值，它们必须是成对出现的（1） 按钮(Push Buttons)：执行某种预定的功能或操作；（2） 开关按钮(Toggle Button)：产生一个动作并指示一个二进制状态（开或关），当鼠点击它时按钮将下陷，并执行callback（回调函数）中指定的内容，再次点击，按钮复原，并再次执行callback中的内容；（3） 单选框(Radio Button)：单个的单选框用来在两种状态之间切换，多个单选框组成一个单选框组时，用户只能在一组状态中选择单一的状态，或称为单选项；（4） 复选框(Check Boxes)：单个的复选框用来在两种状态之间切换，多个复选框组成一个复选框组时，可使用户在一

41、组状态中作组合式的选择，或称为多选项；（5） 文本编辑器(Editable Texts)：用来使用键盘输入字符串的值，可以对编辑框中的内容进行编辑、删除和替换等操作；（6） 静态文本框(Static Texts)：仅仅用于显示单行的说明文字；（7） 坐标轴(Axes)： 用于显示图形和图象。第四节 SIMULINK2.4.1 SIMULINK简介及功能SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。

42、所谓模型化图形输入是指SIMULINK提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以.mdl文件进行存取），进而进行仿真与分析。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分

43、具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。.构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink

44、与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。2.4.2 在MATLAB命令窗口中输入simulink结果是在桌面上出现一个称为Simulink Library Browser的窗口，在这个窗口中列出了按功能分类的各种模块的名称。 也可以通过MATLAB主窗口的快捷按钮来打开Simulink Library Browser窗口。 在MATLAB命令窗口中输入simulink3 结果是在桌面上出现一个用图标形式显示的Library :simulink3的Simulink模块库窗口。 两种

45、模块库窗口界面只是不同的显示形式，用户可以根据各人喜好进行选用，一般说来第二种窗口直观、形象，易于初学者，但使用时会打开太多的子窗口。第五节 SIMULINK与GUI的关联 SIMULINK与GUI的关联常用的方法有两种，一是将数据导入基本工作空间，二是调用set_param函数。前者由于数据都导入了基本工作空间，所以容易造成数据间的互相影响，故在本课题中不采用此种方法；后者由于论述不易理解，故采用一个例子来说明SIMULINK与GUI的关联。GUI界面如图2-5-1所示：SIMULINK界面如图2-5-2所示：图2-5-1 GUI界面图2-5-2 SIMULINK界面关联程序如下：str1=

46、get(handles.edit10,String);str2=get(handles.edit11,String);str3=get(handles.edit12,String);str4=get(handles.edit13,String);load_system(test1);set_param(test1/R,After,str1);set_param(test1/L1,After,str2);set_param(test1/L2,After,str3);set_param(test1/Gain,Gain,str4);sim(test1);axes(handles.axes1);plo

47、t(x1,x2)注释：如图2-5-1绘制一个GUI界面，其中edit10到edit14中的数据为要通过GUI导入SIMULINK的数据，图2-5-2中的R,L1,L2,Gain为要从GUI中获取数据的控件。Edit前面的字符为static test 控件，通过双击该控件，然后在String后面的框中更改概括来说就是通过get函数得到GUI中的数据，然后通过set_param函数将得到的数据赋给SIMULINK。 具体的关联关联方法为：右击Push Button在其CallBack中写入图三中的一段代码。在代码中第一句的作用为将edit10中的数据付给str1,以此类推。load_system(

48、test1)为引用图二中的SIMULINK方框图。第六句为将str1的值付给R，其中set_param为函数，test1为SIMULINK的文件名，R为控件的名称，After为需要赋值的位置名称，以此类推。继续往下可以看到sim(test1)，该句是运行SIMULINK文件test1。axes(handles.axes1)是将test1中输出限定在axes1中。第三章 P I D 3.1 PID控制简介 目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能 控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系

49、统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器传感器变送器执行机构输入输出接 口。控制器的输出经过输出接口执行机构加到被控系统上控制系统的被控量经过传感器变送器通过输入接口送到控制器。不同的控制系统其传感器 变送器执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器 （仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器 (intelligent regulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校

50、正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制 器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。 可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现 PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。PID控制是一种负反馈控制，在反馈控制系统中，控制器和被控对象组成一个闭合回路，在连接成闭合回路时可能出现两种情况：正反馈和负反馈。正反

51、馈作用加剧被控对象流入量和流出量的不平衡，从而导致控制系统不稳定；负反馈作用则是缓解对象中的不平衡，这样才能正确的达到自动控制的目的。PID公式如下：ut=kpet+1TI0tetdt+TDdetdt式中：u(t)调节器的输出信号；e(t)调节器的偏差信号，等于测量值与给定值之差；kp 调节器的比例系数；TI 调节器的积分时间；TD 调节器的微分时间； PID调节的实质：根据输入的偏差信号，按比例、积分、微分的函数关系进行计算，其运算结果用于输出控制（1）、比例控制的作用作用：对当前时刻的偏差信号e(t)进行放大或衰减，控制作用的强弱取决于比例系数；特点：Kp越大系统动态特性越好，但Kp过大y

52、(t)可能会引起系统振荡使稳定性变差，也有可能出现比例饱和现象。缺点：不能消除静态误差。（2）、积分控制的作用作用：通过对误差累积的作用影响控制量，并通过系统的负反馈作用减小偏差；特点：与e(t)存在全部时段有关，只要有足够的时间,积分控制将能够消除稳态误差。缺点：不能及时地克服扰动的影响。（3）、微分控制的作用特点：反应e(t) 变化的速度，在偏差刚刚出现时产生很大的控制作用，具有超前控制作用；作用：有助于减小 超调和调整时间，改善系统的动态品质;缺点：不能消除系统的稳态误差。3.2 PID控制器的参数整定PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器

53、的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数 整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直 接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广 泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控 制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采

54、用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：该方法是先将PID控制器设置为纯比例作用（即把积分时间TI放在“”的位置，微分时间TD放在“0”位置，就消除了积分和微分作用），且比例带放在较大位置，将系统投入闭环控制，待系统运行稳定后，逐步减小比例带（即增加放大系数Kp），直至控制系统出现等幅振荡的过度过程（一般连续等幅振荡4至5次即可认为达到等幅振荡）。这时的比例带就叫做临界比例带k，振荡周期就叫做临界振荡周期Tk。根据k和Tk从表3-2-1中查找控制器应该采用的参数值（衰减率为0.75）。表 3-2-1控制器传递函数TiTdP1/2kPI1/(1+1/TIs)2.2k0.

55、85TkPID1/(1+1/TIs+ Tds)1.7k0.5Tk0.125Tk将控制器参数按要求的数值设置好，比例带可比求得的数值大一些，做系统的阶跃扰动试验，观察控制过程，适当修改整定参数。由于被控对象的动态特性各不相同，利用上表所求的参数不一定都能得到满意的控制过程。实践证明：对于无自平衡能力的对象，其传递函数形式为1/sT_a e(-s)时，用临界比例带法整定所得到的控制过程往往是衰减率偏大（0.75），而对于有自平衡能力的高阶等容对象K/(1+Ts)n ，当n3时用此法整定所得到的控制过程往往是衰减率偏小（0.75）.另外，整定时其他各种未考虑的因素对控制过程都会产生程度不同的影响。所以，应在系统实际运行过程中适当修改整定参数。第四章 电厂典型自动调节系统计算机仿真第一节 自动调节系统简介4.1.1 自动调节系统简介自动调节系统由调节对象和调节器组成。研究和设计自动调节系统包括了下列一些内容：根据生产过程的要求，确定被调量和调节作用；用理论的方法或实验测试的方法确定被调量在调节作用及在各种扰动下的变化规律，建立调节对象的数学模型；拟定调节系统结构，选择调节器，确定调节器的品质参数；利用数字计算机或模拟计算机，进行仿真实验；最后是现场运行，考验自动调节系统的工作