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初期的过程控制系统采用基地式仪表和部分单元组合仪表，过程控制系统结构大多是单输入，单输出系统，过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论，以保持被控参数温度、液位、压力、流量的稳定和消除主要扰动为控制目的过程。其后，串级控制、比值控制和前馈控制等复杂过程控制系统逐步应用于工业生产中，气动和电动单元组合仪表也开始大量采用，同时电子技术和计算机技术开始应用于过程控制领域，实现了直接数字控制（DDC）和设定值控制（SPC）。

 

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。

 

P参数已经整定，Saturation和Coulomb&Viscous friction两个环节组合形成阀的流量特性。Saturation为限幅环节，上限幅值为100，下限幅值为0，Coulomb&Viscous friction为粘滞摩擦环节，函数设为y=0.30x+2.9。

 

是单回路控制系统响应曲线，蓝色曲线是串级控制系统响应曲线。首先放大图中两系统阶跃响应部分，可见两控制系统在上升段基本重合，调节时间基本相同，单回路控制系统阶跃响应超调量偏大，综合各种指标可认为两系统在阶跃信号下控制效果大致相同。在两控制系统控制效果相同的情况下，加入干扰信号，单回路控制系统在干扰信号的作用下，最大偏差达到0.4，为稳态值的2%，在曲线末端甚至出现小幅度波动。而串级控制系统在干扰信号的作用下，最大偏差仅在0.1左右，可认为系统仍处于的特点稳定状态，两者抗干扰能力十分悬殊。充分证明了串级控制抑制二次干扰能力强。

 

5 结论

 

本文以锅炉控制系统为研究对象，应用过程控制理论以及仿真技术、计算机远程控制、组态软件，设计了锅炉温度流量串级控制系统。首先，通过实验法建立锅炉的数学模型，得到锅炉温度与进水流量之间的传递函数，通过对理论设计的控制方案进行仿真，得到较好的响应曲线，为实际控制系统的实现提供先决条件。其次，使用智能仪表作为控制器，组建现场仪表过程控制系统，通过参数整定，得到较好现场控制效果。再次，实现积分分离的PID控制算法。通过MATLAB实验仿真表明所设计的系统控制响应速度快、控制精度高，具有较好的动态特性

 

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