对某一特定对象进行计算机控制系统的离散化设计.docx

1、计算机控制系统课程设计说明书 摘 要本次课程设计分为有限拍无纹波设计和DDC系统的设计两部分。有限拍无纹波设计是系统在典型输入信号作用下，经过尽可能少的的采样周期后，系统达到稳定，并且在采样点之间没有纹波。有限拍控制实质上是时间最优控制，系统的性能指标是调节时间最短。DDC系统的设计分为开发设计和应用设计两部分。开发设计是生产最终用户所需的硬件和软件，应用设计时选择被控对象所需的硬件、软件和控制方案。应用设计的过程按顺序可以分为可行性研究、初步设计、详细设计、组态设计、应用组态、安装调试、现场投运7个阶段。本文讨论其中的控制方案设计、工程设计和运行调试。关键词：计算机控制系统；离散化设计；有限

2、拍无纹波；DDC设计 目 录 第一章 有限拍无纹波调节器的设计11.1 有限拍无纹波设计依据11.1.1 有限拍设计概述11.1.2 有限拍调节器的设计21.1.3 有限拍无纹波设计41.2 有限拍无纹波设计实例5第二章 加热炉系统的DDC原则性设计82.1 DDC系统的开发设计概述82.2 DDC系统的应用设计92.2.1 应用设计的原则92.2.2 应用设计的内容102.2.3 加热炉DDC系统的控制方案设计102.2.4 DDC系统的硬、软件的选择及调试19后记21参考文献22第一章 有限拍无纹波调节器的设计本章分为设计依据和设计实例两部分。介绍了离散化设计中的有限拍无纹波调节器设计是在

3、Z平面上设计的方法，对象可以用离散模型表示，或者用离散化模型表示的连续对象。离散化设计时也应该合理选择采样周期，系统必须工作在线性区。1.1有限拍无纹波设计依据1.1.1有限拍设计概述有限拍设计是在系统在典型的输入作用下，设计出数字调节器，使系统的调节时间最短或者系统在有限个采样周期内结束过渡过程。有限拍控制实质上是时间最优控制，系统的性能指标是调节时间最短（或者尽可能地短）。典型输入的Z变换具有的形式。有限拍随动系统如图1-1示，图中D（z）是数字调节器模型，由计算机实现，是零阶保持器的传递函数。 R(S)D(Z)H0(S)G(S)_+Y(Z)TTT有限拍调节器零阶保持器对象E（Z） 图1-

4、1 有限拍随动系统G(s)是控制对象的传递函数，零阶保持器和控制对象离散化以后，成为广义对象的Z传递函数HG(z) HG(z)=Z （1-1）有限拍随动系统的闭Z环传递函数 （1-2）有限拍随动系统的误差Z传递函数= （1-3）有限拍随动系统的调节器由（1-2）和（ 1-3）可得 （1-4）由式（1-4）可见有限拍数字调节器跟对象持性HG(z)和闭环Z传递函数有关，也跟误差Z传递函数有关。众所周知，随动系统的调节时间也就是系统的误差e(kT)达到恒定值或趋于零所需要的时间，根据Z变换的定义 = （1-5） 由式（1-5）就可知道。有限拍系统就是要求系统在典型的输入作用下，当kN时，为恒定值或等

5、于零。N为尽可能小的正整数。由式（1-3）得 （1-6）在特定的输入作用下，为了使（1-6）式中E（z）是尽可能少的有限项，必须合理地选择。1.1.2 有限拍调节器的设计由（1-4）式，有限拍调节器，它跟系统的闭环Z传递函数和输入型式与选择的有关，也跟对象的特性有关。当对象特性中包含因子以及单位圆上（z=1除外）和单位圆外的零点时，有限拍调节器将可能无法实现。设 = （1-7）则 （1-8）式中，是零点，是极点。由式（1-8）可见，若中存在环节，则表示数字调节器应具有超前特性，即在环节施加输入信号之前r个采样周期就应当有输出，这样的超前环节是不可能实现的。所以分子中含有因子时，必须使闭环Z传递

6、函数的分子中含有因子，以抵消中的因子，以免中出现超前环节。 在式（1-8）中，若在中，存在单位圆上（除外）和单位圆外的时，则将是发散不可实现的，因此，中不允许包含的这类零点，也不允许它们作为的极点，所以只能把中1（除外）的零点作为的零点，从而保证了的稳定性。当然，的分子部分增加了这些1（除外）的零点以后，将使调节时间加长。由式（1-4），有限拍系统的闭环传递函数 （1-9）若对象特性的极点中，存在单位圆上（除外）或单位圆外的极点时，为了保证系统的输出稳定，的单位圆上（除外）或单位圆外的极点，用的零点对消掉。综上所述，设计有限拍调节器时，必须顾及的可实现性要求，合理选择和。（1）必须是可实现的，

7、不包含单位圆上（除外）或单位圆外的极点；不包含超前环节。（2）选择时，应把分子中因子，作为分子的因子，即的分子部分必须包含分子部分的因子（r=1,2,3，）；应把的单位圆上（除外）和单位圆外的零点作为的零点。（3）选择时，必须考虑输入型式，并把的所有不稳定极点，即单位圆上（除外）和单位圆外的极点作为的零点。1.1.3 有限拍无纹波设计有限拍系统采用Z变换方法进行设计，采样点上的误差为零，不能保证采样点之间误差值也为零，有限拍系统的输出响应在采样点之间存在纹波。纹波不仅造成误差，也消耗功率，消费能量，而且造成机械摩损。有限拍的设计的要求是在系统的典型输入作用下，经过尽可能少的采样周期以后，系统达

8、到稳定。并且，在采样点之间没有纹波。波动是零阶保持器的输入的波动造成的。有限拍无纹波设计就是要求当kN时，保持恒定值，或为零，N为某正整数。由于 ，若选定是的有限多项式，那么，在确定的输入作用下，经过有限拍，就能达到某恒定值，而且能保证系统的输出没有纹波。为了使是有限拍，应该让是的有限多项式，由式（1-4）可得 （1-10）式中，分别是的极点和零点。由式（1-10）可以看出，的极点不会影响成为的有限多项式，而的零点有可能使成为的无限多项式，因此有限拍无纹波系统的设计，要求的零点包含的全部零点。这也是有限拍无纹波设计与有限拍有纹波设计的唯一不同之处。在有限拍有纹波设计时，只要求的零点包含的单位圆

9、上（除外）和单位圆外的零点。1.2有限拍无纹波设计实例已知条件：设有限拍无波纹随动系统如图，对象特性G(S)=10/S(1+0.1S) 采用零阶保持器，采样周期T=0.1S,试设计单位速度输入时有限拍无波纹调节器D(Z)。 R(S)D(Z)H0(S)G(S)_+Y(Z)TTT有限拍调节器零阶保持器对象E（Z）图1-2 有限拍随动系统解：广义对象的Z传递函数= 具有因子，零点，极点，。 选择 （1-11） Gc(z)中z-1和1+0.717z-1是由于HG(z)中含有z-1因子和零点z=-0.717， Ge(z)中(1-z-1)2是由单位速度输入决定的。 而Gc(z)中(a0+a1z-1)的项和

10、Ge(z)中的(b0+b1z-1)项是为了使Ge(z)和Gc(z)的阶次相同，且使式子Gc(z)=1-Ge(z)成立。由式（1-11）可得解方程，可得 a0=1.408，a1=-0.826，b0=1，b1=0.592单位速度输入时，有限拍无纹波调节器由Z变换定义可得 e2(0)=0 e2(T)=0.3825 e2(2T)=0.0174 e2(3T)=e2(4T)=e2(5T)=0.1系统三拍以后，即k3，e2(kT)=0.1，所以系统的调节时间ts=3T=0.3s，并且可保证系统的输出是无纹波的。与有纹波有限拍系统一样，按单位速度输入设计的有限拍无纹波系统，当输入为单位阶跃函数时，调节时间ts

11、=3T=0.3s，超调量p相当大。为了作出有限拍无纹波系统的输出相应，（包括采样点之间的输出值），可以用广义Z变换或扩展Z变换求出然后求出相应的y(t)。图1-3表示有限拍无纹波系统的输出响应。由上述分析可以得出，为了消除纹波，系统的调节时间加长或者调节性能变坏。有限拍无纹波设计，仍然只是针对某种类型的输入信号。当输入型式改变时，系统的动态性能通常变坏。图1-3 有限拍无纹波系统的输出响应以上就是对某一特定对象进行计算机控制系统的离散化设计的结果，并通过有限拍无波纹调节器的设计思路和例题，实现了有限拍的设计目的,在系统的典型输入作用下，经过尽可能少的采样周期以后，系统达到稳定。并且，在采样点之

12、间没有纹波。第二章 加热炉系统的DDC原则性设计 DDC系统的应用领域十分广泛，如石油、化工、发电、冶金、轻工、制药和建材等领域，现已成为计算机控制的基本系统，按需要构成小、中、大系统。DDC系统功能的发挥取决于应用设计的水平。本章叙述加热炉燃烧系统DDC原则性设计的方法。 DDC系统的设计分为开发设计和应用设计两部分。开发设计是生产最终用户所需的硬件和软件，应用设计时选择被控对象所需的硬件、软件和控制方案。2.1DDC系统的开发设计概述开发者的任务是生产最终用户所需的硬件和软件。首先进行市场调查，了解用户需求；然后进行系统设计，落实具体的技术指标；最后进行制造调试，检验合格后在市场销售。开发

13、设计应遵循标准化、模板化、模块化和系列化的原则。（1）标准化标准化是指硬件要符合国际和行业标准规范。例如，设计工业PC要符合PC总线标准,采用通用的元器件，如Intel 80386、80486，Pentium系列CPU，标准的RS-232、RS-422、RS-485、以太网通信接口等。（2）模板化硬件模板化是指按系统功能把硬件分成若干个模板。例如，可以把一台工业PC分成主机板、AI板、AO板、DI板、DO板、通信板、总线底板等。（3）模块化软件模块化是指按应用软件功能将其分为若干个功能模块，每个模块之间既相互独立又相互联系，若干个模块组合成功能更齐全的模块组。（4）系列化系列化是指构成系统的硬

14、件和软件要配套。例如，配置一台工业PC，除了一系列的硬件模板外，还要有安装硬件模板的机箱或机架，另外还有配套的硬盘、软盘、光盘、显示器、键盘、鼠标和打印机等。软件除了Windows操作系统及其配套软件外，还要有配套的 用于工业控制的应用软件或监控组态软件。开发者为用户提供通用的OEM产品，即初次制造产品，这种开发设计被称为“一次开发”。用户按被控对象的要求选择所需的OEM产品，并组装成计算机控制系统，对生产过程实施控制，这种应用设计被称为“二次开发”。2.2DDC系统的应用设计应用者的任务是选择满足控制对象所需的硬件和软件，设计控制方案，并用监控组态软件构成可实际运行的控制回路及操作显示画面，

15、通过现场投运调试，满足操作监控要求。应用设计的过程按顺序可以分为可行性研究、初步设计、详细设计、组态设计、应用组态、安装调试、现场投运7个阶段。本文讨论其中的控制方案设计、工程设计和运行调试。DDC系统的应用设计的目标是把控制系统方案应用于生产过程，实现安全运行，满足控制要求。DDC系统的应用设计的内容是用工程图纸和文字资料描述控制方案的具体方案。下面简略介绍应用设计的原则和内容。随着DDC系统规模的不断扩大和复杂程度的不断提高，过去那种单一、两个人的手工作坊式的设计方法已不使用，必须依靠许多人分工协调共同完成。为此，人们总结出一系列科学的设计方法，包括规范化设计方法，结构化设计方法和集成化设

16、计方法。2.2.1应用设计的原则 DDC系统的应用设计人员必须要有正确的设计指导思想、严谨的科学作风、熟练的业务技能和丰富的实践经验，另外还必须符合一系列应用设计规范。为了做好DDC系统的应用设计工作，设计人员应综合考虑下列设计原则。（1）符合应用设计标准和规范目前我国石油、化工、电力、冶金等工业部门制定了有关常规仪表控制系统和计算机控制系统的应用设计标准和规定，并出版了设计手册及工具书，可以参照这些标准和规定进行DDC系统的应用设计。（2）坚持求实和创新精神创新是为了提高设计的先进性，以利于推动生产过程自动化水平的不断提高。因此，设计人员要勇于开拓进取，充分吸取国内外的先进技术。（3）处理好

17、技术与经济的关系设计工作处了要技术上可靠和先进外，还需要考虑经济上的合理性，加强经济论证分析，做多方案的技术与经济比较，以求得良好的综合效益。技术水平的高低应该从工程实际出发，使技术和经济得到辩论的统一。（4）维护设计的科学性和客观性设计的依据是来自生产工艺的要求，设计人员应深入生产第一线了解用户需求。为了维护设计的科学性和客观性，设计中采用的基础资料要准确可靠，各种数据和技术条件要正确、切合实际。为了保证设计的完整性和严肃性，设计文件要规范化，文件中的文字说明要清楚和确切。图纸要清晰和正确。（5）协调各个专业之间的关系DDC系统的应用和设计是整个项目设计的一部分，是能否实现生产过程自动化的关

18、键。尽管DDC系统的应用设计属于自控专业的设计范围，设计人员除了要重视应用设计工作外，还应处理好与外专业之间的相互配合，协调各个专业之间的关系。主要处理好与下述专业的关系：自动专业与工艺专业的关系 DDC系统的应用设计人员必须了解工艺的流程及装置布局，熟悉生产过程的控制要求和操作方式。工艺专业设计人员必须向自控专业控制人员提供自控条件和工艺参数。 自控专业与设备专业的关系DDC系统的应用设计人员必须了解设备的概况和性能，对关键性设备要了解其工作原理的操作特点。设备专业设计人员必须向自控专业设计人员提供设备控制要求，一次仪表安装位置和设备运行参数。自控专业与电气专业的关系DDC系统的应用设计人员

19、必须向电气专业设计人员提出仪表供电电源等级、供电电压、允许电压波动范围和耗电量，备用电源和不间断电源的供电要求，控制室接地和防干扰要求。2.2.2应用设计的内容根据控制方案和设计原则，绘制应用设计图，编写设计说明书。DDC系统的应用设计的主要内容包括以下几点：（1）管线仪表设备（PID）位号图（2）现场仪表设备选型（3）计算机设备选型（4）安装接线图（5）控制系统的组态文档2.2.3加热炉DDC系统的控制方案设计DDC系统的控制方案的设计必须针对某个生产过程或被控对象，下面仅以加热炉燃烧控制为例来讨论。根据已知条件，对某加热炉燃烧系统进行DDC原则性设计，使加热炉能环保经济的运行。 1炉温并行

20、串级控制方案一般串级控制中主调节器只对应一个副调节器，若同时对应两个副调节器，那就构成并行串级控制。炉膛温度、燃料流量和空气流量并行串级控制系统如图2-1所示，炉膛温度为主控参数，燃料流量和空气流量为副控参数。炉膛温度主调节器TC的输出直接作为燃料流量副调节器FFC的给定值，同时经过空燃比运算器运算后，作为空气流量副调节器FAC的给定值。通过调整，可以改变空气和燃料的配比关系。 图2-1 炉温并行串级控制系统为了使燃料充分燃烧必须供给足够量的空气，即保证一定的剩余空气系数或空燃比，其定义分别为 (2-1) (2-2)其中，Fa和Famax分别为空气流量的测量值和最大值，Ff和Ffmax分别为燃

21、料流量的测量值和最大值，A0为单位体积或质量的燃料完全燃烧所需的理论空气量。空燃比与剩余空气系数的关系为 (2-3)其中，为量程修正系数，它的计算式为 (2-4)剩余空气系数的理论值是1，此时燃烧后排放的烟气中氧含量为零，称为最佳燃烧。这种理想情况很难达到，一般选用1.021.10。通过测量烟气含氧量O2来分析燃烧优劣，理想情况是烟气含氧量O20，剩余空气系数与烟气含氧量O2的估算式为 (2-5) 例如，测量烟气中含氧量O22，求得剩余空气系数1.10。 加热炉燃烧过程中，不仅要保证稳态情况下的剩余空气系数一定，更重要的是在加热炉热负荷变化的动态情况下，保证仍维持在合理的范围内，图2-1所示的

22、控制方案，在稳态情况下，空气和燃料之间的配比关系也难以保证一定，在动态情况下更不用说了。 炉温并行串级控制系统（图2-1）的负荷变化实验曲线如下图所示。实验所用的温度对象、空气流量和燃料流量对象特性式分别为 (2-6) (2-7) (2-8)其中，Tt，Ta和Tf分别为温度、空气和燃料对象的时间常数。 图2-2炉温并行串级控制系统的负荷变化实验曲线图2-2表明，当升负荷时，如炉温给定值St从1150升到1250，尽管燃料流量给定值Sf和空气流量给定值Sa同时直线上升，但由于空气对象的时间常数大于燃料对象的时间常数，使得实际燃料流量Ff的增加速度大于实际空气流量Fa，此时剩余空气系数下降。如果设

23、置得比较小，则有可能出现燃料过剩；反之，当降负荷时，上升，又出现空气过剩。综上所述，如果不考虑空气、燃料流量对象特性的差异，而把温度调节器的输出信号同时直接送给两个流量调节器，那么将造成升负荷时剩余空气系数值偏低，容易产生不完全燃烧而冒黑烟；而降负荷时刚好相反，值偏高，空气过剩而增加排烟热损失。这两种情况的后果是降低了加热炉的燃烧热效率，并污染了环境。针对上述问题，必须改善空气与燃料之间的动态配比。为此，对空气、燃料流量采用相互交叉限制的措施，保证在稳态和动态情况下，剩余空气系数值始终维持在最佳燃烧区，燃烧效率高。2双交叉限制燃烧控制方案双交叉限制燃烧控制系统如图2-3所示。它增加了高值选择器

24、HS、低值选择器LS、正偏置+a和负偏置-a，从而保证了加热炉负荷变化的过程中，既限制了剩余空气系数的下限值，又限制了的上限值，使得燃料流量F和空气流量F分别限制在冒黑烟界线和空气剩余界线之内，如图2-4所示。图2-3 双交叉限制燃烧控制系统双交叉限制燃烧控制系统的工作原理如下：在燃料流量调节回路中，炉温调节器TC的输出信号A，与根据空气流量测量值Fa计算出的所需燃料流量减去偏置a得到的信号C (2-9)和信号B相比较，由高值选择器HS和低值选择器LS来选通A，C，B之一作为燃料流量调节器FFC的给定值S。 在空气流量调节回路中，炉温调节器TC的输出信号A，与燃料流量测量值F加上偏置a得到的信

25、号E (2-10)和信号D相比较，由低值选择器LS和高值选择器HS来选通A，E，D之一，再乘以空燃比作为空气流量调节器FAC的给定值S。图2-4表示出当负荷变化时，双交叉限制燃烧控制系统中各信号的过渡过程。下面分别对稳定负荷、升负荷和降负荷这三种状态进行分析。（1）定负荷当系统处于稳定负荷状态时，炉温调节器TC的输出信号A同时作为燃料流量调节回路的给定值（SA）和空气流量调节回路的给定值（SA）信号，此时剩余空气系数等于给定值，如图所示2-4（a）（2）升负荷当升负荷时，信号A急剧上升，发生正跳变，如图2-4（a）所示。先看空气流量调节回路的情况，见图2-4（c）。此时，AE时，LS选通E，A

26、被中断，同时ED，HS又选通E，再乘以作为空气流量给定值S，使空气流量随着E值的增加而增加，即空气流量随着燃料流量的增加而增加，交叉限制开始。当E增加到EA时，LS选通A，E被中断，同时AD，HS1又选通A，再乘以作为空气流量给定值S，交叉限制结束，此时系统恢复到稳定状态。再看燃料流量调节回路的情况，见图2-4（b）。此时，AC，HS2选通A。当A正跳变到AB时，LS1又选通B，A被中断，B作为该回路的燃料流量给定值S使燃料流量随着B值的增加而增加，即燃料流量随着空气流量的增加而增加，交叉限制开始。当B增加到BA，同时AC，HS2选通A，LS1也选通A，A作为该回路的燃料流量给定值S，交叉限制

27、结束，此时系统恢复到稳定状态。至此，升负荷的过渡过程结束。在这个动态过程中，燃料流量和空气流量互相影响交替增加。图2-5（a）和（c）所示的实验曲线也证明了上述分析，该实验的对象特性相似。 图2-4双交叉限制燃烧控制系统的信号曲线气流量给定值S，交叉限制结束，此时系统恢复到稳定状态。再看燃料流量调节回路的情况，见图2-4（b）。此时，AC，HS2选通A。当A正跳变到AB时，LS1又选通B，A被中断，B作为该回路的燃料流量给定值S使燃料流量随着B值的增加而增加，即燃料流量随着空气流量的增加而增加，交叉限制开始。当B增加到BA，同时AC，HS2选通A，LS1也选通A，A作为该回路的燃料流量给定值S

28、，交叉限制结束，此时系统恢复到稳定状态。至此，升负荷的过渡过程结束。在这个动态过程中，燃料流量和空气流量互相影响交替增加。图2-5（a）和（c）所示的实验曲线也证明了上述分析，该实验的对象特性相似。 图2-5 双交叉限制燃烧控制系统的负荷变化实验曲线（3）降负荷当降负荷时，信号A急剧下降，发生负跳变，如图2-4（a）所示。先看燃料流量调节回路的情况，见图2-4（b）。此时，AC，HS选通A。当A负跳变到AC时，HS选通C，A被中断，同时CB，LS又选通C，C作为该回路的燃料流量给定值S，使燃料流量随着C值的减小而减小，即燃料流量随着空气流量的减小而减小，交叉限制开始。当C减小到CA时，HS选通

29、A，同时AB，LS也选通A，A作为该回路的燃料流量给定值S，交叉限制结束，此时系统恢复到稳定状态。再看空气流量调节回路的情况，见图2-4（c）。此时，AE，LS选通A。当A负跳变到AD时，HS又选通D，再乘以作为空气流量给定值S，使空气流量随着D值的减小而减小，即空气流量随着燃料流量的减小而减小，交叉限制开始。当D减小到DA时，同时Aa，当升负荷时多增加一些空气流量，实现“先增加空气后增加燃料”；通过选择aa，当降负荷时多减少一些燃料，实现“先减少燃料后减少空气”。这样，不仅可以使燃料和空气流量的变化速度相协调，而且可以解决因燃料流量调节阀的动作快，空气流量调节阀的动作慢，两者配合失调，所引起

30、的冒黑烟的问题。（3） 在稳态过程中防止空气和燃料流量的波动，+a和-a可以防止因空气流量的波动而引起燃料流量的波动；而+a和-a可以防止因燃料流量的波动而引起空气流量的波动。这就相当于设置了一个死区，可以防止干扰和改善系统的响应特性。研究结果表明，四个偏置+a、-a、-a和+a的取值与系统对负荷响应速度和节能效果有关。从节能的观点看，希望四个偏置的取值小点，但这样会使系统对负荷响应速度变慢。此外，燃料、空气流量的波动是不可避免的，为了防止由此而引起的高值、低值选择器不必要的频繁切换给系统带来的扰动，也必须用偏置来给系统设置一定的死区，所以希望四个偏置的取值大点。一般要根据实际情况和控制要求在

31、调试中确定四个偏置值。四个偏置取不同数值的实验结果如图2-5所示。由该图可知，如果aa2，aa4，负荷变化14，那么剩余空气系数的瞬时波动仅为1，调节时间为45秒，如图所示；如果a和a不变，aa8，同样的负荷变化，那么的瞬时波动增至4，但调节时间却缩短到25秒，如图2-5（c）和（d）所示。综合考虑节能效果（即值的变化量）和系统对负荷响应的快速性这两方面的影响，并通过实验研究，建议选择 aa25，aa410。如果要求调节过程短，则取上述偏置的上限值；如果要求最大限度节能，则取上述偏置的下限值。3.带氧量校正的燃烧控制系统图2-6 带氧量校正的双交叉限制燃烧控制系统由于燃料和空气流量测量引入的误

32、差，这两个流量控制回路的各项参数调整存在误差，燃料热值波动，烧嘴特性变化，加热炉进料和出料时空气进入，炉压变化引起炉子漏风等因素，会使剩余空气系数的实际值产与给定值之间有较大的偏差。为了克服氧测量变送器的滞后，改善系统的控制性能，通常在氧控制回路中引入纯迟延补偿器TC。改进后的带氧量校正的双交叉限制燃烧控制系统如图2-6所示，系统各部分作用和工作原理与双交叉限制燃烧控制系统相同。2.2.4DDC系统的硬、软件的选择及调试1.硬件的选择选择DDC 计算机的方案通常有以下三种。(1)混合式结构机型：主机板、I / 0 板和通信板等都插在一块总线母板上，硬盘、软盘、光盘驱动器等外部设备，安装在一个主

33、机箱或机架内。(2) 分离式结构机型：主控单元和输入输出单元分离，各自有独立的机箱或机架，两者之间通过串行通信总线（RS-232 , RS-422 或RS-485 ）互连。(3) 模块式结构机型：输入输出单元由各类I/0模块组成，每个I/0模块独立工作并提供串行通信总线（RS-485 ）接口及信号接线端子。用串行通信总线把各个I/0模块及主控单元互连成一体。上述加热炉燃烧控制系统的I/O 信号点分布在炉体周围，控制室也在炉前。 因此可以选用上述混合式结构机型或分离式结构机型。2.软件的选择软件的选择可分为系统软件和应用软件的选择，而且所选软件要与上述硬件配套。系统软件可选择Windows 98

34、 / NT / 2000 操作系统及其配套软件，上述的三种硬件结构机型都支持它。应用软件选择在Windows 操作系统平台上开发的监控组态软件，例如InTouch , 三维力控公司的PC Auto 。该类软件具有输入输出、运算控制、操作监视、数据通信和对外开放的功能，该类商品化的监控组态软件采用开放式结构，可以嵌入用户开发的专用应用程序。上述加热炉采用常规的燃烧控制系统，如图2-3所示，选用商品化的Windows操作系统及监控组态软件，完全可以满足系统要求。3.应用组态DDC 系统的应用组态的任务是在上述计算机硬件和软件的平台上，将控制方案变成可在计算机内运行的应用程序，另外还要绘制操作监视画

35、面和打印报表。DDC 系统的应用组态的主要内容如下。(1)输入输出组态：I/0 模板或模块上有各类物理信号点，首先必须将这些外部的I/0 信号点变成计算机内部的输入功能块和输出功能块，然后建立实时数据库，以便系统共享I/0数据。(2) 控制回路组态：利用输入功能块、运算功能块、控制功能块和输出功能块，将控制方案构成可在计算机内运行的控制回路，即生成回路运行文件。(3) 操作监视画面组态：绘制图文并茂、形象直观的操作显示画面，为操作员提供友好的操作显示环境。例如，上述加热炉燃烧控制系统的操作监视画面应包括：炉体总貌画面，在总貌画面上有I/0 点参数显示和报警显示；四个加热段的段画面，在段画面上有

36、PID 控制回路的操作显示。(4) 打印报表组态：绘制小时、班、日、月报表，用数值、曲线、棒图和饼图等形式建立报表。4.硬件的调试DDC 系统的硬件包括主控单元、输入输出单元和操作显示单元三部分。对非标准I/0 模板或模块有测试的必要。在完成了输入输出组态后，必须对I/0模板或模块上的所有信号点逐点调试。硬件调试还包括现场仪表和执行机构的调试。例如，温度、压力、流量、物位和成分分析变送器，电动或气动调节阀等。这些仪表设备必须在安装之前按照说明书要求校验完毕。5.软件调试DDC 系统的软件包括系统软件和应用软件两部分，如果用户选择商品化的系统软件和应用软件,那么对这些软件不必调试，用户也不具备调

37、试条件。用户只需对由监控组态软件组态构成的控制回路、操作监视画面和打印报表进行调试，首先进行模拟调试，然后才能进行现场调试。6.现场投运在现场投送中，系统设计人员与工艺操作人员要密切配合，在投运前制定一系列调试计划、实施方案、安全措施、分工合作细则等。现场投运过程是从小到大，从易到难，从手动到自动，从简单回路到复杂回路逐步过渡。上述加热炉有四个加热段可以分两步调试：第一步是单段调试，第二步是四段统调。单段调试，首先调试燃料（FFC42）和空气（FAC43）的单回路控制，并且先手动后自动；再投入炉温控制回路（TC41 ) ，进行单交叉限制控制系统的调试。在单段调试过程中，氧量控制回路（OC51

38、）处于手动状态。分四段逐段调试完毕后，就可以进行四段联调，此时应使氧量控制回路（OC51）处于自动状态，并调整各段的氧量参加率，保证总烟道烟气中含氧量最低。联调过程中，要做升、降负荷试验，以便更好地调整P、I、D 参数和正、负偏置。后 记此次为期一周的计算机控制系统课程设计在今天圆满结束，虽然刚开始感觉比较费力，但后来越做越顺手了。说实话，学习别人现成的计算机控制设计与自己设计控制系统完全是不同的概念，在设计过程的摸索中我学习到了许多课堂听讲无法得到的东西。首先，通过对计算机控制系统的离散化设计，我对有限拍无纹波设计的原理，整定和设计有了一个比较清晰的认识。有限拍系统采用Z变换方法进行设计，有

39、限拍系统的输出响应在采样点之间存在纹波。有限拍的设计是在系统的典型输入作用下，经过尽可能少的采样周期以后，系统达到稳定，并且在采样点之间没有纹波。其次，通过DDC原则性设计，我对燃烧控制系统的方案选择有了一定的了解，双交叉限制燃烧控制方案是在串级控制系统的基础上，进行相应的改进而得到的，双交叉限制燃烧控制系统的优点是对剩余空气系数进行双向限幅，保证燃烧始终维持在最佳燃烧区，有利于节能。但它的缺点是偏置过小使系统对负荷响应速度变慢。通过对方案的设计，我们了解了双交叉限制燃烧控制系统的基本原理以及运行特点，加深了对计算机控制系统的理解。相信这些设计知识一定会给我今后的学习与工作带来巨大的帮助！参考文献1 何克忠. 计算机控制系统M. 北京：清华大学出版社. 1998.2 王锦标. 计算机控制系统M. 北京：清华大学出版社. 2004.3 谢剑英, 贾青. 微型计算机控制技术M. 北京：国防工业出版社. 2001.4 张玉明. 计算机控制系统分析与设计M. 北京：中国电力出版社. 2000.5 Karl J Astrom. Computer-Controlled SystemsM. 北京：清华大学出版社. 2002.23