氧化炉温度与氨气/空气串级比值控制系统优化

氧化炉温度的变化和受氨气与空气的比值影响很大，当氨气含量减小1％时，炉温下降64.9℃，因此设计氨气/空气的比值控制，但是对氧化炉温度影响还有很多因素，如负荷变化、铂触媒的活性变化及大气环境等。为此，必须根据炉温的变化适当改变氨气/空气的比值，构成以氧化炉温度为主变量，以氨气/空气的比值为副变量的串级比值控制——变比值控制系统如图6-19所示。

图6-19 氧化炉温度与氨气/空气串级比值控制系统

变比值控制系统利用主动量和从动量以外的第三个控制量作为控制参数，主动量和从动量的比值随该参数而变化。变比值控制系统实际上是主动量和从动量的比值为副变量，以第三控制量为主变量的串级控制系统。

变比值控制系统数学模型的确定可采用解析法或系统辨识的方法。在此假定从动控制系统的数学模型为

主动量为输入，主被控量为输出的数学模型为

从动量为输入，主被控量为输出的数学模型为

比值控制器类型及参数整定从系统工艺要求考虑，比值控制器采用PI控制，控制器参数采用临界比例度法，如图6-20所示，得K_P＝0.048、T_I＝621。此时系统的超调量为60％，过渡过程时间＞400s，为此需修正参数使系统的超调量＜8％，调节时间＜250s，得K_P＝0.028、T_I＝1730，此时响应曲线如图6-21所示。

图6-20 从动闭环控制系统阶跃响应(www.xing528.com)

图6-21 修正参数后从动闭环系统的阶跃响应

主控制器也采用PI控制，参数整定应使系统响应较快且超调很小，参数整定采用临界比例度法，如图6-22所示，此时K_P＝0.3、T_I＝100。

采用Repeating Sequence Stair阶梯序列信号来模仿被控量的变化，其参数输出幅值矢量和采样时间分别设置为[31421]和150，并均有幅度为0.3的随机干扰，变比值控制系统的Simulink仿真框图如图6-23所示，图中Product模块的默认参数“2”改为“∗/”。系统的响应曲线如图6-24所示，依次为被控量设定值、干扰信号、从动量控制输出、被控量输出响应。

从响应曲线可以看到，变比值控制系统在干扰信号作用下，通过改变比值实现了被控制量与给定值保持一致。

图6-22 主被控量闭环阶跃响应

图6-23 变比值控制系统Simulink仿真框图

图6-24 变比值控制系统输出响应曲线