【正文】 0 1 2 0CFP C P C P C? ? ? （ 31） PC— 水位 控制器的輸出； PF— 蒸汽流量變送器（一般經(jīng)開方器）的輸出； C0— 初始偏置值 (閥位的初值 ) C1,C2— 加法器的系數(shù)。如果根據(jù)蒸汽流量來起校正作用，就可以糾正 假水位引起的誤動(dòng)作，而且使控制閥的動(dòng)作十分及時(shí)，從而減少水位的波動(dòng)，改善控制品質(zhì)。 這種控制系統(tǒng)是典型的單回路控制系統(tǒng)。 鍋爐 汽包水位 控制 系統(tǒng)主要有以下三種。如采用省煤器，則由于省煤器本身的延遲，會(huì)使 ? 增加到 100 200 秒之間。因此實(shí)際水位響應(yīng)曲線如圖 中 H 線，即當(dāng)突然加大給水量后，汽包水位一開始不立即增加，而要呈現(xiàn)出一段起始慣性段。 假水位變化的大小與鍋爐的工作壓力和蒸發(fā)量等有關(guān)，例如一般 100~300t/h 的中高壓鍋爐，當(dāng)負(fù)荷突然變化 10%時(shí)，假水位可達(dá) 30~40mm。在燃料量不變 的情況下，蒸汽用量突然增 加，瞬時(shí)間必然導(dǎo)致汽包壓力下降，汽包內(nèi)水的沸騰突然加劇，水中汽泡 迅速增加，將整個(gè)水位抬高，形成虛假的水位上升現(xiàn)象，即所謂假水位現(xiàn)象。蒸汽流量、給水流量、 鍋爐排污、吹灰等對(duì)水位 都會(huì) 有影響。受控變量一般是過熱器出口溫度，操縱變量是減溫器的噴水量。維持爐膛負(fù)壓一是為了防止一氧化碳等有毒物質(zhì)排除，產(chǎn)生人體傷害。 （ 2） 鍋爐 燃燒系統(tǒng)的控制。 （ 1） 鍋爐汽包水位的控制。如果蒸汽負(fù)荷發(fā)生變化，必將會(huì)引起汽包水位、蒸汽壓力和過熱蒸汽溫度等的變化。為此，生產(chǎn)過程的各個(gè)主要工藝參數(shù)必須嚴(yán)格控制。然后經(jīng)過熱器，形成一定汽溫的過熱蒸汽 D，匯集至蒸 汽母管。 鍋爐的工藝流程 由于鍋爐的燃料種類、燃燒設(shè)備、制粉系統(tǒng)、爐體型式、鍋爐功能和運(yùn)行要求不同，鍋爐有各種各樣的流程。 在石 油化工、煉油的生產(chǎn)過程中，往往產(chǎn)生各種不同的殘油、殘?jiān)?、馳放氣及 煉廠氣。 （ 1） 按鍋爐的容量 可分為：小型鍋爐、中型 鍋爐、大型鍋爐和超大型鍋爐。它所產(chǎn)生的高壓蒸汽， 既 可作為風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、大型泵類的驅(qū)動(dòng)透平的動(dòng)力源，又可作為蒸餾、化學(xué)反應(yīng)、干燥和蒸發(fā)過程的熱源。 simulation study。 建立了鍋爐汽包水位對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 和 控制系統(tǒng) ，并 用 Matlab 語言在 計(jì)算機(jī) 上 編制鍋爐汽包水位控制系統(tǒng) 的仿真 程序 。 摘 要 鍋爐是化工、煉油、發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的重要?jiǎng)恿υO(shè)備。 通過對(duì)象特性、 最佳 PID 參數(shù)整定、 控制系統(tǒng) 比較分析及 魯棒性 仿真 研究， 本文 了解了 汽包水位 對(duì)象特性、 整定出 了 最佳 PID 參數(shù)、 總 結(jié)出了各種 控制 方案 的特點(diǎn) 與適用場(chǎng)合 ，并提出用模糊自適應(yīng)整定 PID 控制器實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制 的 方案。 matlab I 目 錄 第 1 章 概述 ............................................................ 1 鍋爐的種類 .................................................. 1 鍋爐的工藝流程 .............................................. 1 鍋爐的工藝參數(shù)和主要控制系統(tǒng) ................................ 2 第 2 章 鍋爐汽包水位對(duì)象數(shù)學(xué)模型的歸納 .................................. 4 蒸汽負(fù)荷對(duì)水位的影響 ........................................ 4 給水流量對(duì)水位的影響 ........................................ 5 第 3 章 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的方案分析 .................................. 7 單沖量控制系統(tǒng) .............................................. 7 雙沖量控制系統(tǒng) .............................................. 8 三沖量控制系統(tǒng) .............................................. 9 第 4 章 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)與仿真研究 ......................... 11 仿真的目的和意義 ........................................... 11 仿真軟件和 最佳 PID 參數(shù)整定 方法 ............................. 11 鍋爐汽包水位對(duì)象程序設(shè)計(jì)與仿真研究 ......................... 13 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)與仿真 研究 ..................... 17 各控制系統(tǒng)魯棒性的仿真研究 ................................. 32 第 5 章 用模糊自適應(yīng)整定 PID 控制器實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制 ....................... 39 模糊自適應(yīng)整定 PID 控制原理 ................................. 39 用模糊自適應(yīng)整定 PID 控制實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制的初步設(shè)計(jì) ........... 41 結(jié) 論 ................................................................. 44 參考文獻(xiàn) .............................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。隨著工 業(yè)生產(chǎn) 規(guī)模的不斷擴(kuò)張，生產(chǎn)設(shè)備的不斷革新，作為全廠動(dòng)力和熱源的鍋爐，亦 向著大容量、高效 率發(fā)展。 （ 2） 按蒸汽壓力 可 分為：低壓鍋爐， 壓力小于等于 ； 中壓鍋爐， 壓力 為 ～ ；高壓鍋爐 ， 壓力為 ～ ；超高壓鍋爐 ， 壓力為 ～；亞臨界 壓力鍋爐 ， 壓力為 ～ ；超臨界壓力鍋爐 ， 壓力大于等于 22MPa。為充分利用這些燃料，所以有油、氣混合燃燒鍋爐和油、氣、煤混合燃燒鍋爐。 所有這些鍋爐， 種類各不相同，但蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和蒸汽處理系統(tǒng)是基本相同的。壓力 2 為 PM 的過熱蒸汽，經(jīng)負(fù)荷設(shè)備控制供給負(fù)荷設(shè)備用。鍋爐 設(shè)備是一個(gè) 復(fù)雜的控制對(duì)象，主要輸入變量是負(fù)荷 、鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風(fēng)和引風(fēng)等。燃料量的變化不僅影響蒸汽壓力，同時(shí)還 會(huì)影響汽包水位、過熱蒸汽溫 度、過?？諝夂蜖t膛負(fù)壓；給水量的變化不僅影響汽包水位，而且對(duì)蒸汽 壓力、 過熱蒸汽溫度等亦有影響 ；減溫水的變化會(huì)導(dǎo)致過熱蒸汽溫度、蒸汽壓力、 汽 包水位等的變化；等等。 受控變量是汽 包水位，操縱變量是給水流量。 其控制目的是使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要（常以蒸汽壓力為受控變量）；使燃料與空氣量之間保持一定的比值，以保證最經(jīng)濟(jì)燃燒（常以煙氣成分為受控變量），提高鍋爐的燃燒效率；使引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，以保持爐膛負(fù) 壓在一定的范圍內(nèi)。二是為了防止大負(fù)壓進(jìn)入大量冷空氣使?fàn)t膛降溫。 4 第 2章 鍋爐 汽包水位 對(duì)象 數(shù)學(xué)模型的 歸納 數(shù)學(xué)模型是描述對(duì)象內(nèi)部個(gè)物理量（或變量）之間的數(shù)學(xué) 表達(dá)式或圖形表達(dá)式。鍋爐排污自汽包里放水，吹灰時(shí)使用鍋爐自身的蒸汽，這些都是短時(shí)間負(fù)荷的干擾。 在蒸汽流量干擾下，水位變化的階段響應(yīng)曲線如 圖 21 所示。 給水流量對(duì)水位的影響 給水流量對(duì)水位的影響，即控制通道的動(dòng)態(tài)特性，在給水流量作用下，水位階躍響應(yīng)曲線如圖 22 所示。用傳遞函數(shù)來描述時(shí)，它相當(dāng)于一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)的串聯(lián)，可表示為 0() e() sWHSSS?? ??Q （ 23） 式中 0? —— 給水流量作用下，階躍響應(yīng)曲線的飛生速度； ? —— 純滯后時(shí)間。 根據(jù)鍋爐汽包水位蒸汽流量和給水流量對(duì)水位影響的動(dòng)態(tài)特性可 歸納得出 控制通道數(shù)學(xué)模型為 0() e() sWHSSS?? ??Q （ 24） 干擾通道的數(shù)學(xué)模型為 f()( ) 1S KHSS S T S?? ? ? ?Q （ 25） 7 第 3章 鍋爐 汽包水位 控制系統(tǒng) 的方案 分析 汽包水 位是鍋爐運(yùn)行的主要指標(biāo)。 單沖量控制系統(tǒng) 汽包水位的控制手段是控制給水，基于這一原理，可構(gòu)成單沖量控制系統(tǒng)。 當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然大幅度增加 ，由于假水位現(xiàn)象 ，控制器不但不能開大給水閥增加給水量，以維持鍋爐的物料平衡，反而 關(guān)小控制閥的開度，減少給水量。將蒸汽流量信號(hào)引入，就構(gòu)成雙沖量控制系統(tǒng)，圖 32 是典型 的雙沖量控制系統(tǒng) 原理 及方 塊 圖 。 a） 原理圖 b） 方塊圖 圖 32 雙沖量 控制系統(tǒng)原理圖 及方塊圖 現(xiàn)在分析這些系數(shù)的設(shè)置。因?yàn)樵谡羝髁考哟髸r(shí)，給水流量亦要加大，如采用氣關(guān)閥， P0應(yīng)減小，即應(yīng)該取負(fù)號(hào)；如果采用氣開閥，P0應(yīng)增加，即應(yīng)取正號(hào)。 C1的設(shè)置比較簡(jiǎn)單，可取 1，也可小于 1。 還可以 采用另一種接法， 將加法器放在控制器之前，如圖 33 所示。為此，可再引入給水流量信號(hào)，構(gòu)成三沖量控制系統(tǒng)， 三沖量控制系統(tǒng) 原理 圖和方 框圖 如圖 34 所示。 C0的設(shè)置與雙沖量控制系統(tǒng)相同。 11 第 4章 鍋爐汽包 水位 控制 系統(tǒng) 程序設(shè)計(jì)與 仿真 研 究 仿真的 目的和 意義 “ 仿真 ” 一詞譯自英文 Simulation,另一個(gè)曾經(jīng)用過的譯名是 “ 模擬 ” 。 在實(shí)際中，控制系統(tǒng)及設(shè)備在投運(yùn)使用之前其控制器的 最佳 參數(shù)是不知道的，若直接在線調(diào)整控制器參數(shù)，效率太低， 更主要的是 會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。意為“矩陣實(shí)驗(yàn)室” 。他有兩個(gè)顯著的功能： SIMU（仿真）和 LINK（連接），即可以方便地利用鼠標(biāo)在模型窗口上畫出所需系統(tǒng)模型圖，來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析，從而使一 12 個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)模型的建立和仿真變得相當(dāng)簡(jiǎn)單和直觀。System（信號(hào)與系統(tǒng)）、 Math（數(shù)學(xué)模塊）和 Functionsamp。 SIMULINK 的使用對(duì)象廣泛，既支持連續(xù)與離散系統(tǒng)以及連續(xù)離散混合系統(tǒng)，也支持線性與非線性系統(tǒng)，還支持具有多種采樣頻率的系統(tǒng)，也就是不同的系統(tǒng)能夠以不同的采樣頻率進(jìn)行組合，以仿真 較大較復(fù)雜的系統(tǒng)。用 SIMULINK創(chuàng)建的模型可以具有遞階結(jié)構(gòu)，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型。除此之外，用戶還可以改變參數(shù)來迅速觀察系統(tǒng)中發(fā)生的變化。 控 制器是控制系統(tǒng)的心臟 。積分作用越強(qiáng)，余差越小，穩(wěn)定性越低。常用的有經(jīng)驗(yàn)湊試法、臨界比例度法、衰減振蕩法和響應(yīng)曲線法。經(jīng)驗(yàn)湊試法按受控變量的性質(zhì)提出控制器參數(shù)的合適范圍，按 P、 I、 D 的順序依次調(diào)試。有時(shí)欲更好的發(fā)揮副回路快速性作用，副回路控制可整定的偏強(qiáng)一些。 定值控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)的最佳曲線一般是三個(gè)半波，且衰 減比為 10:1 到 4:1。干擾通道傳遞函數(shù) f()( ) 1S KHSS S T S?? ? ? ?Q （ 42） 道用兩個(gè) Transfor F(傳遞函數(shù) )模塊，分別設(shè)置 Transfor F(傳遞函數(shù) )模塊參數(shù)成一個(gè)一階 慣性環(huán)節(jié)和一個(gè)比例積分環(huán)節(jié)求和 實(shí)現(xiàn) 。在仿真實(shí)驗(yàn)中， 加入 20%的干擾 ，即 干擾值 為 ，表示實(shí)際的 。 仿真結(jié)果如圖 42。與 42 b） 比較， 可 以發(fā)現(xiàn) K 越大假液位現(xiàn)象越嚴(yán)重且 持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。 在 T 小于 100 大于 1 的范圍內(nèi)較明顯。由 圖可知 ? 越大，滯后時(shí)間越長(zhǎng)，反之越短。 在一定范圍內(nèi)， T 越小，假液位上升越快，假 17 液位現(xiàn)象也越嚴(yán)重。 用 MATLAB 環(huán)境下的 SIMULINK 編制 汽包 水位 單沖量控制系統(tǒng) 仿 真程序如圖 46 所示 。 P為比例系數(shù) kp， I為積分系數(shù) ki=kp/TI， D為微分系數(shù) kd=kpTD。 a） 主程序 b） 子程序 圖 46 單沖量控制系統(tǒng)仿真程序 18 最佳 PID 參數(shù)整定 過程 取 Step1=， Step2=0， 即 引入 20%蒸汽流量 干擾 ， 首先 給定 P=1， I=0， D=0。 圖 47 在 20%蒸汽流量干擾 下 P=1， I=0， D=0時(shí)仿真結(jié)果 圖 48在 20%蒸