【正文】 型有多種表達形式，可以是微分方程、差分方程，也可以是傳遞函數(shù)、狀態(tài)方程。 控制系統(tǒng)動態(tài)微分方程的建立基于以下兩個條件： （ 1）在給定量產(chǎn)生變化或擾動出現(xiàn)之前，被控量的各階導(dǎo)數(shù)都為零，即系統(tǒng)是處于平衡狀態(tài)的，因此，在任一瞬間，由各種不同環(huán)節(jié)組成的自動控制系統(tǒng)用幾個獨立變量就可以完全確定系統(tǒng)的狀態(tài)。同樣，只有知道系統(tǒng)模型，才有可能在此基礎(chǔ)上設(shè)計一個合適的控制器，使系統(tǒng)響應(yīng)達到預(yù)期效果，滿足實際的工程需要。 綜合考慮節(jié)能效果和系統(tǒng)對負荷響應(yīng)的快速性這兩方面的影響，并通過試驗研究，建議選擇 a1= a2 =2%~5%， a3= a4 =8%。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 研究結(jié)果表明，四個偏置 + a1 (%)、 a2 (%)、 a3 (%)、 + a4 (%)的取值與系統(tǒng)對負荷相應(yīng)速度和節(jié)能效果有關(guān)。然而，串級比值控制系統(tǒng)和交叉限幅控制系統(tǒng)均是在假設(shè)空燃比為定值的條件下得到的，沒有考慮空燃比隨燃料成分和加熱負荷等因素變化而改變的情況 ，實際上是一種開環(huán)控制方法。 雙交叉限幅燃燒控制方式的缺點： 雙交叉限幅燃燒控制方式雖然能保證燃燒系統(tǒng)工作在最佳區(qū)域內(nèi)， 但是其控 制方式在實際的工程應(yīng)用中效果較差，通過理論分析 總結(jié)出了影響雙交叉限幅性能的原因： （ 1）響應(yīng)速度慢 從原理分析可以得出， 雙交叉限幅燃燒控制實質(zhì)上犧牲了系統(tǒng)跟蹤負荷變化的速度，降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 （ 2）克服煤氣壓力波動的影響 在加熱爐系統(tǒng)中，煤氣壓力的波動范圍非常大（ ～ ），在同一閥門開度下 ，導(dǎo)致煤氣流量發(fā)生很大的變化。這就相當于設(shè)置了一個死區(qū)，可以防止干擾和改善系統(tǒng)響應(yīng)特性。這正是雙交叉限 幅 系統(tǒng)優(yōu)于單交叉限 幅系統(tǒng) 之處，從而使燃燒過程無論在穩(wěn)定狀態(tài)還是動態(tài)過程都能保持在最佳燃燒區(qū)，達到防止冒黑煙、防止污染和節(jié)能的目的。當系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時， 剩余空氣系數(shù)等于給定值 μ s。至此，降負荷的過渡過程 結(jié)束。當 C 減小到 CA 時， HS2選通 A，同時， AB， LS 1也選通 A， A 作為該回路的燃料流量給定值 Sf，交叉限制結(jié)束。在這個動態(tài)的過程中，燃料流量和空氣流量互相影響，交替增加 [8]。當 E 增加到 EA時， LS 2選通 A， E 被中斷，同時， AD， HS1又選通 A，再乘以 r 作為空氣流量給定值 Sa，交叉限制結(jié)束 ， 此時系統(tǒng)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài) ； 再看燃料流量調(diào)節(jié)回路的情況 ， 此時 AC， HS2選通 A。 系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，爐溫調(diào)節(jié)器 TC 的輸出信號 A 同時作為燃料和空氣流量調(diào)節(jié)回路中的給定信號，此時剩余空氣系數(shù)等于給定值 μ s 。 雙交叉限幅燃燒控制系統(tǒng) 雙交叉限幅燃燒控制原理圖 L S 1L S 2H S 2+ a 4/ r+ a 1* rH S 1 a 2 a 3F f CT C爐溫F a C燃 料空 氣M VT iS iF fS fF aF aS fF fACBDE圖 雙交叉限幅燃燒控制原理圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 雙交叉限幅燃燒控制系統(tǒng) 是在單交 叉限幅燃燒控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了高值選擇器 HS2，低值選擇器 LS 2，正偏置 +a4(%)和負偏置 a3(%),從而保證了爐子負荷擾動的過程中，既限制了剩余空氣系數(shù) μ 的下限值，又限制了它的上限值，使得燃料流量 Ff和空氣流量 Fa 分別限制在冒黑煙界限和空氣剩余界限之內(nèi)。 （ 3）當降負荷時，不能抑制剩余空氣系數(shù) μ 的上升，在這段動態(tài)過程 中 燃燒效率有所下降。由于該系統(tǒng)只對剩余空氣系數(shù) μ 做了單向限幅，故起名為單交叉限幅。這樣，系統(tǒng)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。 當降負荷時，信 號 A 急劇下降，發(fā)生負跳變。此時， AD， HS 選通 A，再乘以 r 作為空氣流量給定值 Sa，使空氣流量增加 ； 再看燃料流量調(diào)節(jié)回路的情況，當 A 正跳到 AB 時， LS 選通 B， A 被中斷， B 作為該回路的燃料流量給定值 Sf，使燃料流量隨著 B 值的增加而增加，即燃料流量隨著空氣流量的增加而增加，交叉限制開始。下面分別對負荷穩(wěn)定，升負荷和降負荷時這三種狀態(tài)進行分析。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 在燃燒負荷發(fā)生急劇變化的情況下，由于控制 空氣 流動管道與煤氣流動管道特性間的差異，各閥門的響應(yīng)速度和系統(tǒng)的響應(yīng)速度不同，會帶來缺氧燃燒現(xiàn)象和過氧燃燒現(xiàn)象的發(fā)生，此時若仍采用串級比值 燃燒 控制系統(tǒng)將無法保證燃料與空氣之間的最佳動態(tài)配比關(guān)系，因此，引入單交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)。 當爐溫降低時，爐溫控制器反作用下輸出增大，即煤氣流量設(shè)定值增大，同時 ，爐溫控制器 的 輸出經(jīng)比值器給空氣流量的設(shè)定值也增大。 在串級比值 燃燒 控制系統(tǒng)中 ，煤氣流 量是主動量，空氣流量是從動量。如圖 所示。 串級比值 燃燒 控制系統(tǒng) 為了保證燃料與空氣有一定的配比關(guān)系，最常用的方案之一是串級 比值 燃燒 控制 系統(tǒng)，其原理是空氣流量和煤氣流量的設(shè)定值成簡單的比值關(guān)系。 送風(fēng)總管壓力也采用 單回路 PID 控制系統(tǒng) ，使 燒嘴噴出的煤氣和 空氣有一定的速度。此時的比例度（ δs）和振蕩周期（ Ts）即是我們需要的。 （ 1） 臨界比例度法 在系統(tǒng)閉環(huán)情況下，將控制器的積分時間放到最大，微分時間放到最小，比例度放到 100%，然后使比例度由大往小逐步改變，直到過渡過程出現(xiàn)不衰減的等幅振蕩為止。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 所謂 PID 控制，就是利用比例、積分和微分三者配合對測量參數(shù)的偏差進行運算確定輸出量，對被控對象進行控制的方法。 單閉環(huán)控制系統(tǒng) 加 熱爐單回路溫度控制系統(tǒng)框圖如下 [2]： 溫 度 控 制 器 調(diào) 節(jié) 閥 煤 氣 流 量溫 度 變 送 器給 定 溫 度圖 單回路控制系統(tǒng)方框圖 采用此系統(tǒng)，在平衡狀態(tài)下如果爐溫突然上升，那么此回路將控制煤氣閥和空氣閥關(guān)小，使溫度降回給定值，同樣如果爐溫突然下降，回路又會控制煤氣閥和空氣閥開大，使溫度回升至給定值。雙交叉算法在動態(tài)調(diào)節(jié)時能夠獲得合理的空燃比，但響應(yīng)速度慢。 （ 3）單交叉限幅控制 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 單交叉限幅控制可以保證在動態(tài)過程中，空氣量比燃料量富裕，不會產(chǎn)生冒黑煙現(xiàn)象，但由于對空氣量的上限沒有限制，因此排煙熱損失較大。當爐溫降低時，溫度控制器開始動作，控制輸出量增大，即煤氣流量設(shè)定值增大，而此時煤氣實際流量沒有變化，煤氣流量控制器輸出增大，閥門增大開度，爐溫逐漸升高，直到重新恢復(fù)設(shè)定值。當煤氣壓力發(fā)生波動時，流量會相應(yīng)發(fā)生變化。而煤氣壓力波動等變化劇烈的擾動包含在副回路當中，利用副回路的優(yōu)良動態(tài)性能來抑制這些擾動對爐膛溫度的影響。同時，從安全角度考慮，空氣不足也會使燃料在爐子中聚集起來，而一點燃就可能發(fā)生爆炸，因此，燃燒過程一般都是在空氣過量的情況下進行的。從工藝設(shè)計上，煙道口的排煙閥功能是用來調(diào)節(jié)爐膛壓力的，因此，我們要求，在正常生產(chǎn)時，煙道閥門的開度大小適當。因此，在實際燃燒系統(tǒng)中，空氣過剩率設(shè)定在過?？諝馊紵齾^(qū) ≤ μ ≤ 。理論空燃比 A0 為單位體積或質(zhì)量的燃料完全燃燒所需的空 氣量，為一個常數(shù)。由于焦爐煤氣的主要可燃成分是高發(fā)熱量的H2和 CH4，所以焦爐煤氣的發(fā)熱量較高，為 16000～ 18800 KJ/M3。高爐煤氣是高爐煉鐵的副產(chǎn)品，它主要由可 燃 成分 CO、 H CH4和不可燃成分 N CO2組成。隨著我國冶金工業(yè)設(shè)備的日趨完善，技術(shù)的逐漸提高和石油工業(yè)的全面發(fā)展，目前國內(nèi)大、中型冶金企業(yè)的軋鋼加熱爐已極少使用固體燃料，絕大部分軋鋼廠是使用氣體或液體燃料。另外，不同種類的鋼坯對爐內(nèi)的氣氛有不同的要求 (這里氣氛主要是指 氧化氣氛和還原氣氛，具體要求視加熱工藝要求而定 )，如果氧化 氣氛過重，會使被加熱金屬表面生成較厚的氧化皮，不僅浪費材料而且給除鱗帶來困難，嚴重的還會影響產(chǎn)品表面質(zhì)量。在煙道裝有一套轉(zhuǎn)動閥門，用來對爐膛壓力進行自動調(diào)節(jié)和控 制。此時鋼坯被出鋼機構(gòu)推上滾道，由滾道傳送給軋機進行軋制 ，如圖（ ）所示 。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受許多干擾因素的影響，燃料的發(fā)熱值及殘氧又很難在線準確測量，因此一般線性 調(diào)節(jié)器不能滿足對象及工藝控制的要求。 三段式加熱爐的供熱點一般設(shè)在均熱段端部和側(cè)部，加熱段上方和下方的端部和側(cè)部。 加熱爐工藝流程 加熱爐的作用是將鋼坯加熱到軋制工藝要求的溫度 [1]，在此溫 度下進行軋制既能保證燃料的合理利用又能使軋制力在正常范圍內(nèi)。 三段式加熱方式是比較完善的加熱制度，它是把鋼坯放在三個溫度條件不同的區(qū)域內(nèi)加熱，依次是：預(yù)熱段、加熱段、均熱段。在現(xiàn)有幾種燃燒控制方法的基礎(chǔ)上，提出了雙邊限幅控制，使系統(tǒng)性能得到了極大的改善。有很多學(xué)者，對鋼坯升溫的數(shù)學(xué)模型進行了研究，還有學(xué)者將燃料消耗與鋼溫聯(lián)系起來，構(gòu)成燃料消耗最低的真實目標函數(shù)，從而可以運用最優(yōu)升溫曲線。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 國內(nèi)現(xiàn)狀 我國從 80 年代初開始進入加熱爐計算機控制系統(tǒng)研究階段。 加熱爐的離爐煙氣帶走的熱量約占供入爐內(nèi)熱量的 50～ 60％。確定鋼 坯 加熱溫度不僅要根據(jù)鋼種的性質(zhì)而且還要考慮到加工的要求，以獲得最佳的塑性，最小的變形抗力，從而有利于提高軋制的產(chǎn)量、質(zhì)量、降低能耗和設(shè)備磨損。鋼坯加熱應(yīng)當保證在軋制全部過程都具有足夠的可塑性，滿足生產(chǎn)要求，但并非說鋼坯加熱溫度越高越好，而應(yīng) 有一定的限度，過高的加熱溫度可能產(chǎn)生廢品和浪費能源。其溫度控制性能直接影響到加熱爐的能耗和最終鋼材產(chǎn)品質(zhì)量、鋼坯成材率、軋制設(shè)備壽命以及整個軋線的有效作業(yè)率。 singlelimiting control。運用 MATLAB 軟件對溫度控制系統(tǒng)進行了較為全面的仿真和性能分析。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計 說明書 （ 畢業(yè) 論文） 題 目： 加熱爐溫度控制系統(tǒng) 設(shè)計 與仿真 研究 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 加熱爐溫度控制系統(tǒng) 設(shè)計與 仿真 研究 摘 要 在鋼鐵企業(yè)中，為了將鋼坯加熱到軋制所規(guī)定的工藝要求，必然地要求對加熱爐內(nèi)的溫度進行有效的控制，使之保持在某一特定的范圍內(nèi)。 本設(shè)計針對加熱爐燃燒控制系統(tǒng)，主要介紹的控制方案有單回路控制系統(tǒng)、串級比值控制系統(tǒng)、單 交叉 限幅控制系統(tǒng)、雙 交叉 限幅控制系統(tǒng)，并對 每一種控制方案進行了理論分析。 關(guān)鍵詞： 加熱爐 ； 單交叉限幅控制 ；雙交叉限幅控制 ； MATLAB 仿真 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說 明書（畢業(yè) 論文 ） Temperature Control of Heating Furnace System Design and Simulink Study Abstract In the enterprises where producing iron and steel, in order to heat up billet to the technological requirements of rolling, the temperature inside the furnace must be controlled effectively so that it remains in a specific range. Maintaining the temperature needs the stable burning of fuel inside the furnace. Furnace bustion process is a nonlinear process which is subject to the random interference, great inertia and the pure time delay. The design for the furnace bustion control system is mainly on the control of a singleloop control programme, the ratio of cascade control system, control system limiting unilateral, bilateral limiting control system, and analyses each of the control programme on theory. Using MATLAB software makes a more prehensive simulation and performance analysis on the temperature control system. Through analysis and parison we can conclude that bilateral limiting control system is superior to others in the furnace temperature control. The temperature control system of bilateral limiting control system makes gas flow and air f