鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)仿真畢業(yè)論文-預(yù)覽頁
【正文】 高了上升時(shí)間，縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間，與傳統(tǒng)的PID控制器相比，更適合工業(yè)鍋爐這種復(fù)雜的控制對象。因此，提高鍋爐的生產(chǎn)運(yùn)行效率不僅具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益，還能減少環(huán)境污染，提高能源利用率。研究與開發(fā)功能完備、性能可靠的鍋爐自動控制系統(tǒng)，是適應(yīng)鍋爐生產(chǎn)發(fā)展需要，具有廣闊的發(fā)展前景與研究價(jià)值。我國由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的限制，鍋爐設(shè)備水平一直比較落后。缺少能在工業(yè)鍋爐行業(yè)中起領(lǐng)頭的龍頭企業(yè)或骨干企業(yè)[5]。 市場機(jī)制的影響及科研開發(fā)投入的不足由于受到市場的影響，部分的鍋爐用戶過分注重鍋爐的價(jià)格。論文的研究內(nèi)容主要包括：(1) 本課題的研究背景、意義、燃煤鍋爐運(yùn)行現(xiàn)狀以及制約我國鍋爐發(fā)展的因數(shù)。鍋爐設(shè)備的工作過程概括起來包括三個同時(shí)進(jìn)行著的過程：燃料的燃燒過程，煙氣向水的傳熱過程和水的汽化過程[7]。燃料煤燃燒剩下的灰渣，在爐排末端通過除渣板后排入灰斗。高溫?zé)煔馀c水冷壁進(jìn)行強(qiáng)烈的輻射換熱和對流換熱，將熱量傳遞給管內(nèi)的水。沿途降低溫度的煙氣最后進(jìn)入尾部煙道，與省煤器和空氣預(yù)熱器內(nèi)的水進(jìn)行熱交換后，較低溫度的煙氣經(jīng)過除塵器除塵，去硫等一系列凈化工藝通過煙囪排出。鍋爐工作時(shí)，汽鍋中的工作介質(zhì)是處于飽和狀態(tài)下的汽水混合物。 鍋爐自動控制系統(tǒng)的任務(wù)鍋爐是一個復(fù)雜的調(diào)節(jié)對象，有許多個調(diào)節(jié)參數(shù)和被調(diào)節(jié)參數(shù)，還存在著錯綜復(fù)雜的擾動參數(shù)。其算法簡單、魯棒性好和可靠性高。寫成傳遞函數(shù)的形式為：PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下[10]：1)比例環(huán)節(jié)：比例系數(shù)Kp增大可以加快響應(yīng)速度，減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。加大積分系數(shù)，有利于減小系統(tǒng)余差，但過強(qiáng)的積分作用會使系統(tǒng)的超調(diào)量加劇，甚至引起振蕩；減小積分系數(shù)雖然有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定，避免系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，減小系統(tǒng)的超調(diào)量，但對消除系統(tǒng)的余差是不利的。第3章 汽包水位三沖量控制 汽包水位系統(tǒng)介紹 汽包水位系統(tǒng)由給水泵、省煤器、汽包、水冷壁、過熱器等組成[11]。水位過高，影響汽包汽水分離裝置的正常工作，造成出口蒸汽中水分過多；汽包水位過低，則可能使鍋爐水循環(huán)工況破壞，造成水冷壁管供水不足而燒壞。因此鍋爐汽包水位不僅受到鍋爐輸入量和輸出量之間平衡關(guān)系的影響，同時(shí)由于壓力的關(guān)系它還受到汽水混合物內(nèi)汽泡體積變化的影響。如果把汽包和給水看作單容量無自衡過程，水位階躍響應(yīng)曲線應(yīng)為圖中的H1線。 給水流量擾動下水位的階躍響壓曲線給水量不變改變蒸汽負(fù)荷的情況下，汽包水位的動態(tài)微分方程可以表示為： (36)對上式進(jìn)行拉普拉斯變換，可得： （37）得到汽包水位在蒸汽流量作用下的傳遞函數(shù)： （38）上式可以用兩個動念環(huán)節(jié)的并聯(lián)來等效，即： (39)式中，K0=KD/T1為上升速度，即給水流量變化一個單位流量時(shí)水位的變化速度；K1=(KDT2TD)/T1為響應(yīng)曲線H2的放大系數(shù)；T2為響應(yīng)曲線H2的時(shí)間常數(shù)。從而實(shí)際顯示的水位響應(yīng)曲線H為H1與H2的疊加。 鍋爐汽包水位的控制方案引起水位變化的主要干擾是蒸汽流量和給水流量的變化。 單沖量控制系統(tǒng)單沖量控制系統(tǒng)是以汽包水位為被控變量，其控制系統(tǒng)框圖為PID調(diào)節(jié)器執(zhí)行器變送器汽包 單沖量控制系統(tǒng)框圖該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但該系統(tǒng)根據(jù)汽包水位控制給水量，當(dāng)汽包水位產(chǎn)生“虛假水位”現(xiàn)象時(shí)，給水量的變化將與負(fù)荷變化相反，加大了進(jìn)出流量的不平衡。該控制系統(tǒng)由于引入了蒸汽流量信號，能夠有效防止“虛假水位”的產(chǎn)生，引入給水流量信號，當(dāng)給水流量發(fā)生改變時(shí)，控制系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)，產(chǎn)生控制作用，減少系統(tǒng)的超調(diào)量。第4章 爐膛負(fù)壓控制 控制和監(jiān)視爐膛負(fù)壓的意義爐膛負(fù)壓（即爐膛頂部的煙氣壓力）是反映燃燒工況穩(wěn)定與否的重要參數(shù)，是運(yùn)行中要控制和監(jiān)視的重要參數(shù)之一。當(dāng)鍋爐的燃燒系統(tǒng)發(fā)生故障或異常時(shí)，最先將在爐膛負(fù)壓上反映出來，而后才是火檢、火焰等的變化，其次才是蒸汽參數(shù)的變化[12]。爐膛負(fù)壓是通過調(diào)節(jié)吸、送風(fēng)機(jī)風(fēng)量的平衡關(guān)系實(shí)現(xiàn)的。本章小結(jié)本章介紹監(jiān)控爐膛負(fù)壓的意義，爐膛負(fù)壓由于其控制對象時(shí)間常數(shù)較小，延遲不明顯，也不是高階對象，我們確定對爐膛負(fù)壓系統(tǒng)采用以鼓風(fēng)干擾為前饋前饋信號的前饋PID控制。反之，如果比值不當(dāng)，空氣不足，離開最適宜的空燃比（實(shí)際送風(fēng)量與理論空氣量的比值），就會導(dǎo)致燃料的不完全燃燒，當(dāng)大部分燃料燃燒不完全時(shí)，熱量損失直線上升；如果空氣過多，就會增熱熱量損失，使大量的熱量損失在煙氣之中，使燃燒效率降低，并造成對周圍環(huán)境的污染[13]。 常規(guī)PID風(fēng)煤比控制系統(tǒng)的缺陷常規(guī)PID控制系統(tǒng)，其特性直觀，控制迅速，但由于鍋爐在不同的負(fù)荷下，適當(dāng)?shù)倪^?？諝庀禂?shù)變化很大。假定進(jìn)料量設(shè)定值為，最終設(shè)定值 應(yīng)為“低選比較器”的輸出結(jié)果：。指定進(jìn)煤量設(shè)定值，可以方便地實(shí)現(xiàn)鍋爐“定燒”。溫度PID調(diào)節(jié)器高選器低選器風(fēng)量PID進(jìn)料測量風(fēng)量測量溫度測量進(jìn)料PID比值器1比值器2進(jìn)料對象鼓風(fēng)對象被控對象 溫度串級控制框圖 控制過程分析 假定鍋爐處于“定燒”，并處于穩(wěn)定狀態(tài)。對于實(shí)測燃煤量計(jì)算出最佳供風(fēng)量，與設(shè)定值一起進(jìn)入高選器，比較的結(jié)果是將設(shè)定值由原來的調(diào)整到，燃煤量設(shè)定不變的情況下提高了供風(fēng)量。根據(jù)燃煤量得到最佳供風(fēng)量，與供風(fēng)設(shè)定值進(jìn)入高選器，得到最終設(shè)定值仍為。本章小結(jié)本章介紹了常規(guī)PID比值控制系統(tǒng)的缺陷，通過對交叉限幅比值控制原理的分析可知，將交叉限幅比值控制應(yīng)用于風(fēng)煤比控制能取得很好的控制效果，同時(shí)將溫度PID控制引入交叉限幅比值控制系統(tǒng)中，既保證了系統(tǒng)的“定燒”同時(shí)又能使系統(tǒng)溫度穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。大部分工具箱是面向控制和相關(guān)學(xué)科，隨著MATLAB不斷發(fā)展，其他領(lǐng)域也開始涉及。 汽包水位控制MATLAB仿真 由第3章分析我們確定汽包水位被控對象的數(shù)學(xué)模型為：,汽包水位傳遞函數(shù)：,，給水流量信號及蒸汽流量信號變送器的比例系數(shù)為：，調(diào)節(jié)閥的比例系數(shù)為：。由圖可知，三沖量控制系統(tǒng)控制效果最好。建立仿真框圖為： 溫度串級控制仿真框圖在該控制中，由于微分信號引入了高頻干擾，因此，主控制器沒有微分項(xiàng)，主控制器參數(shù)為Kp=5，Ti=，Td=0，風(fēng)量PID控制器參數(shù)為Kp=4，Ti=，Td=10，進(jìn)料PID控制器參數(shù)為Kp=5，Ti=，Td=20，仿真結(jié)果如下圖所示。本文分析了鍋爐汽包水位系統(tǒng)，對鍋爐汽包水位進(jìn)行了動態(tài)分析，對汽包水位控制的幾種方案進(jìn)行了對比分析，確定了采用三沖量的控制方案。該方案對于鼓風(fēng)干擾對象能及時(shí)有效的作出響應(yīng)，滿足爐膛負(fù)壓控制的要求。從課題選擇到具體的習(xí)作過程，無不凝聚著譚老師的心血和汗水，他在百忙之中抽出大量的時(shí)間來指導(dǎo)我們，在我的畢業(yè)論文寫作期間，譚老師為我提供了種種專業(yè)知識上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，使我順利完成畢業(yè)論文，在此向譚老師表示深
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