【正文】 儀表發(fā)展如此之快，使這些仿真控制系統(tǒng)不得不進行設備的更新改造，其經(jīng)濟損失是顯而易見的。MATLAB是Mathworks公司于1982年推出的一套高性能的數(shù)值計算和可視化軟件，它集數(shù)值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個方便的、界面友好的用戶環(huán)境。利用MATLAB軟件中的SIMULINK功能可對自動控制系統(tǒng)進行仿真研究，它的仿真結(jié)果將會對自動控制系統(tǒng)的設計、安裝調(diào)試和運行維護有著重要的指導意義。在火電廠中，DEH(汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng))是汽輪機運轉(zhuǎn)的神經(jīng)中樞，該系統(tǒng)性能只能通過動態(tài)過程才能反映出來。為此，利用MATLAB仿真工具和VB開發(fā)界面，建立DEH仿真平臺，在不干擾生產(chǎn)的情況下，對DEH系統(tǒng)動態(tài)過程進行分析研究，從而避免了對系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整的盲目性，使DEH系統(tǒng)各部分的動態(tài)過程完整地呈現(xiàn)出來。這對DEH系統(tǒng)優(yōu)化運行中參數(shù)的整定、修改起到了預測和指導作用。實踐證明，利用MATLAB對自動控制系統(tǒng)進行仿真，具有安全、可靠、節(jié)省人力、物力和財力等優(yōu)點，它為加快大型火電機組熱工自動控制系統(tǒng)的調(diào)試速度，提高火電廠熱工自動控制系統(tǒng)的投入率，又提供了一個新的方法和手段。 串級三沖量給水控制系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)參數(shù)：給水流量傳函 ： 蒸汽流量傳函 ： 負荷從0～100t/h變化時，開方器輸出0～100mA調(diào)節(jié)器輸出從0～10mA變化時，閥門開度變化0%～100%，即執(zhí)行器放大系數(shù) 。閥門系數(shù)=2 t/h/%，給水量及蒸汽流量變送器斜率= ，水位變送器：在最大的水位波動范圍mm內(nèi)，變送器輸出電壓是0～10V，所以，水位變送器斜率==（V/mm） 副回路的仿真由第四章的分析結(jié)果可知，可以把副回路作為一般的回路來分析，由于執(zhí)行器、調(diào)節(jié)閥和都可以認為是一個比例環(huán)節(jié)，將第四章圖44中的KZ、看作被控對象，這樣副回路由調(diào)節(jié)器和廣義被控對象K=KZ組成，所以可進一步等效為圖51：圖51 等效方框圖由圖我們可以算得：==1021=根據(jù)經(jīng)驗法，將、取的很小，一般情況下積分時間≤，試探過程中，可以任意設置值，就可以得到一個滿意的比例帶值:=副回路SINMULINK結(jié)構(gòu)圖及仿真圖見圖52和圖53。圖52 副回路的SIMULINK結(jié)構(gòu)圖圖53 副回路的仿真圖由仿真曲線可知，將副回路整定成快速隨動系統(tǒng)。 主回路的仿真主回路的整定是建立在副回路可以等效為一個快速比例環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上的。它的示意圖如圖54所示，其中為等效副回路。圖54 主回路等效圖根據(jù)第四章的參數(shù)整定過程，帶入數(shù)據(jù)可以求得： 主回路SINMULINK結(jié)構(gòu)圖及仿真圖見圖55和圖56。圖55 主回路的SIMULINK結(jié)構(gòu)圖圖56 主回路的仿真圖上圖中縱坐標的表示相對水位，也就是期望達到的穩(wěn)定水位，這里穩(wěn)定值設為1。從主回路SIMULINK仿真圖可以看出，雖然仿真曲線最終能達到穩(wěn)定值1，但是并不理想，這是因為我們在整定主回路的時候把等效副回路 ，所以下面用試探法修改參數(shù)，并進行仿真。修改參數(shù)后主回路的SIMULINK結(jié)構(gòu)圖如圖57所示：圖57 主回路的SIMULINK結(jié)構(gòu)圖修改參數(shù)后的主回路仿真圖如圖58所示：圖58 主回路的仿真圖修改參數(shù)后的主回路的仿真曲線是一波半，顯示出很好的控制特性，并能穩(wěn)定在穩(wěn)定值1，這是因為在進行參數(shù)整定的時候，為了不降低副回路控制過程的快速性，同時要減小副調(diào)節(jié)器的比例帶 ，為了配合方便，/ 最好為整數(shù)（一般為2，即=），而在一般情況下，若要求在負荷不變的情況下，水位無靜差，給水流量信號的分壓系數(shù)一般都取為1。動態(tài)性能分析：穩(wěn)態(tài)是控制系統(tǒng)能夠運行的首要條件，因此只有當動態(tài)過程收斂時，研究系統(tǒng)的動態(tài)性能才有意義。從圖58可看出，系統(tǒng)能夠收斂于固定值，所以我們計算下圖的性能指標。圖59 主回路仿真圖從圖59可知：延遲時間：響應曲線第一次到達其終值一半所需的時間=25s上升時間：響應從終值10%上升到終值90%所需的時間=40s峰值時間：響應超過其終值到達第一個峰值所需的時間=77s調(diào)節(jié)時間：響應到達并保持在終值內(nèi)所需的時間=300s超調(diào)量：響應的最大偏離量與終值的差與終值比的百分數(shù)，即從求得的性能指標看，參數(shù)修改后的系統(tǒng)性能要更好。 外擾下的仿真分析下面對整個系統(tǒng)進行仿真實驗，并分析在各種擾動下系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖510和511分別為在給水流量擾動下，系統(tǒng)的SIMULINK結(jié)構(gòu)圖和仿真圖，從物質(zhì)平衡的觀點來看，加大了給水量G，水位應該立即上升，但實際上并不是這樣，而是經(jīng)過一段遲延，甚至先下降后再上升，而仿真曲線說明了系統(tǒng)在克服了給水量擾動下的水位變化特性，系統(tǒng)在給水流量擾動下能回到期望水位0，（這里表示給水流量擾動下的相對水位）所以系統(tǒng)的的性能良好。圖510 給水流量擾動下的SIMULINK結(jié)構(gòu)圖圖511 給水量擾動下的水位變化仿真圖圖512和圖513分別為在蒸汽流量擾動下的SIMULINK結(jié)構(gòu)圖和仿真圖，由仿真曲線可以看出，系統(tǒng)在蒸汽流量擾動下存在虛假水位現(xiàn)象被很好的克服。產(chǎn)生虛假水位的原因是由于負荷增加時，在汽水循環(huán)回路中的蒸發(fā)強度也將成比例的增加，水面下汽泡的容積增加得也很快，此時燃料量M還來不及增加，汽包中汽壓下降，汽包膨脹，使汽泡體積增大而水位上升，同給水擾動一樣，在經(jīng)歷了一段的波動后，回到了期望值，并逐漸趨于平穩(wěn)。圖512 蒸汽流量擾動下的SIMULINK結(jié)構(gòu)圖圖513 蒸汽流量擾動下水位變化仿真圖串級三沖量系統(tǒng)的SIMULINK結(jié)構(gòu)圖如圖514所示：圖514 串級三沖量系統(tǒng)的SIMULINK結(jié)構(gòu)圖串級三沖量系統(tǒng)的仿真圖如圖515所示：圖515 串級三沖量系統(tǒng)仿真圖從圖中我們可以看出，系統(tǒng)能夠很快的穩(wěn)定于期望的值，并且波形符合一波半，系統(tǒng)的穩(wěn)定性很好，說明參數(shù)整定合理，符合設計要求。 仿真結(jié)果分析在上述的設計與仿真中，主回路是用于校正水位偏差的，副回路的作用則是快速消除內(nèi)擾，前饋通路用于補償外擾，克服虛假水位現(xiàn)象。在串級三沖量給水控制系統(tǒng)中給水流量擾動是內(nèi)擾，串級三沖量給水控制系統(tǒng)中主調(diào)節(jié)器的任務是校正水位，這比單級三沖量給水控制系統(tǒng)的工作更為合理。當水位發(fā)生擾動時，汽包水位變化，系統(tǒng)立刻通過水位變送器將變化量反饋到主調(diào)節(jié)器，使主調(diào)節(jié)器動作，進行調(diào)節(jié)，從而消除未進入副回路的擾動，穩(wěn)態(tài)時保持汽包水位等于原來設定值，維持系統(tǒng)安全可靠的運行。但這種擾動發(fā)生后，系統(tǒng)是通過反饋作用來進行調(diào)節(jié)的，所以系統(tǒng)調(diào)節(jié)會存在一定的遲延，不如調(diào)節(jié)前饋擾動量及時。而蒸汽流量擾動是外擾，在串級三沖量給水控制系統(tǒng)中當蒸汽流量發(fā)生擾動時，蒸汽流量信號使給水調(diào)節(jié)閥一開始就向正方向移動，保持水和蒸汽平衡，即蒸汽流量增加，給水調(diào)節(jié)閥開大，抵消了由于“虛假水位”引起的反方向移動，因而減少了水位和給水流量的波動幅度。主調(diào)節(jié)器的作用是校正水位偏差，最后穩(wěn)態(tài)時保持汽包水位等于原來設定值，維持系統(tǒng)安全可靠的運行。前饋控制的思路是這樣的，系統(tǒng)被調(diào)量除了跟隨給定量變化而應該變化外，被調(diào)量還會產(chǎn)生偏差，其原因是由于擾動作用引起的。倘若在擾動出現(xiàn)時，就能立即進行控制，而不是等到偏差發(fā)生后再進行控制，這樣就可以有效地消除擾動對系統(tǒng)被調(diào)量的影響。前饋控制是將擾動信號經(jīng)前饋控制器處理后用以消除擾動對被調(diào)量的影響，它是按擾動進行的補償控制，所以前饋控制又叫作“擾動補償”。由自動控制原理知道，擾動補償屬于開環(huán)控制。前饋控制對系統(tǒng)的穩(wěn)定性無影響，只要原系統(tǒng)是穩(wěn)定的，施以前饋控制后，系統(tǒng)仍然穩(wěn)定。前饋控制只能對于可以測量的擾動作用進行擾動補償。前饋控制器的結(jié)構(gòu)、參數(shù)取決于被控制對象與擾動通道的特性。從仿真效果可知，串級三沖量給水控制系統(tǒng)對各種典型影響因素的干擾均能做出快速反應，具有較高的調(diào)節(jié)質(zhì)量和調(diào)節(jié)精度，能夠維持汽包水位的穩(wěn)定，保障機組的安全穩(wěn)定運行。結(jié) 論鍋爐的汽包水位能夠間接反映鍋爐蒸汽負荷與給水量之間的平衡關(guān)系，維持汽包水位正常是保證鍋爐和汽輪機安全運行的必要條件。汽包水位過高，會影響汽包內(nèi)汽水分離裝置的正常工作，造成出口的蒸汽水分過多，導致過熱器管壁結(jié)垢而被燒壞，也使過熱蒸汽溫度急劇變化，直接影響機組的穩(wěn)定運行。汽包水位過低，可能破壞鍋爐水循環(huán)，導致水冷壁管被燒壞。在這個基礎(chǔ)上我們設計了一種水位的控制系統(tǒng)—串級三沖量給水控制系統(tǒng)。三沖量控制系統(tǒng)是在雙沖量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入給水流量信號，利用水位、蒸汽流量和給水流量三個參數(shù)進行液面控制。在這個控制系統(tǒng)中，汽包水位是被控量，是主沖量信號；蒸汽流量、給水流量是兩個輔助沖量信號。該控制系統(tǒng)經(jīng)過給水流量和蒸汽流量擾動下的仿真實驗，能有效地克服虛假水位和給水干擾對控制系統(tǒng)的影響。極大地提高了控制系統(tǒng)的性能，改善了高壓汽包的運行狀況，使高壓汽包的液位波動很小，液位控制非常平穩(wěn)。通過系統(tǒng)在校正前后的各項性能指標的比較可以得出：加入比例積分調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差趨于零，消除了靜差，但同時卻降低了原有系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在控制理論中我們知道，比例帶增加時，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)的放大系數(shù)減小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高。反之，系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。因此，為了獲得更好的控制效果在實際整定中適當?shù)卦龃罅吮壤龓?。本文在設計時由于設計者能力有限，難免有一些漏洞，希望各位老師指出錯誤，我將虛心的接受并加以改進。 參考文獻[1] ：113134 [2] :214266[3] 張玉鐸,：111129[4] 顧曉東,：6690[5] ：8098 [6] . : 6879[7] : 85120[8] 王加璇，：179191 [9] ：222230[10] ：8392[11] ：133145[12] 陳學俊，：1845[13] ：165183[14] 戴文進，：192198 [15] Zemansky M W. 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