鍋爐汽包水位串級三沖量控制系統(tǒng)的設(shè)計-資料下載頁
2024-12-04 00:42本頁面
【導(dǎo)讀】鍋爐往往成了不少工廠不可或缺的一部分。因而，對鍋爐設(shè)備中的。自動控制系統(tǒng)進行分析研究是必要的。系統(tǒng)中重要的環(huán)節(jié)，對鍋爐生產(chǎn)操作如果不合理往往會引起事故。位必須進行嚴(yán)格控制。并利用MATLAB對控制系統(tǒng)進行仿真；結(jié)。果表明，PID控制技術(shù)響應(yīng)速度快、精度高，同時對虛假水位有較好的控制效果。其中，汽包鍋爐給水及水位的調(diào)節(jié)已經(jīng)完全采用自動的方式加
【正文】 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 2? ，為了配合方便， Dn /Gn 最好為整數(shù)（一般為 2，即 Gn =），而在一般情況下，若要求在負(fù)荷不變的情況下，水位無靜差，給水流量信號的分壓系數(shù) Gn 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(dāng)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 48 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(biāo)。 山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 20 圖 49 主回路仿真圖 從圖 49可知： 延遲時間：響應(yīng)曲線第一次到達其終值一半所需的時間 dt =25s 上升時間：響應(yīng)從終值 10%上升到終值 90%所需的時間 rt =40s 峰值時間：響應(yīng)超過其終值到達第一個峰值所需的時間 pt =77s 調(diào)節(jié)時間：響應(yīng)到達并保持在終值 %5? 內(nèi)所需的時間 st =300s 超調(diào)量：響應(yīng)的最大偏離量 )(pth 與終值 )(?h 的差與終值 )(?h 比的百分?jǐn)?shù)，即 ??? ??? %10 0)( )()(% h hth p? 1 ? %43%100 ?? 從求得的性 能指標(biāo)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 410 和 411 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(yīng)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 eHH 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。 山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 21 圖 410 給水流量擾動下的 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖 圖 411 給水量擾動下的水位變化仿真圖 圖 412 和圖 413 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(fù)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 bP 下降，汽包膨脹，使汽泡體積增大而水位上升，同給 水?dāng)_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)。 山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 22 圖 412 蒸汽流量擾動下的 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖 圖 413 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： 山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 23 圖 414 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 415 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(shè)計要求。 仿真結(jié)果分析 在上述 的設(shè)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)器的山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 24 任務(wù)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(dāng)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(shè)定值，維持系統(tǒng)安全可靠的運行。 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(yīng)，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。 山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 25 第五章 結(jié) 論 鍋爐的汽包水位能夠間接反映鍋爐蒸汽負(fù)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(dǎo)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(dǎo)致水冷壁管被燒壞。在這個基礎(chǔ)上我們設(shè)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(biāo)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(dāng)?shù)卦龃罅吮壤龓А? 本文在設(shè)計時由于設(shè)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。 山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 26 參考文獻 [1] 張本賢，熱工控制與運行，中國電力出版社， 2021 [2] 王沫然， MATLAB 與科學(xué)計算（第三版），電子工業(yè)出版社， 2021 [3] 孫傳友、張一，現(xiàn)代檢測技術(shù)及儀表（第二版），高等教育出版社， 2021 [4] 王劃一、楊西俠、林家恒，現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)，國防工業(yè)出版社， 2021 [5] 李正軍，計算機控制系統(tǒng)（第二版），機械工業(yè)出版社， 2021 [7] 黃忠霖，控制系統(tǒng) MATLAB 計算機仿真，國防工業(yè)出版社， 2021 [8] 王加璇、姚文達，電廠熱力設(shè)備及其運行，中國電力出版社 .。 997 [9] 李國勇、何小剛、閆高偉，過程控制系統(tǒng)，電子工業(yè)出版社（第二版），2021 [10] 劉士榮，計算機控制系統(tǒng)（第二版），機械工業(yè)出版社， 2021 山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 27 附 錄 本設(shè)計所用 SAMA 圖示： 山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 28 致 謝 畢業(yè)設(shè)計是我們大學(xué)專升本的最后一課，是給我們自己動手的一次非常好的機會，我們每個人通過查閱資料，不僅學(xué)會了設(shè)計的方法，也拓展了我們的思維，對我們即將走向社會將是一次很 好的鍛煉。同時非常感謝我的指導(dǎo)老師楊西俠，在設(shè)計過程中，她給我提供了大量的資料，并進行耐心細(xì)致的指導(dǎo)，在對我的設(shè)計思路、仿真實驗和結(jié)果上都提出了很好的建議，為我能夠及時完成設(shè)計提供了莫大的幫助。在整個過程中對我提出的問題都耐心解答，她的這種敬業(yè)精神值得我們這些即將走向工作崗位的每一個人學(xué)習(xí)，在此，再一次向楊西俠老師表示敬意和感謝。 最后，十分感謝論文評審組的各位教授、老師，感謝你們在百忙之中，抽出寶貴的時間，提出你們寶貴的意見，謝謝！
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