【正文】 VocklerGbR,Leipzig,. 。 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯謝意！ 非常感謝盧老師給我設(shè)計(jì)上的指導(dǎo)，我才能這么順利的完成畢業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會(huì)了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo) ,經(jīng)由您悉心的點(diǎn) 撥 ,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟 ,常常讓我有 “ 山重水復(fù)疑無路 ,柳暗花明又一村 ” 。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師。四年的求學(xué)生涯在師長(zhǎng)、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。 以上說明，對(duì)于鍋爐燃燒過程控制系統(tǒng)所進(jìn)行的參數(shù)設(shè)置、整定是符合系統(tǒng)穩(wěn)定性要求的。Tp， Ts 和超調(diào)量均無明顯變化。仿真中加入了擾動(dòng)的情況進(jìn)行對(duì)比，擾動(dòng)為 幅值 177。 在應(yīng)用過程中 ， MATLAB 的優(yōu)越性 十分突出， 鑒于其開放、擴(kuò)充能力強(qiáng) ， 隨著其 版本的升級(jí) ， 它的功能將越來越強(qiáng) ，其 應(yīng)用 也必 將越來越廣 。 35 結(jié) 論 論文從控制系統(tǒng)基礎(chǔ)理論入手，簡(jiǎn)要的了解 MATLAB 在控制系統(tǒng)中應(yīng)用的基礎(chǔ)后，著重分析了火電廠 鍋爐 燃燒過程控制系統(tǒng) 各個(gè)環(huán)節(jié)，其次對(duì)各個(gè)控制環(huán)節(jié)建立數(shù)學(xué)模型，通過 MATLAB 軟件對(duì)建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行化簡(jiǎn)，分析，得出不同參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能的影響，最終確定系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的最佳參數(shù)，用于指導(dǎo)實(shí)際工作中參數(shù)的選擇，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真確實(shí)有很大的實(shí)際意義。但是在實(shí)際的工作環(huán)境中往往會(huì)出現(xiàn)各種各樣的擾動(dòng)信號(hào)，為了模擬真正的工業(yè)控制環(huán)境，在特定的環(huán)節(jié)，我們添加了幅值為1 至 +1 的噪聲干擾信號(hào)，圖 為仿真框圖，圖 為相應(yīng)的響應(yīng)曲線圖。 29 圖 爐膛負(fù)壓前饋控制系統(tǒng)參數(shù)整定仿真 框圖 圖 未加前饋控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線 30 圖 加入前饋控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線 兩圖對(duì)比可知，加入的前饋控制起到了很好的作用。 Gf(s)G3(s)為干擾源至系統(tǒng)輸出的干擾通道傳遞函數(shù)； Gd(s)為前饋調(diào)節(jié)器函數(shù)； G2(s)G3(s)為干擾源至系統(tǒng)輸出的控制通道傳遞函數(shù)； G1(s)為給定環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)。 27 圖 空氣流量控制系統(tǒng)仿真框圖 圖 空氣流量控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線 28 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng) 由系統(tǒng)概述可知，利用動(dòng)態(tài)前饋與反饋控制能使負(fù)壓控制系統(tǒng)達(dá)到比較好的效果，反饋控制在燃料控制系統(tǒng)和空氣流量控制系統(tǒng)中已經(jīng)詳細(xì)的論述與應(yīng)用過了，在此就前饋控制做一下討論。 在 Kp=， Ki= 的基礎(chǔ)上，對(duì) PI 參數(shù)進(jìn)一步整定，空氣流量控制系統(tǒng)單位階躍輸入的仿真框圖如圖 所示。先讓 Ki=0，調(diào)整 Kp 使系統(tǒng)等幅振蕩，即系統(tǒng)臨界穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器最簡(jiǎn)單，工程上系統(tǒng)響應(yīng)速度和穩(wěn)定程度一般。當(dāng) Ki=0， Kp=1 時(shí) (此時(shí)相當(dāng)于無調(diào)節(jié)器，因此系統(tǒng)最簡(jiǎn)單 )，仿真結(jié)果如圖所示，圖 為系統(tǒng)仿真框圖，圖 為階躍輸出。 22 圖 PI模塊結(jié)構(gòu) 圖 燃料流量控制系統(tǒng)的仿真框圖 23 圖 燃料流量控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線 蒸汽壓力控制系 統(tǒng) 在燃料流量控制系統(tǒng)整定的基礎(chǔ)上，采用試誤法整定壓力控制系統(tǒng)參數(shù)。 在 Kp=， Ki= 的基礎(chǔ)上，對(duì) PI 參數(shù)進(jìn)一步整定，燃料流量控制系統(tǒng)的仿真框圖如 所示， 其中 PI 模塊的結(jié)構(gòu)如圖 所示。先讓 Ki=0，調(diào)整 Kp 使系統(tǒng)等幅振蕩，即系統(tǒng)臨界穩(wěn)定狀態(tài)。由程序運(yùn)行結(jié)果可知幅值穩(wěn)定裕量為 ,相位穩(wěn)定裕量為，對(duì)應(yīng)增益為 。 margin(G_LeAir_NegPres)。inputdelay39。由程序運(yùn)行結(jié)果可知其幅值穩(wěn)定裕量為 ,相位穩(wěn)定裕量為80deg，對(duì)應(yīng)增益為 。 margin(G_Air)。inputdelay39。由程序運(yùn)行結(jié)果可知其幅值穩(wěn)定裕量為 ,相位穩(wěn)定裕量為 ，對(duì)應(yīng)增益為 。 margin(G_Fuel)。inputdelay39。 F CF TP CP T鍋 爐爐 膛 負(fù) 壓送 風(fēng) 量引 風(fēng) 量爐 膛 負(fù) 壓 給定圖 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)流程圖 送 風(fēng) 量 對(duì) 負(fù)壓 影 響前 饋 補(bǔ) 償 調(diào) 節(jié) 器爐 膛 調(diào) 節(jié) 閥引 風(fēng) 量 調(diào) 節(jié) 器檢 測(cè) 與 變 送 系 統(tǒng)++爐 膛 負(fù)壓 給 定爐 膛 負(fù) 壓送 風(fēng) 量圖 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)框圖 16 第三章 火電廠鍋爐燃燒 過程控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 本文通過查找資料，得到中儲(chǔ)式燃煤鍋爐的系統(tǒng)辨識(shí)函數(shù)，并以此為數(shù)學(xué)模型搭建仿真平臺(tái)。 （ 4） 只能用于可測(cè)的干擾 對(duì)不可測(cè)干擾，由于無法構(gòu)造前饋控制器而不能使用。當(dāng)擾動(dòng)發(fā) 生后，前饋控制器及時(shí)動(dòng)作，對(duì)抑制被控制量由于擾動(dòng)引起的動(dòng)靜態(tài)偏差比較有效。因此，前饋控制即使對(duì)單一干擾也難以完全補(bǔ)償。因此，固定的前饋控制只對(duì)相應(yīng)的干擾源起作用，而對(duì)其他干擾沒有影響。另外，系統(tǒng)的控制精度取決于構(gòu)成控制系統(tǒng)的每一部分的精度，所以對(duì)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)精度要求較高。 前饋控制系統(tǒng)主要特點(diǎn)如下： （ 1） 屬于開環(huán)控制 只要系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)是穩(wěn)定的，則控制系統(tǒng)必然穩(wěn)定。將前饋與反饋有效的結(jié)合，運(yùn)用前饋控制在擾動(dòng)發(fā)生后，及時(shí)抑制由主要擾動(dòng)引起的被控量所產(chǎn)生的偏差，同時(shí)運(yùn)用反饋控制消除其余的擾動(dòng)對(duì)負(fù)壓的影響。如果負(fù)壓波動(dòng)不大，調(diào)節(jié)引風(fēng)量即可以實(shí)現(xiàn)負(fù)壓控制；當(dāng)蒸汽壓力波動(dòng)較大時(shí)，燃料用量和送風(fēng)量波動(dòng)也會(huì)很大，此時(shí)，經(jīng)常采用的控制方法為動(dòng)態(tài)前饋 反饋控制，如圖 所示。甚至使 燃燒不穩(wěn)定，爐膛壓力變?yōu)檎龎?，火焰及飛灰從爐膛不嚴(yán)處冒出，惡化工作環(huán)境，危及人身及設(shè)備安全，故應(yīng)保持爐膛負(fù)壓在正常范圍內(nèi)。大多數(shù)鍋爐采用平衡通風(fēng)方式，使?fàn)t內(nèi)煙氣壓力低于外界大氣壓力，即爐內(nèi)煙氣負(fù)壓，爐膛內(nèi)煙氣壓力最高的部位是爐膛頂部。當(dāng)鍋爐的燃燒系統(tǒng)發(fā)生故障或異常時(shí)，最先在爐膛負(fù)壓上反映出來，而后才是火焰的變化，其次才是蒸汽參數(shù)的變化。爐膛負(fù)壓是反映燃燒工況穩(wěn)定與 否的重要參數(shù)，是運(yùn)行中需要監(jiān)視和控制的重要參數(shù)之一。圖 為蒸汽壓力控制系統(tǒng)和燃料空氣比值控制系統(tǒng)框圖?？刂屏渴疽鈭D如圖 所示。 保證蒸汽壓力恒定的主要手段是隨著蒸汽壓力波動(dòng)及時(shí)調(diào)節(jié)燃料產(chǎn)生的熱量，而燃燒產(chǎn)生熱量的調(diào)節(jié)是通過控制所供應(yīng)的燃料量以及適當(dāng)比例的助燃空氣實(shí)現(xiàn)的。 11 燃 料 空 氣 比 值控 制 系 統(tǒng)蒸 汽 壓 力 控 制 系 統(tǒng)爐 膛 負(fù) 壓 控 制 系 統(tǒng)燃 燒 過 程 控 制 系 統(tǒng) 圖 燃燒過程控制系統(tǒng)示意圖 K燃 料 流 量調(diào) 節(jié) 器管 道過 熱 器檢 測(cè) 與 變 送 系 統(tǒng)檢 測(cè) 與 變 送 系 統(tǒng)空 氣 流 量調(diào) 節(jié) 器檢 測(cè) 與 變 送 系 統(tǒng)蒸 汽 壓 力調(diào) 節(jié) 器調(diào) 節(jié) 閥送 風(fēng) 量 對(duì) 負(fù)壓 影 響送 風(fēng) 管 道前 饋 補(bǔ) 償 調(diào) 節(jié) 器爐 膛 調(diào) 節(jié) 閥引 風(fēng) 量 調(diào) 節(jié) 器檢 測(cè) 與 變 送 系 統(tǒng)蒸 汽 壓 力蒸 汽 壓力 給 定+ ++++爐 膛 負(fù)壓 給 定空 氣 流 量爐 膛 負(fù) 壓燃 料 流 量調(diào) 節(jié) 閥圖 原理方框圖 12 蒸汽壓力控制系統(tǒng)和燃料空氣比值控制系統(tǒng) 鍋爐燃燒的目的是為后續(xù)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供穩(wěn)定的壓力。 因此，蒸汽鍋爐的燃燒過程主要由三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成：蒸汽壓力控制系統(tǒng)、燃料空氣比值控制系統(tǒng)和爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)。汽壓變化表示鍋爐蒸汽量和負(fù)荷的耗汽量不相適應(yīng)，必須相應(yīng)地改變?nèi)剂狭?，以改變鍋爐的蒸汽量； 第二個(gè)任務(wù)是保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性。以中儲(chǔ)式燃煤鍋爐燃燒控制系統(tǒng)為例，工藝流程圖如圖 所示。 10 第二章 火電廠鍋爐燃燒過程 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 鍋爐燃燒過程是一個(gè)將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能，以蒸汽形式向負(fù)荷設(shè)備提供熱能的能量轉(zhuǎn)換過程。 (4)工具箱集成 由于 Simulink 可以直接利用 MATLAB 的數(shù)學(xué)圖形和編程功能，用戶可以直接在 Simulink 下完成諸如數(shù)據(jù)分析、過程自動(dòng)化、優(yōu)化參數(shù)等工作。仿真結(jié)果可以在運(yùn)行的同時(shí)通過示波 器或圖形窗口查看。建模時(shí)只需要使用鼠標(biāo)拖放庫中的功能模塊并將它們接連起來。它不但實(shí)現(xiàn)了可視化的動(dòng)態(tài)仿真，也實(shí)現(xiàn)了與 MATLAB、 C 或者 FORTRAN甚至和硬件之間的數(shù)據(jù)傳遞，大大擴(kuò)展了它的功能。它使用方框圖表示一個(gè)系統(tǒng)，通過圖形界面，利用鼠標(biāo)點(diǎn)擊和拖拉方式建立系統(tǒng)模型 。但 Nichols 圖的繪制方式和 Bode 圖是不同的，它可由以下命令繪制 plot(phase， 20*log10(mag)) MATLAB 環(huán)境下的 Simulink 簡(jiǎn)介 MATLAB 環(huán)境下的 Simulink 是當(dāng)前眾多仿真軟件中功能最強(qiáng)大、最優(yōu)秀、最容易使用的一個(gè)系統(tǒng)建模、仿真和分析的動(dòng)態(tài)仿真集成環(huán)境工具箱。 （ 5）系統(tǒng)的奈奎斯特圖（ Nyquist 圖） nyquist()函數(shù)的調(diào)用格式為： [Re， Im， ω]=nyquist(num， den) [Re， Im， ω]=nyquist(num， den， ω) [Re， Im， ω]=nyquist(A， B， C， D) [Re， Im， ω]=nyquist(A， B， C， D， iu) [Re， Im， ω]=nyquist(A， B， C， D， iu， ω) 其中返回值 Re， Im 和 ω分別為頻率特性的實(shí)部向量、 虛部向量和對(duì)應(yīng)的頻率向量，有了這些值就可利用命令 plot(Re， Im)來直接繪出系統(tǒng)的奈奎斯特圖。 除了根據(jù)系統(tǒng)模 型直接求取幅值和相位裕量之外， MATLAB 的控制系統(tǒng)工具箱中還提供了由幅值和相位相應(yīng)數(shù)據(jù)來求取裕量的方法，這時(shí)函數(shù)的調(diào)用格式為： [Gm， Pm， Wcg， Wcp]=margin(mag， phase， ω) 式中頻率響應(yīng)可以是由 bode()函數(shù)獲得的幅值和相位向量，也可以是系統(tǒng)的實(shí)測(cè)幅值與相位向量， ω為相應(yīng)的頻率點(diǎn)向量。 如果只想繪制出系統(tǒng)的 B