【正文】 系統(tǒng) 的方案 分析 汽包水 位是鍋爐運行的主要指標(biāo)。 一般 ? 約在 15 100 秒之間。用傳遞函數(shù)來描述時，它相當(dāng)于一個積分環(huán)節(jié)和一個純滯后環(huán)節(jié)的串聯(lián)，可表示為 0() e() sWHSSS?? ??Q （ 23） 式中 0? —— 給水流量作用下，階躍響應(yīng)曲線的飛生速度； ? —— 純滯后時間。但由于給水溫 6 度比汽包 內(nèi)飽和水溫度 低，所以給水量變化后，使汽包中汽泡 含量減少，導(dǎo)致水位下降。 給水流量對水位的影響 給水流量對水位的影響，即控制通道的動態(tài)特性，在給水流量作用下，水位階躍響應(yīng)曲線如圖 22 所示。蒸汽流量突然增加時，實際水位的變化 H，是不考慮水面下汽泡容積變化時水位變 化H1，與只考慮水面下汽泡容積變 化所引起水位變化 H2的疊加，即 12H H H?? （ 21） 用傳遞函數(shù)來描述可以表示為 12( ) ( )()( ) ( ) ( )S S SH S H SHSS S S??Q Q Q （ 22） f1KS T S??? ? ? 式中 f? —— 在蒸汽流量作用下，階躍響應(yīng)曲線的飛生速度； K、 T—— 分別為只考慮水面下汽泡容積變化所引起水位變化 H2的放大倍數(shù)和時間常數(shù)。 在蒸汽流量干擾下，水位變化的階段響應(yīng)曲線如 圖 21 所示。 蒸汽負(fù)荷對水位的影響 蒸汽負(fù)荷（蒸汽流量）對水位的影 響 ， 即 干擾 通道的動態(tài)特性 。鍋爐排污自汽包里放水，吹灰時使用鍋爐自身的蒸汽，這些都是短時間負(fù)荷的干擾。對于鍋爐汽包水位對象是一個復(fù)雜的實體，其影響因素有很多。 4 第 2章 鍋爐 汽包水位 對象 數(shù)學(xué)模型的 歸納 數(shù)學(xué)模型是描述對象內(nèi)部個物理量（或變量）之間的數(shù)學(xué) 表達(dá)式或圖形表達(dá)式。 維持過熱器出口溫度在允許范圍內(nèi)，并保證管壁溫度不超過允許的工作溫度。二是為了防止大負(fù)壓進(jìn)入大量冷空氣使?fàn)t膛降溫。 （ 3） 爐膛負(fù)壓的控制。 其控制目的是使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要（常以蒸汽壓力為受控變量）；使燃料與空氣量之間保持一定的比值，以保證最經(jīng)濟(jì)燃燒（常以煙氣成分為受控變量），提高鍋爐的燃燒效率；使引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，以保持爐膛負(fù) 壓在一定的范圍內(nèi)。維持汽包水位在給定 范圍內(nèi)是保證鍋爐、氣輪機(jī)安全運行的必要條件之一，是鍋爐正常運行的重要指標(biāo)。 受控變量是汽 包水位，操縱變量是給水流量。主要控制系統(tǒng)如下。燃料量的變化不僅影響蒸汽壓力，同時還 會影響汽包水位、過熱蒸汽溫 度、過?？諝夂蜖t膛負(fù)壓；給水量的變化不僅影響汽包水位，而且對蒸汽 壓力、 過熱蒸汽溫度等亦有影響 ；減溫水的變化會導(dǎo)致過熱蒸汽溫度、蒸汽壓力、 汽 包水位等的變化；等等。這些輸入和輸出變量之間相互關(guān)聯(lián)。鍋爐 設(shè)備是一個 復(fù)雜的控制對象，主要輸入變量是負(fù)荷 、鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風(fēng)和引風(fēng)等。 圖 11 鍋爐設(shè)備的主要工藝流程圖 鍋爐的工藝參數(shù)和 主要 控制系統(tǒng) 鍋爐是 全廠重要的動力設(shè)備，其要求是供給合格的蒸汽，使鍋爐發(fā)汽量適應(yīng)負(fù)荷的需要。壓力 2 為 PM 的過熱蒸汽，經(jīng)負(fù)荷設(shè)備控制供給負(fù)荷設(shè)備用。 由圖可知，燃料和熱空氣按一定的比例送入燃料室燃燒，生成的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽 Ds。 所有這些鍋爐， 種類各不相同，但蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和蒸汽處理系統(tǒng)是基本相同的。可利用這些“燃料”產(chǎn)生 的 熱量，以及在化工生產(chǎn)中化學(xué)反應(yīng)生成的熱量，來生產(chǎn)各個部門所需的蒸汽，因此 又形成 了廢熱鍋爐。為充分利用這些燃料，所以有油、氣混合燃燒鍋爐和油、氣、煤混合燃燒鍋爐。 （ 4） 按燃料種類分，在各個工業(yè)部門中，應(yīng)用最多的有燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t和 燃煤鍋爐。 （ 2） 按蒸汽壓力 可 分為：低壓鍋爐， 壓力小于等于 ； 中壓鍋爐， 壓力 為 ～ ；高壓鍋爐 ， 壓力為 ～ ；超高壓鍋爐 ， 壓力為 ～；亞臨界 壓力鍋爐 ， 壓力為 ～ ；超臨界壓力鍋爐 ， 壓力大于等于 22MPa。 鍋爐的種類 按鍋爐的容量、蒸汽壓 力、蒸發(fā)量、燃料種類的不同，鍋爐可以有多種分類。隨著工 業(yè)生產(chǎn) 規(guī)模的不斷擴(kuò)張，生產(chǎn)設(shè)備的不斷革新，作為全廠動力和熱源的鍋爐，亦 向著大容量、高效 率發(fā)展。 附 錄 ................................................................. 45 1 第 1章 概述 鍋爐是化工、煉油、發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的重要動力設(shè)備。 matlab I 目 錄 第 1 章 概述 ............................................................ 1 鍋爐的種類 .................................................. 1 鍋爐的工藝流程 .............................................. 1 鍋爐的工藝參數(shù)和主要控制系統(tǒng) ................................ 2 第 2 章 鍋爐汽包水位對象數(shù)學(xué)模型的歸納 .................................. 4 蒸汽負(fù)荷對水位的影響 ........................................ 4 給水流量對水位的影響 ........................................ 5 第 3 章 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的方案分析 .................................. 7 單沖量控制系統(tǒng) .............................................. 7 雙沖量控制系統(tǒng) .............................................. 8 三沖量控制系統(tǒng) .............................................. 9 第 4 章 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)程序設(shè)計與仿真研究 ......................... 11 仿真的目的和意義 ........................................... 11 仿真軟件和 最佳 PID 參數(shù)整定 方法 ............................. 11 鍋爐汽包水位對象程序設(shè)計與仿真研究 ......................... 13 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)程序設(shè)計與仿真 研究 ..................... 17 各控制系統(tǒng)魯棒性的仿真研究 ................................. 32 第 5 章 用模糊自適應(yīng)整定 PID 控制器實現(xiàn)自適應(yīng)控制 ....................... 39 模糊自適應(yīng)整定 PID 控制原理 ................................. 39 用模糊自適應(yīng)整定 PID 控制實現(xiàn)自適應(yīng)控制的初步設(shè)計 ........... 41 結(jié) 論 ................................................................. 44 參考文獻(xiàn) .............................................. 錯誤 !未定義書簽。 control system。 通過對象特性、 最佳 PID 參數(shù)整定、 控制系統(tǒng) 比較分析及 魯棒性 仿真 研究， 本文 了解了 汽包水位 對象特性、 整定出 了 最佳 PID 參數(shù)、 總 結(jié)出了各種 控制 方案 的特點 與適用場合 ，并提出用模糊自適應(yīng)整定 PID 控制器實現(xiàn)自適應(yīng)控制 的 方案。本文主要是 用 MATLAB 對鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。 摘 要 鍋爐是化工、煉油、發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的重要動力設(shè)備。汽包水位是鍋爐運行的主要指標(biāo)，汽包水位過高過低都會影響運行的安全與經(jīng)濟(jì)性，必須嚴(yán)格加以控制。 建立了鍋爐汽包水位對象的數(shù)學(xué)模型 和 控制系統(tǒng) ，并 用 Matlab 語言在 計算機(jī) 上 編制鍋爐汽包水位控制系統(tǒng) 的仿真 程序 。 關(guān)鍵詞： 鍋爐 汽包水位；控制系統(tǒng)；仿真研究； Matlab Abstract Boiler is a essential power equipment in chemical industry, oil refining, electricity generation and other industrial production process. Boiler drum water level is a chief indicator of Boiler working, drum water level too high or too low will affect the safe operation and the economy, it must be strictly controlled. This article is mainly about the simulation study of boiler drum water level control system,established the mathematical model and control system of boiler drum water level, and made the simulation programs of boiler drum level control system using Matlab Language on the puter. Through the simulation study of object properties and the Best PID parameters tuning and the Analysis and parison of control system and robust research, This article acquainted the object characteristics of the drum water level and found out the best PID parameters, summed up the characteristics of kinds of control programs, and proposed the control program of using fuzzy adaptive tuning PID controller . Key words: boiler drum water level。 simulation study。 致 謝 ................................................. 錯誤 !未定義書簽。它所產(chǎn)生的高壓蒸汽， 既 可作為風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、大型泵類的驅(qū)動透平的動力源，又可作為蒸餾、化學(xué)反應(yīng)、干燥和蒸發(fā)過程的熱源。為了確保安全，穩(wěn)定生產(chǎn)，鍋爐設(shè)備的控制系統(tǒng)就顯得愈加重要 。 （ 1） 按鍋爐的容量 可分為：小型鍋爐、中型 鍋爐、大型鍋爐和超大型鍋爐。 （ 3） 按蒸發(fā)量 可 分為：小型鍋爐 ， 蒸發(fā)量小于 20 t/h；中型鍋爐 ， 蒸發(fā)量為 20 t/h 至 75 t/h；大型鍋爐 ， 蒸發(fā)量大于 75 t/h。 在石 油化工、煉油的生產(chǎn)過程中，往往產(chǎn)生各種不同的殘油、殘渣、馳放氣及 煉廠氣。在化工、造紙、制糖等工藝過程中，還會產(chǎn)生各種毫無規(guī)則的 聚合物、殘渣等。 鍋爐的工藝流程 由于鍋爐的燃料種類、燃燒設(shè)備、制粉系統(tǒng)、爐體型式、鍋爐功能和運行要求不同，鍋爐有各種各樣的流程。常見的鍋爐設(shè)備的主要工藝流程如圖 11 所示。然后經(jīng)過熱器，形成一定汽溫的過熱蒸汽 D，匯集至蒸 汽母管。與此同時，燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣，除將飽和蒸汽變成過熱蒸汽外，還經(jīng)省煤器預(yù)熱鍋爐給水和空氣預(yù)熱器預(yù)熱空氣，最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)送往煙囪，排入大氣 [1]。為此，生產(chǎn)過程的各個主要工藝參數(shù)必須嚴(yán)格控制。主要輸出變量 是 汽 包水位、蒸汽壓力和過熱蒸汽溫度 ，爐膛負(fù)壓，過?？諝猓ㄑ鯕夂趿浚┑?。如果蒸汽負(fù)荷發(fā)生變化，必將會引起汽包水位、蒸汽壓力和過熱蒸汽溫度等的變化。所以鍋爐設(shè)備是一個多輸入、多輸出且相互關(guān)聯(lián)的控制對象，目前工程處理上作了一些假設(shè)后，將鍋爐設(shè)備控制劃為若干控制系 統(tǒng)。 （ 1） 鍋爐汽包水位的控制。它主要考慮汽包內(nèi)部的物料平衡，使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包中水位在工藝允 3 許范圍內(nèi)。 （ 2） 鍋爐 燃燒系統(tǒng)的控制。 為達(dá)到上述三