【正文】 …………………... 10 主、副調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定 ………………………………………......... 10 前饋通路的設(shè)計(jì) ……………………………………………………...... 13 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的仿真 ……………………………………………… 15 MATLAB 概述 …………………………………………………………….. 15 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的仿真 ………………………………………... 15 …………………………………………………………… 16 …………………………………………………………… 17 ……………………………………………………… 20 仿真結(jié)果分析 … …………………………………………………………….. 23 結(jié) 論 ………………………………………………………………………….... 25 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………… 26 附錄 ………………………………………………………………………………… 27 致謝 ………………………………………………………………………………… 28 山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 引言 電廠熱工自動(dòng)化水平的高低是衡量電廠生產(chǎn)技術(shù)的先進(jìn)與否和企業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的任務(wù)是使給水量適應(yīng)鍋爐蒸發(fā)量，并使汽包中水位保持在一定的范圍內(nèi)。因此，汽包水位是影響整個(gè)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要因素，所以就要有一套較好的控制方案，來(lái)實(shí)現(xiàn)汽包水位的控制。其中，串級(jí)三沖量調(diào)節(jié)方式，采用主、副兩個(gè)調(diào)節(jié)器。 在串級(jí)控制系統(tǒng)中，參數(shù)的整定也是非常重要的，由于在系統(tǒng)中所設(shè)計(jì)的對(duì)象是確定的，所以只有對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行整定，控制系統(tǒng)的參數(shù)整定有理論計(jì)算方法和工程整定方法，理論計(jì)算方法是基于一定的性能指標(biāo)，結(jié)合組成系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特征，通過(guò)理論計(jì)算求得調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)設(shè)定值；而工程整定法，則是源于理論分析，結(jié)合實(shí)驗(yàn)、工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)等一套工程上的方法，其具體方法將在本設(shè)計(jì)中體現(xiàn)。 山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 1 第一章 概 述 電能由于其固有的優(yōu)點(diǎn)而成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域最廣泛使用的能量，從而成為人類社會(huì)生產(chǎn)和生活中時(shí)刻不能離開(kāi)的二次能源。 鍋爐由汽鍋和爐子組成。汽鍋是為汽水循環(huán)和汽水吸熱以及汽水分離提供必要的吸熱和分離空間。其結(jié)構(gòu)如圖 11： 圖 11 鍋爐控制系統(tǒng)總圖 鍋爐汽包水位是鍋爐安全運(yùn)行的一個(gè)主要參數(shù)，水位過(guò)高會(huì)使蒸汽帶水帶鹽，嚴(yán)重的將引起整體品質(zhì)下降，嚴(yán)重影響生產(chǎn)和安全；水位過(guò)低又將破壞部分水冷壁的水循環(huán)，引起水冷壁局部過(guò)熱而損壞，尤其是大型鍋爐，一旦控制不當(dāng)，容易使汽包滿水或汽包內(nèi)的水全部汽化，造成重大事故。 山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 2 給水自動(dòng)調(diào)節(jié)也叫水位自動(dòng)調(diào)節(jié)，其主要任務(wù)是： (1)維持鍋爐水位在允許的范圍內(nèi)，使鍋爐的給水量適應(yīng)于蒸發(fā)量。水位過(guò)低，則會(huì)破壞汽水正常循環(huán)，以致燒壞受熱面。 (2)保持給水量穩(wěn)定。 上述兩個(gè)任務(wù)中，第一個(gè)任務(wù)尤為重要。 山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 3 第二章 給水被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 水位調(diào)節(jié)對(duì)象是沒(méi)有自平衡能力的，而影響汽包水位變化的因素主要有：蒸汽流量 D,給水量 W，爐膛熱負(fù)荷（燃料量 M） ,汽包壓力 P 等。燃煤量對(duì)水位變化的影響是非常緩慢的，比較容易克服。鍋爐水位調(diào)節(jié)對(duì)象的原理結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。當(dāng)擾動(dòng)為階躍擾動(dòng)時(shí)，對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性稱為階躍響應(yīng)曲線。圖 22 中曲線 1 為沸騰式省煤器情形下水位的動(dòng)態(tài)特性，曲線 2 為非沸騰式省煤器情形下水位的動(dòng)態(tài)特性。其擾動(dòng)傳遞函數(shù)方框圖如圖 23 所示，可近似認(rèn)為是一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)的并聯(lián)或串聯(lián)的兩種形式。當(dāng)蒸汽流量突然增加（假定供熱量及時(shí)跟上）時(shí)，鍋爐的蒸發(fā)量大于給水流量，汽包的貯水量應(yīng)等速下降，又因?yàn)槠菬o(wú)自平衡對(duì)象，所以水位的變化曲線應(yīng)如圖中曲線 H1所示：實(shí)際上當(dāng)蒸發(fā)量突然增加時(shí)，在汽水循環(huán)系統(tǒng)中的蒸發(fā)強(qiáng)度也將成比例的增大，使汽水混合物中汽泡的容積增大；又因爐膛內(nèi)的發(fā)熱量并不能及時(shí)增加，從而使汽包壓力不斷下降，降低了飽和溫度，促使蒸發(fā)速度加快，汽泡膨山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 5 脹，加大了汽水混合物的總體積，使水位變化過(guò)程 如圖中曲線 H2所示。 圖 24 蒸汽流量擾動(dòng)下水位階躍響應(yīng)曲線 H1只考慮貯水量變化的水位反應(yīng)曲線； H2只考慮水面下汽泡容積變化的水位反應(yīng)曲線； H實(shí)際水位反應(yīng)曲線（ H=H1+H2） 兩曲線的疊加，即圖中的曲線 H，由圖可知，負(fù)荷變化時(shí)汽包水位的動(dòng)態(tài)特性具有特殊的形式：負(fù)荷增加時(shí)，蒸發(fā)量大于給水量，但水位不是下降反而迅速上升；負(fù)荷突然減小時(shí)，水位卻先下降，然后迅速上升，這就是“虛假水位”現(xiàn)象。在外部負(fù)荷突然減小時(shí)（如汽輪機(jī)甩負(fù)荷），“虛假水位”約在 20 秒內(nèi)即達(dá)到最低值，并且，“虛假水位”達(dá)到最低值的時(shí)間和負(fù)荷達(dá)到的最低值的時(shí)間基本相同。為了維持水位在允許的范圍內(nèi)，運(yùn)行中應(yīng)對(duì)負(fù)荷的一次變動(dòng)量及負(fù)荷變化速度加以限制。為維持水位在允許的范圍內(nèi)，必須限制負(fù)荷的一次改變量和負(fù)荷變化速度；在負(fù)荷變化后的開(kāi)山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 6 始階段，給水流量和負(fù)荷的變化方向相反，如果忽視“虛假水位”現(xiàn)象的存在，盲目根據(jù)“水位”來(lái)調(diào)節(jié)給水量，將會(huì)擴(kuò)大鍋爐進(jìn)出流量的不平衡，使水位波動(dòng)加劇，實(shí)際工作中應(yīng)當(dāng)防止和避免。 圖 31 母管制鍋爐給水系統(tǒng) 示意圖 在圖 31 中， 1 門(mén)是主給水調(diào)節(jié)閥， 2 門(mén)是備用主給水調(diào)節(jié)閥，這兩個(gè)閥門(mén)允許通過(guò) 100%負(fù)荷的給水量； 3 門(mén)是旁路給水調(diào)節(jié)閥，允許通過(guò) 25%~30%左右負(fù)荷的給水量。為了檢修方便，在主給水管路上又安裝了總的電動(dòng)截門(mén) 7。 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng) 給水控制系統(tǒng)概況 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(jī)安全運(yùn)行的必要條件。汽包水位過(guò)低，可能破壞鍋爐水循環(huán)，導(dǎo)致水冷壁管被燒壞。 汽包水位 H 是汽包中儲(chǔ)水量和水面下汽包容積的綜合體現(xiàn)，不僅受汽包儲(chǔ)水量變化的影響，還受汽水混合物中汽包容積變化的影響。其中給水流量和蒸汽流量是影響汽包水位的 2 種主要擾動(dòng)，前者來(lái)自調(diào)節(jié)側(cè)，稱為內(nèi)擾，后者來(lái)自負(fù)荷側(cè)，稱為外擾。 另外，控制對(duì)象在蒸汽負(fù)荷擾動(dòng)（外擾）時(shí)，存在“虛假水位”現(xiàn)象，應(yīng)此在擾動(dòng)的初始階段，調(diào)節(jié)器將使給水流量向與負(fù)荷變化相反的方向變化，加劇了鍋爐的進(jìn)、出流量的不 平衡。 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的原理圖如圖 32 和所示。 這個(gè)系統(tǒng)中使用了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)。 副回路的作用主要為快速消除內(nèi)擾，主回路用于校正水位偏差，而前饋通路則用于補(bǔ)償外擾，主要用于克服虛假水位現(xiàn)象。 比例調(diào)節(jié)規(guī)律的特點(diǎn)是控制及時(shí)，控制作用貫穿整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程，因此它是基本的調(diào)節(jié)作用。積分作用可以實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)，只要偏差存在，積分控制作用一直增加；換言之，只有偏差為零時(shí)，積分作用才停止變化，這表明系統(tǒng)達(dá)到再次穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，被調(diào)量的偏差必然為零 .微分調(diào)節(jié)規(guī)律是調(diào)節(jié)器輸出的控制作用與其偏差輸入信號(hào)的變化速度成正比。 比例調(diào)節(jié)作用是最基本的調(diào)節(jié)作用，而積分和微分作用為輔助調(diào)節(jié)作用。 主、副回路調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇原則： （ 1）主參數(shù)控制質(zhì)量要求不十分嚴(yán)格，同時(shí)在對(duì)副參數(shù)的要求也不高的情況下，為使兩者兼顧而采用串級(jí)控制方式時(shí)，主、副調(diào)節(jié)器均可采用比例控制。 （ 3）主參數(shù)要求高，副參數(shù)亦有一定的要求，這時(shí)主、副調(diào)節(jié)器均采用比例積分形式。主回路參數(shù)整定是把副回路等效 成一個(gè)比例環(huán)節(jié)，然后用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行整定；前饋通路的 Dn 選擇是基于“虛假水位”而定的。下面分別對(duì)它們進(jìn)行參數(shù)整定。 山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 11 圖 34 副回路等效圖 把調(diào)節(jié)閥和