1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 課程設(shè)計(綜合實驗)報告( 2011 - 2012 年度第 2 學(xué)期)名 稱： 過程控制技術(shù)與系統(tǒng) 題 目： 汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 院 系： 控制與計算機工程學(xué)院自動化系 班 級： 自動 0902班 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 王 建 春 指導(dǎo)教師： 張 建 華 設(shè)計周數(shù)： 1 周 成 績： 日期： 2012 年 6 月 28 日專心-專注-專業(yè)一、課程設(shè)計(綜合實驗)的目的與要求通過該課程設(shè)計，使學(xué)生進一步掌握過程控制課程主要內(nèi)容，深入理解過程控制系統(tǒng)的分析與綜合。 要求學(xué)生：1）了解過程控制技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計與分析的關(guān)鍵技術(shù)；2）了解過程控制方案的組成；3）能夠

2、進行控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真及工程實現(xiàn)。二、主要內(nèi)容1.了解實現(xiàn)給水全程控制的關(guān)鍵技術(shù)2.了解單元制鍋爐給水全程控制方案3. 設(shè)計單級三沖量給水控制系統(tǒng)（其中調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)），敘述控制系統(tǒng)整定過程；對系統(tǒng)進行仿真，分別給出在蒸汽流量D、給水流量W和汽包水位設(shè)定值階躍擾動下汽包水位H的響應(yīng)曲線； 4. 設(shè)計串級三沖量給水控制系統(tǒng)（其中主副調(diào)節(jié)器分別采用PI和P調(diào)節(jié)），敘述控制系統(tǒng)整定過程對系統(tǒng)進行仿真，分別給出在蒸汽流量D、給水流量W和汽包水位設(shè)定值階躍擾動下汽包水位H的響應(yīng)曲線；5.對比分析單級三沖量給水系統(tǒng)和串級三沖量給水系統(tǒng)。三、課設(shè)要求某汽包鍋爐，由給水流量 W 做單位階躍擾動時的汽包水

3、位 H 的響應(yīng)曲線可知：Wh(s)=H(s)W(s)=0.037s(30s+1)根據(jù)蒸汽流量 D 做單位階躍擾動時的汽包水的 H 的響應(yīng)曲線可知：Wd(s)=H(s)D(s）=3.615s+1-0.037s已知：給水流量測量變送器的傳遞函數(shù)為w=0.014(mAt/h)蒸汽流量測量變送器的傳遞函數(shù)為d=0.014(mAt/h)水位測量變送器的傳遞函數(shù)為h=0.033(mAmm)執(zhí)行器系數(shù)為: kz=10(%mA)閥門放大系數(shù)為: Kf=6.4(t%) 四、單級三沖量給水控制系統(tǒng)1. 設(shè)計單級三沖量給水控制系統(tǒng)（其中調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)），敘述控制系統(tǒng)整定過程；對系統(tǒng)進行仿真，分別給出在蒸汽流量D

4、、給水流量W和汽包水位設(shè)定值階躍擾動下汽包水位H的響應(yīng)曲線；單級三沖量給水自動控制原理框圖如下： D W H控制系統(tǒng)組態(tài)圖如下：調(diào)節(jié)器采用PI控制規(guī)律，其傳遞函數(shù)為 控制對象的傳遞函數(shù)為 Wd(s)=H(s)W(s)=3.615s+1-0.037s=3.045s-0.03715S2+s給水流量測量變送器和蒸汽流量測量變送器的斜率為 w=d=0.014(mAt/h) 水位測量變送器的斜率為 h=0.033(mAmm)執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥傳遞函數(shù)的乘積為 kz*kf=64t/mA給水流量反饋裝置和蒸汽流量前饋裝置、均為比例環(huán)節(jié)，整定、過程如下：2. 內(nèi)回路的整定按照迅速消除內(nèi)擾、穩(wěn)定給水量的要求，用試湊

5、法整定內(nèi)回路PI調(diào)節(jié)器的比例帶/和積分時間Ti。內(nèi)回路方框圖如下圖所示，在這個回路中，把調(diào)節(jié)器、分流系數(shù)除外的環(huán)節(jié)近似為廣義調(diào)節(jié)對象，則為近似比例環(huán)節(jié)，故和都可以取得很小，一般取 。取，然后試湊。先設(shè)定，找合適的。經(jīng)試湊，內(nèi)回路參數(shù)為，單級三沖量給水控制系統(tǒng)內(nèi)回路框圖整定后響應(yīng)曲線如下：滿足快速消除內(nèi)擾要求3. 主回路的分析整定是在內(nèi)回路PI調(diào)節(jié)器參數(shù)已經(jīng)完全整定好的基礎(chǔ)上進行的。內(nèi)回路可變成一純比例環(huán)節(jié)，等效為。外回路整定框圖：輸入H擾動信號時，示波器的輸出波形如下：用試湊法求得外=120,所以，,ki=0.354. 根據(jù)無靜差的要求，整定值。使，得5. 仿真曲線如下：蒸汽流量D階躍擾動下汽

6、包水位H的響應(yīng)曲線：給水流量W階躍擾動下汽包水位H的響應(yīng)曲線：汽包水位設(shè)定值階躍擾動下汽包水位H的響應(yīng)曲線：五、串級三沖量給水控制系統(tǒng)1、 設(shè)計串級三沖量給水控制系統(tǒng)（其中主副調(diào)節(jié)器分別采用PI和P調(diào)節(jié)），敘述控制系統(tǒng)整定過程； 對系統(tǒng)進行仿真，分別給出在蒸汽流量D、給水流量W和汽包水位設(shè)定值階躍擾動下汽包水位H的響應(yīng)曲線；串級三沖量給水自動控制原理框圖如下： DI H控制系統(tǒng)組態(tài)圖如下：主調(diào)節(jié)器采用PI控制規(guī)律，其傳遞函數(shù)為 副調(diào)節(jié)器位P控制規(guī)律，其傳遞函數(shù)為 控制對象的傳遞函數(shù)為 Wd(s)=H(s)W(s)=3.615s+1-0.037s=3.045s-0.03715S2+s給水流量測量

7、變送器和蒸汽流量測量變送器的斜率為 w=d=0.014(mAt/h)水位測量變送器的斜率為 h=0.033(mAmm)執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥傳遞函數(shù)的乘積為 kz*kf=64t/mA 給水流量反饋裝置和蒸汽流量前饋裝置、均為比例環(huán)節(jié)，整定、過程如下：內(nèi)外回路相對獨立，可分別整定。2、副回路的分析與整定使用兩步整定法，在主副環(huán)均閉合，主副調(diào)節(jié)器都置于比例作用條件下，將主調(diào)節(jié)器的比例帶放在100%處，按單回路整定法整定副環(huán),一般取，試探取得滿意的。副回路整定圖如下：試探結(jié)果：= 0.1 =1 整定后響應(yīng)曲線如下滿足快速消除內(nèi)擾要求3. 主回路的分析與整定整定主環(huán)：主副環(huán)仍然和閉合，副調(diào)節(jié)器置于2s=0.1

8、上，從小到大取值,得到主調(diào)節(jié)器在=0.9下的比例帶1s值和被調(diào)量的上升時間Tr. 系統(tǒng)控制組態(tài)圖如下階躍響應(yīng)曲線如圖所示,由此得=1,=1,Tr=67s。由衰減曲線法得調(diào)節(jié)器參數(shù), k1=0.83, Ti=2*Tr=134S, ki=k1/Ti=0.0062, 2=0.1,k2=10 4. 而根據(jù)靜態(tài)補償原理，。5.分別做H、D和W單位階躍擾動輸入下汽包水位H的擾動響應(yīng)曲線如下：（1）H單位階躍擾動輸入下時的汽包水位的擾動響應(yīng)曲線（1） D單位階躍擾動輸入下時的汽包水位的擾動響應(yīng)曲線:（2） W單位階躍擾動輸入下時的汽包水位的擾動響應(yīng)曲線:六、單級三沖量給水控制系統(tǒng)與串級三沖量給水控制系統(tǒng)的對

9、比分析 本次實驗調(diào)節(jié)對象是汽包水位。分別采用了單級和串級兩種形式的三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 1）整定方面： 串級：整定回路相對獨立，容易整定； 單級：內(nèi)外回路相互影響，兼顧內(nèi)外回路。 2) 在單級/串級中的作用不同：單級中的等效比例帶；串級中可為=1 3）靜態(tài)配合時：單級需要考慮；串級不要考慮。4) 串級可附加前饋沖量,5) 汽機甩負荷，鍋爐仍要維持低負荷運行時，H要保持給定值，串級調(diào)節(jié)時間長。 汽包水位調(diào)節(jié)方法有單級三沖量給水控制與串級三沖量給水調(diào)控兩種。工業(yè)上一搬采用串級三沖量給水控制方法。其中三沖量是指：給水量，蒸汽流量和汽包水位。進行整定的系統(tǒng)中，副回路的作用主要為快速消除內(nèi)擾，主回路用于校正

10、水位偏差，前饋通路用于補償外擾。整個實驗的前提是要使副回路滿足快速性和穩(wěn)定性要求。由于整個實驗是用試湊法和經(jīng)驗公式法來完成的，所以參數(shù)不一定準(zhǔn)確，會存在一定的偏差仍然要進一步調(diào)整。七、課程設(shè)計總結(jié)或結(jié)論（1）本次實驗調(diào)節(jié)對象是汽包水位。分別采用了單級和串級兩種形式的三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。通過復(fù)習(xí)課本及參考相關(guān)書籍，我進一步掌握了過程控制課程的主要內(nèi)容，并深入理解過程控制系統(tǒng)。同時，了解到實現(xiàn)給水全程控制的關(guān)鍵技術(shù)以及單元制鍋爐給水全程控制方案。而且對控制系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器的整定方法有了更加深刻的了解。（2）什么是三沖量？所謂三沖量，指的是引入了三個測量信號：汽包水位、給水流量和蒸汽流量。什么是虛假水位現(xiàn)象？在負荷階躍增加后的一段時間內(nèi)水位不但不下降，反而明顯上升的反?，F(xiàn)象通常稱為“虛假水位”現(xiàn)象（3）在單級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，在整定外回路時，外回路等效比例帶不能取太大，否則響應(yīng)曲線振蕩太劇烈，太小則響應(yīng)曲線響應(yīng)太慢。主回路和前饋通路的參數(shù)主要通過經(jīng)驗公式求得。然后將所有參數(shù)代入系統(tǒng)中，在此基礎(chǔ)上進一步調(diào)整參數(shù)，是系統(tǒng)運行后的曲線滿足要求。總的來說，在設(shè)計的過程中參數(shù)是通過：試湊經(jīng)驗公式試湊得出，所以由于某些原因及不可避免的誤差使調(diào)節(jié)的參數(shù)有可能不是最佳的參數(shù)。八、參考文獻1. 李遵基 熱工自