1、.熱工控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)氣溫控制系別動(dòng)力工程系專業(yè)班級熱能13K4學(xué)生姓名王巧珍指導(dǎo)教師孫群麗二一六年十二月.目錄1序言.12多容對象動(dòng)向特征的求取.22.1導(dǎo)前區(qū).錯(cuò)誤！不決義書簽。2.2惰性區(qū).43單回路系統(tǒng)參數(shù)整定.53.1廣域頻率法確定調(diào)節(jié)數(shù).53.2臨界比例帶法確定調(diào)節(jié)器參數(shù).63.3比率、積分、微分調(diào)理器的作用.84串級回路系統(tǒng)參數(shù)整定.124.1主蒸汽溫度串級控制系統(tǒng)參數(shù)整定.125北京國電智深氣溫控制系統(tǒng)SAMA圖剖析.165.1過熱器一級減溫系統(tǒng).165.2過熱器二級減溫系統(tǒng).17總結(jié).18參照文件.19.序言汽溫控制系統(tǒng)作為電廠三大控制系統(tǒng)之一，蒸汽溫度的穩(wěn)固關(guān)于電廠的安全經(jīng)

2、濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)特別重要。汽溫過高，會(huì)惹起鍋爐受熱面及管道金屬資料的蠕變速度加速，零件機(jī)械強(qiáng)度降低，致使受熱面超溫爆管，設(shè)施壽命縮短甚至破壞；汽溫過低，會(huì)降低機(jī)組循環(huán)熱效率，煤耗增大；汽溫變化過大，會(huì)使管材及相關(guān)零件產(chǎn)生疲憊，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和汽缸的脹差變化，致使汽輪機(jī)強(qiáng)烈振動(dòng)，危及機(jī)組安全。汽溫控制的任務(wù)是保持主、再熱汽溫在規(guī)定值或同意的范圍內(nèi)（5），而影響汽溫變化的要素好多,主要有鍋爐負(fù)荷、爐膛過度空氣系數(shù)、給水溫度、燃料性質(zhì)、受熱面污染狀況和焚燒器的運(yùn)轉(zhuǎn)方式等；且主汽溫被控對象自己擁有大延誤、大慣性和時(shí)變特征。所以這些要素使得慣例控制方法的控制性能指標(biāo)不夠理想。為這人們向來試牟利用改變一些對生產(chǎn)過程影響

3、的各種擾動(dòng)，以控制目標(biāo)值的恒定，PID控制理論此后應(yīng)運(yùn)而生。從前鍋爐系統(tǒng)比較簡單，單回路的控制系統(tǒng)基本上能夠知足控制要求?？墒歉萍嫉陌l(fā)展，單回路控制系統(tǒng)已經(jīng)不可以知足控制系統(tǒng)的性能要求，需要采納功能更完美的多回路控制系統(tǒng)或其余復(fù)雜的控制系統(tǒng)來達(dá)成。所以過熱蒸汽的汽溫控制是十分重要的。.多容對象動(dòng)向特征的求取主汽溫被控對象自己擁有大延誤、大慣性和時(shí)變特征，有自均衡能力的高階對象的階躍響應(yīng)可用延誤環(huán)節(jié)和一階慣性環(huán)節(jié)串連來等效階躍響應(yīng)曲線如圖傳達(dá)函數(shù)的形式為W(s)K(Ts1)n在階躍響應(yīng)曲線上，求得y(t1)0.4y()及y(t2)0.8y()時(shí)對應(yīng)的時(shí)間t1、t2后，利用下式求階數(shù)n：利用兩

4、點(diǎn)法公式可知：由曲線可知放大系數(shù)K,利用兩點(diǎn)法可確立t1，t2，利用以下公式計(jì)算對象階次和慣性時(shí)間。2n1.075t10.5Tt1t2t2t12.16n上式求得的n值不是整數(shù)時(shí)，應(yīng)采納與其最靠近的整數(shù)。某主氣溫對象在100%的負(fù)荷下導(dǎo)前區(qū)和惰性區(qū)對象傳達(dá)函數(shù)，能夠用兩點(diǎn)法求上述主K汽溫對象的傳達(dá)函數(shù)，傳達(dá)函數(shù)形式為W(s)=錯(cuò)誤！未指定書簽。(Ts+1)n,利用Matlab求取階躍響應(yīng)曲線，而后利用兩點(diǎn)法確立對象傳達(dá)函數(shù)。2.1導(dǎo)前區(qū)0.815100%負(fù)荷下導(dǎo)前區(qū)動(dòng)向特征為：，運(yùn)轉(zhuǎn)Matlab,成立仿真組態(tài)圖以下列圖，324s236s1.改正仿真時(shí)間為400秒。點(diǎn)擊運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)過雙擊Scope能夠

5、查察仿真結(jié)果。在matlab命令窗口輸入：num=0.815;den=324361;step=numden;回車后可獲得對象的階躍響應(yīng)曲線以下列圖所示:.在圖上取兩點(diǎn)后為：利用兩點(diǎn)法公式可知：有曲線可知放大系數(shù)K=0.815t1=24.8t2=53.4t1/t2=0.4642n1.075t10.5=2Tt1t218.102t2t12.16n即可依據(jù)階躍響應(yīng)曲線利用兩點(diǎn)法確立其傳達(dá)函數(shù)：0.815W（s）=1)2（18.102s2.2惰性區(qū)100%負(fù)荷下惰性區(qū)動(dòng)向特征為：1.2766543238806720s+12654365s+1719343s+124590s+5078s+110s+1在mat

6、lab命令窗口輸入：回車后可獲得對象的階躍響應(yīng)曲線以下列圖所示：.在圖中取兩點(diǎn)后為:利用兩點(diǎn)法公式可知：將曲線放大可知放大系數(shù)K=1.276利用兩點(diǎn)法可確立t1=93.5,t2=145，t1/t2=93.5/145=0.645所以n=6T=t1+t2=93.514518.4032.16n2.16*61.276即階躍響應(yīng)曲線利用兩點(diǎn)法確立其傳達(dá)函數(shù)為：Ws18.403S16單回路系統(tǒng)參數(shù)整定利用第一部分成立的對象傳達(dá)函數(shù)，就行參數(shù)整定。為便于剖析，能夠采納第一部分成立的主汽溫對象的惰性區(qū)對象（為一多容慣性環(huán)節(jié)）進(jìn)行參數(shù)整定。1.276，計(jì)算確立:Kp1關(guān)于對象Ws18.403S161.276(c

7、os/6)61.8563.1廣域頻次法確立調(diào)理器參數(shù)調(diào)理器采納比率調(diào)理器，WT(S)Kp,以衰減率0.75為整定指標(biāo)：1Kp1.276018.403S161e2m0.75m0.221Smwwj為閉環(huán)特色方程的根，由1Kp1.2760得：18.403S16.1.276Kp(1mwTjwT)6(1mwT)26j6tg1wT(wT)22e1mwT6Kp(1mwT)2(wT)221.2766tg1wT1mwTwTtg0.57741mwT6wT0.512求得Kp0.910,3.2臨界比率帶法確立調(diào)理器參數(shù)由等幅振蕩法確立調(diào)理器參數(shù)。關(guān)于上述n階慣性環(huán)節(jié)，能夠經(jīng)過計(jì)算確立系統(tǒng)等幅震蕩的周期和出現(xiàn)等幅振蕩時(shí)

8、的比率調(diào)理器參數(shù)Kp。注意采納等幅振蕩法確立調(diào)理器參數(shù)時(shí)相當(dāng)于系統(tǒng)衰減率m0=0，系統(tǒng)振蕩周期為：T=2/。經(jīng)過計(jì)算確立調(diào)理器參數(shù)后，在matlab中進(jìn)行仿真剖析，觀看實(shí)質(zhì)系統(tǒng)成效是否是正確。1.2766，計(jì)算確立:Kp161.856關(guān)于對象Ws1.276(cos/6)18.403S1運(yùn)轉(zhuǎn)Matlab,成立仿真組態(tài)圖以下列圖：.采納等幅振蕩法經(jīng)過試湊法逐漸確立等幅振蕩時(shí)比率調(diào)理器的比率增益，和計(jì)算確立的調(diào)理器參數(shù)進(jìn)行比較。將計(jì)算確立的參數(shù)Kp=1.8527。投入系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn),系統(tǒng)構(gòu)造以下列圖所示：依據(jù)等幅振蕩是比率增益和系統(tǒng)輸出曲線確立的等幅振蕩周期，能夠查臨界比率帶參數(shù)表確立當(dāng)系統(tǒng)衰減率0.75

9、時(shí)：11Tk200K0.536Kp1.8661）P調(diào)理器11與廣義頻次特征法計(jì)算所得值鄰近Kp0.9332k20.5362）PI調(diào)理器.11Kp0.8482.2k11KI0.0052.2K0.85TK在matlab中進(jìn)行仿真剖析，實(shí)質(zhì)系統(tǒng)成效圖形為：3)PID調(diào)理器111.117KP1.670.5361.67kKI110.01120.5TK1.670.5360.51.67K200TD0.25Tik0.250.5200KD1.671.6727.93k0.536將計(jì)算確立的參數(shù)KP1.117,KI0.0112,KD27.93。投入閉環(huán)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，察看運(yùn)轉(zhuǎn)成效3.3比率、積分、微分調(diào)理器的作用1）增大

10、和減小KP對換節(jié)過程的影響，系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的輸出以下：Kp增大時(shí)，當(dāng)Kp1.5時(shí).Kp減小時(shí)，當(dāng)Kp0.9時(shí)：2）增大和減小Ki對換節(jié)過程的影響，系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的輸出以下：Ki增大時(shí)，當(dāng)Ki0.015時(shí)：.Ki減小時(shí)，當(dāng)Ki0.009時(shí)3）增大和減小Kd對換節(jié)過程的影響，系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的輸出以下Kd增大時(shí)，當(dāng)Kd35.00時(shí)：Kd增大時(shí)，當(dāng)Kd24.00時(shí)：.4）同時(shí)改變KpKiKd對換節(jié)過程的影響，系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的輸出以下：如Kp=1.20Ki=0.02Kd=35.00時(shí)：經(jīng)過改變KP,KI,KD的大小，察看階躍響應(yīng)曲線，可知比率作用可使調(diào)理過程趨于穩(wěn)固，但在獨(dú)自使用時(shí)，使被調(diào)量產(chǎn)生

11、靜態(tài)誤差；積分作用能使被調(diào)量無靜態(tài)誤差，但獨(dú)自使用時(shí)，會(huì)使調(diào)理過程變?yōu)檎袷幧踔敛环€(wěn)固；微分作用能有效地減少動(dòng)向誤差，但不可以獨(dú)自使用。.串級回路系統(tǒng)參數(shù)整定4.1主蒸汽溫度串級控制系統(tǒng)參數(shù)整定本實(shí)驗(yàn)以某300MW機(jī)組配套鍋爐的過熱汽溫串級控制系統(tǒng)為例，其原理構(gòu)造圖以下列圖所示：圖4-1過熱汽溫串級控制系統(tǒng)原理構(gòu)造圖由上圖，可得過熱汽溫串級控制系統(tǒng)的方框圖以下：過熱汽溫串級控制系統(tǒng)中主調(diào)理器WT1s采納比率積分微分（PID）調(diào)理器，其傳達(dá)函數(shù)為：WT1s111Td1sKp1Ki11Kd1s1Ti1ss過熱汽溫串級控制系統(tǒng)中副調(diào)理器WT2s采納比率（P）調(diào)理器，其傳達(dá)函數(shù)為：WT2s1Kp22翻開

12、一個(gè)Simulink控制系統(tǒng)仿真界面，依據(jù)過熱汽溫串級控制系統(tǒng)方框圖成立仿真組態(tài)圖以下：.串級控制系統(tǒng)參數(shù)整定步驟以下：1、第一整定內(nèi)回路，即副調(diào)理器參數(shù)的整定將過熱汽溫串級控制系統(tǒng)仿真組態(tài)圖中主回路反應(yīng)系數(shù)r1設(shè)為0（即斷開主回路的反應(yīng)），同季節(jié)主調(diào)理器的比率系數(shù)Kp11，積分系數(shù)Ki10，微分系數(shù)Kd10。將階躍信號輸出模塊（Step）的終值（Finalvalue）設(shè)為過熱蒸汽溫度的穩(wěn)態(tài)值535，仿真時(shí)間設(shè)為1000s，漸漸增添副調(diào)理器的比率系數(shù)Kp2，在響應(yīng)曲線顯示器Scope1中察看溫度t2的變化，使溫度t2趕快達(dá)到穩(wěn)固，并盡量靠近穩(wěn)態(tài)值419.28oC，此時(shí)的比率系數(shù)Kp2即為副調(diào)理

13、器的比率系數(shù)。調(diào)理達(dá)成后得：Kp24.5,仿真運(yùn)轉(zhuǎn)成效以下列圖：2、整定外回路，即主調(diào)理器參數(shù)的整定.圖中主回路反應(yīng)系數(shù)r1改為1，副調(diào)理器的比率系數(shù)Kp2保持上一步的整定參數(shù)不變，仿真時(shí)間設(shè)1000s，漸漸增添主調(diào)理器的比率系數(shù)Kp1，在響應(yīng)曲線顯示器Scope中察看溫度t1的變化，直至響應(yīng)曲線出現(xiàn)等幅振蕩，記下此時(shí)的比率系數(shù)Kp1k1同時(shí)通Kp1過響應(yīng)曲線能夠確立振蕩周期Tk，查表即可確立調(diào)理器參數(shù)值調(diào)理達(dá)成后由圖得：Kp12.02Tk220其仿真運(yùn)轉(zhuǎn)圖以下：11k0.495計(jì)算主調(diào)理器的各參數(shù)：Kp12.02查表確立參數(shù)為：111.2097Kp11.671.67k0.495Ki1110.

14、01100.5Tk1.670.4951.67k0.52200.250.5Tk0.250.522033.267Kd11.670.4951.67k整定結(jié)果t1的變化以下圖：.3、在500s時(shí)加入減溫水?dāng)_動(dòng)后的t1的變化以下圖:4、當(dāng)負(fù)荷變?yōu)?5%后而且主副調(diào)理器參數(shù)不變時(shí)，t1的變化曲線以下圖：負(fù)荷高升此后，系統(tǒng)的動(dòng)向誤差變小，達(dá)到均衡的時(shí)間變短了。.5北京國電智深氣溫控制系統(tǒng)SAMA圖剖析5.1過熱器一級減溫系統(tǒng)1、SAMA圖：2、工作原理：一級減溫調(diào)理系統(tǒng)包含一個(gè)噴水調(diào)理閥，兩個(gè)過熱器進(jìn)口蒸汽溫度，A、B側(cè)過熱器出口蒸汽溫度（各一個(gè)）。調(diào)理系統(tǒng)采納串級控制，為提升負(fù)荷響應(yīng)特征，副調(diào)理器引入總風(fēng)

15、量作為前饋信號。主、副調(diào)理器都采納ADAPT參數(shù)調(diào)整方式，便于變參數(shù)調(diào)理。此外，主調(diào)理器還增添了SMITH預(yù)估控制器。一級減溫調(diào)理系統(tǒng)溫度定值是負(fù)荷（主蒸汽流量）的函數(shù)，運(yùn)轉(zhuǎn)人員在M/A站上能夠?qū)囟榷ㄖ颠M(jìn)行偏置。調(diào)理系統(tǒng)手動(dòng)時(shí)，副調(diào)理器輸出自動(dòng)追蹤M/A站手動(dòng)輸出，主調(diào)理器輸出自動(dòng)追蹤進(jìn)口溫度信號，故調(diào)理系統(tǒng)手、自動(dòng)無擾切換。此外，調(diào)理系統(tǒng)手動(dòng)時(shí)，M/A站出口汽溫定值偏置自動(dòng)追蹤反向計(jì)算的定值誤差信號，即實(shí)現(xiàn)定值自動(dòng)追蹤丈量值，故手、自動(dòng)切換，定值無擾。.5.2過熱器二級減溫系統(tǒng)1、SAMA圖：.2、工作原理：A、B側(cè)二級減溫調(diào)理系統(tǒng)是分別獨(dú)立的串級控制系統(tǒng)，各包含一個(gè)噴水調(diào)理閥，兩個(gè)過熱器

16、進(jìn)口蒸汽溫度，1個(gè)過熱器出口蒸汽溫度。調(diào)理系統(tǒng)采納串級控制，為提升負(fù)荷響應(yīng)特征，副調(diào)理器引入總風(fēng)量作為前饋信號。主、副調(diào)理器都采納ADAPT參數(shù)調(diào)整方式，便于變參數(shù)調(diào)理。此外，主調(diào)理器還增添了SMITH預(yù)估控制器。二級減溫調(diào)理系統(tǒng)溫度定值是負(fù)荷（主蒸汽流量）的函數(shù)，運(yùn)轉(zhuǎn)人員在M/A站上能夠?qū)囟榷ㄖ颠M(jìn)行偏置。調(diào)理系統(tǒng)手動(dòng)時(shí)，副調(diào)理器輸出自動(dòng)追蹤M/A站手動(dòng)輸出，主調(diào)理器輸出自動(dòng)追蹤進(jìn)口蒸汽溫度信號，故調(diào)理系統(tǒng)手、自動(dòng)無擾切換。此外，調(diào)理系統(tǒng)手動(dòng)時(shí)，M/A站出口汽溫定值偏置自動(dòng)追蹤反向計(jì)算的定值誤差信號，即實(shí)現(xiàn)定值自動(dòng)追蹤丈量值，故手、自動(dòng)切換，定值無擾?？偨Y(jié)汽溫控制的質(zhì)量直接影響到機(jī)組的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)。影響主汽溫變化的要素好多，主要有鍋爐負(fù)荷、爐膛過度空氣系數(shù)、給水溫度、燃料性質(zhì)、受熱面污染狀況和焚燒器的運(yùn)轉(zhuǎn)方式等。影響過熱器出口蒸汽溫度變化的原由好多，如蒸汽流量變化、焚燒工況變化、鍋爐給水溫度變化、進(jìn)入過熱器的蒸汽溫度變化