1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)論文標(biāo)題：鍋爐汽包水位三沖量控制系統(tǒng)模擬學(xué)生名稱：xxxx學(xué)號(hào)：xxxx專業(yè)人員：xxxx類別：xxxx講師：lex時(shí)間：2013年十二月八日目錄第一章汽包水位控制概述21.1鍋爐汽包水位動(dòng)態(tài)特性31.1.1供水流量w對(duì)汽包水位h的影響31.1.2蒸汽流量d擾動(dòng)下汽包水位的影響4第二章三沖量梯級(jí)供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)52.1單脈沖水位控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介52.2雙沖量水位控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介62.3 3 3沖擊鼓水位控制原理62.3.1 3沖量控制節(jié)目之一72.3.2 3沖量控制節(jié)目bis 82.3.3 3沖量控制節(jié)目中的3-9第三章鼓3沖量控制算法MATLAB模擬設(shè)計(jì)113.1繪制控制系

2、統(tǒng)模型圖表113.1.1調(diào)用Simulink模塊113.1.2 PID子系統(tǒng)構(gòu)建和軟件包113.2 PID控制器參數(shù)調(diào)整13第四章摘要16工具書17第一章汽包水位控制概述鍋爐控制工藝中保持汽包水位在一定范圍內(nèi)是鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)。爐子的負(fù)壓保持在一定的范圍內(nèi)。水位太低，鼓里的數(shù)量少，負(fù)荷大，水的汽化速度快，鼓里的水變化速度很快。如果不及時(shí)控制，鼓里的水可能全部汽化，鍋爐燃燒或爆炸。水位過高會(huì)影響鼓的汽水分離，發(fā)生蒸汽臺(tái)水現(xiàn)象，導(dǎo)致過熱器管壁結(jié)構(gòu)破壞。汽包水位控制的任務(wù)是確保鍋爐供水量總是沿著蒸發(fā)量在鍋爐生產(chǎn)的允許范圍內(nèi)保持汽包水位。滾筒和蒸發(fā)管儲(chǔ)存蒸汽和水，儲(chǔ)藏量用控制水位表示，一般來說，

3、滾筒的流入量為供水量，流出量為蒸發(fā)量，與水的楊怡蒸發(fā)量相同時(shí)，汽包水位保持不變。引起水位變化的主要擾動(dòng)式蒸汽流量和供水量的變化。蒸汽流量突然增加，滾筒壓力急劇下降，飽和水迅速蒸發(fā)，飽和水產(chǎn)生大量滾筒，水位上升，此時(shí)供水量沒有增加。(David aser，Northern Exposure，美國(guó)電視電視劇，蒸汽名言)這是鍋爐的“虛衛(wèi)”現(xiàn)象，此時(shí)水位并不表示鍋爐的水位實(shí)際情況。因此，我們需要控制鼓的水位，并在規(guī)定的范圍內(nèi)嚴(yán)格控制它。1.1鍋爐汽包水位的動(dòng)態(tài)特性鍋爐汽水系統(tǒng)在鍋爐運(yùn)行時(shí)，會(huì)受到負(fù)荷、燃燒狀態(tài)、供水流量等諸多干擾因素的影響，如圖所示。因此，鍋爐汽包水位經(jīng)常變化。影響汽包水位的主要因素包

4、括：(1)供水管道和給水泵的壓力(供水壓力和調(diào)節(jié)閥開度等)(2)蒸汽負(fù)荷的擾動(dòng)，包括主蒸汽調(diào)節(jié)閥開度、蒸汽管道電阻等變化。分析汽包水位的動(dòng)態(tài)特性，確定設(shè)置供水自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)考慮這些擾動(dòng)的方法，是設(shè)計(jì)供水自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要依據(jù)。供水流量w對(duì)1.1.1汽包水位h的影響在供水流量W的擾動(dòng)下，汽包水位的動(dòng)態(tài)特性供水流量W的擾動(dòng)是影響來自控制側(cè)的汽包水位的主要因素，屬于內(nèi)部擾動(dòng)。給水流量W進(jìn)行階段變更時(shí)鍋爐水位H變化的階段響應(yīng)曲線如圖1.1所示。圖1.1給水流量擾動(dòng)下水位的階躍響應(yīng)曲線圖中，由于供水量的增加，供水溫度必須低于鍋爐內(nèi)的汽包飽和水溫度，因此必須從飽和水中吸收一些熱量，因此汽包內(nèi)的液體溫度下降

5、，水位下的氣泡減少。水位處氣泡容積變化達(dá)到平衡后，管道供水量的增加與水位成比例增加。在圖1.1中，階段響應(yīng)曲線的初始階段，水位增加緩慢，由于水的突變，汽包水位增加到一定時(shí)間延遲，因此可以使用實(shí)驗(yàn)特性進(jìn)行粗略說明。因此，它用于表示等待時(shí)間。根據(jù)上述分析，供水溫度過低，從飽和水中吸收的熱量更多，因此時(shí)間延遲也相應(yīng)增大。蒸汽流量d擾動(dòng)下1.1.2汽包水位的影響蒸汽流量D的擾動(dòng)主要來自汽輪發(fā)電機(jī)功率或外部蒸汽負(fù)荷的變化，屬于外部擾動(dòng)，因此在外部蒸汽流量干擾下，鼓水位變化的階段響應(yīng)曲線如圖1.2所示。圖1.2蒸汽流量擾動(dòng)下水位的階躍響應(yīng)曲線如果負(fù)荷設(shè)備的容積突然增加，僅從材料不平衡的角度來看，滾筒的蒸發(fā)

6、量大于供水量，滾筒水位的變化必須直線下降，如圖1.2的H1所示。David aser，Northern Exposure(美國(guó)電視電視劇，下屬)，但實(shí)際出現(xiàn)的水位變化沒有圖1.2中H所示的水位下降，反而上升得很快，這就是我們常說的“假水位”現(xiàn)象。這是因?yàn)闋t子的蒸發(fā)量突然增加，瞬間滾筒壓力下降，沸騰，水面下氣泡體積迅速增加，汽包水位上升，氣泡體積穩(wěn)定，水位開始隨著物體不平衡關(guān)系的變化而下降。其中，H2曲線表示水位的變化，因?yàn)樗嫦職馀蒹w積的增加，實(shí)際水位變化曲線H等于H1和H2合成。蒸汽流量突然減少，水位變化首先下降，然后上升。在實(shí)際工業(yè)鍋爐中，虛假水位的變化幅度與鍋爐規(guī)模直接相關(guān)。例如，一般1

7、00-300T/H高壓鍋爐的負(fù)荷變化10%時(shí)，虛假水位在30-40mm左右，應(yīng)在實(shí)際控制方案中考慮。第二章三沖量梯級(jí)供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)時(shí)，變量為汽包水位，操作變量為管道給水流量。主要干涉變量有四個(gè)：(1)供水方面的干涉。供水壓力、減溫器控制閥開度變化等。(2)蒸汽使用量的干擾。包括管道阻力變化、負(fù)荷設(shè)備控制閥開放度的變化等。(3)燃料量的干擾。包括燃料熱值、燃料壓力、水分含量。(4)滾筒壓力變化。通過滾筒內(nèi)部汽水系統(tǒng)，在壓力上升時(shí)，通過自適應(yīng)和壓力減少時(shí)的自蒸發(fā)影響水位。2.1單沖量水位控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介汽包水位控制系統(tǒng)的操作變量是供水量，可以配置單沖床控制系統(tǒng)，如圖所示。單脈

8、沖水位控制系統(tǒng)是唯一的控制信號(hào)，即水位測(cè)量測(cè)量信號(hào)通過發(fā)射器傳送到水位調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器基于汽包水位測(cè)量值和給定值的偏差。調(diào)節(jié)供水調(diào)節(jié)閥，改變供水量，使汽包水位在允許范圍內(nèi)。單脈沖水位控制系統(tǒng)系統(tǒng)是汽包水位控制系統(tǒng)中最簡(jiǎn)單、最基本的形式。牙齒控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，汽包內(nèi)水的停留時(shí)間長(zhǎng)，負(fù)荷變化小的小型鍋爐，單沖水位控制系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)的有效運(yùn)行。但是，停留時(shí)間短、負(fù)荷變化大的情況下，不能使用單沖水位控制系統(tǒng)。原因如下：負(fù)荷變化時(shí)發(fā)生的“虛衛(wèi)之上”，使調(diào)節(jié)器反向運(yùn)動(dòng)不正確。也就是說，隨著負(fù)荷的增加，調(diào)節(jié)器不能打開大的供水閥門的狗，增加水量，也不能關(guān)閉小的供水調(diào)節(jié)閥，閃光的汽化下沉，水位嚴(yán)重下降，波動(dòng)嚴(yán)重

9、，動(dòng)態(tài)質(zhì)量很差，嚴(yán)重的時(shí)候甚至?xí)⑵唤档偷轿ｋU(xiǎn)程度，從而引發(fā)事故。負(fù)荷變化，控制作用緩慢。即使“假水位”現(xiàn)象不嚴(yán)重，也要有從負(fù)荷變化到水位下降的過程，從水位變化到閥門動(dòng)作都落后一段時(shí)間。水位過程的時(shí)間常數(shù)很小，偏差會(huì)相當(dāng)明顯。因此，如果停留時(shí)間短，負(fù)荷波動(dòng)大，這種系統(tǒng)就不合適，水位也不合適。不能保證。但是小型鍋爐的汽包停留時(shí)間較長(zhǎng)，因此蒸汽負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)是假的水位現(xiàn)象不太明顯，因?yàn)榕c一些連鎖報(bào)警裝置一起可以確保安全運(yùn)行，所以被采用這種單體控制系統(tǒng)仍然可以滿足生產(chǎn)的要求。2.2雙沖量水位控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介汽包水位控制系統(tǒng)中最重要的干擾是蒸汽負(fù)荷的變化。引入蒸汽流量起到補(bǔ)償作用，可以糾正虛假水位引

10、起的誤動(dòng)，及時(shí)啟動(dòng)控制閥，減少水位的波動(dòng)，提高控制質(zhì)量。圖中顯示了雙沖量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。這是前饋和單回路反饋控制的負(fù)載控制系統(tǒng)。但是雙沖量控制系統(tǒng)也有弱點(diǎn)。因?yàn)榭刂崎y的工作特性難以進(jìn)行靜態(tài)補(bǔ)償，牙齒系統(tǒng)無法克服供水系統(tǒng)的干擾。因此，我們必須將水流信號(hào)引入雙沖量控制系統(tǒng)，建立三沖量水位控制系統(tǒng)。2.3 3 3沖擊鼓水位控制原理在三沖控制中，串行系統(tǒng)主、輔助控制器的任務(wù)不同，輔助控制器的任務(wù)不同，輔助控制器的任務(wù)不同，輔助控制器快速調(diào)整供水流量，消除供水壓力波動(dòng)等引起的供水流量擾動(dòng)和蒸汽負(fù)荷變化，確保供水流量和蒸汽流量平衡。主控制器的任務(wù)是修正汽包水位的偏差。這樣，在負(fù)荷變化時(shí)，汽包水位穩(wěn)定值由

11、主控制器保持，目標(biāo)根據(jù)外部擾動(dòng)虛位數(shù)以上的程度相應(yīng)地加強(qiáng)蒸汽流量信號(hào)的作用強(qiáng)度，從而改變負(fù)荷變化的水位控制質(zhì)量。此外，牙齒控制系統(tǒng)可以在工藝允許范圍內(nèi)有效地保持汽包水位，有效地克服系統(tǒng)的“假水位”現(xiàn)象。我們?cè)谠O(shè)計(jì)三沖控制系統(tǒng)的時(shí)候設(shè)計(jì)了三個(gè)茄子控制方案，下面我們逐一分析牙齒三個(gè)茄子控制方案。2.3.1 3沖量控制節(jié)目之一如圖2.1所示，引入供水流量信號(hào)的三沖量水位控制系統(tǒng)將汽包水位作為主控制變量，將供水流量作為輔助控制變量串行控制系統(tǒng)和蒸汽流量作為前饋信號(hào)的前饋-串行控制系統(tǒng)。圖2.1情景2中的3沖量水位控制系統(tǒng)電路圖根據(jù)原理圖，可以繪制方案1的控制系統(tǒng)，如圖2.2所示。在圖2.2的主電路中，

12、可以看到，當(dāng)輔助回路近似成比例鏈路時(shí)，主電路等同于單回路控制系統(tǒng)，主控制器一般使用比例積分控制，參數(shù)調(diào)整仍然按照單回路系統(tǒng)的方法保持。圖2.2情景1中的三沖量水位控制系統(tǒng)塊圖表2.3.2 3沖量控制節(jié)目bis牙齒方案是將蒸汽信號(hào)、供水流量和汽包水位信號(hào)一起傳遞的加法器，如下圖2.3所示。加法器輸出作為控制器的測(cè)量信號(hào)，構(gòu)成了使用單控制器的三個(gè)茄子刺激的控制系統(tǒng)。圖2.3情景2中的3沖量水位控制系統(tǒng)電路圖在牙齒過程中，主控制器使用100%比例的縮放曹征控制器，而輔助控制器是供水控制器。前饋控制蒸汽流控制，輔助控制器和前饋控制器的比利系數(shù)分別設(shè)置為alpha W和alpha D。汽包水位控制器的測(cè)

13、量值是蒸汽流量信號(hào)、供水流量信號(hào)和汽包水位信號(hào)的對(duì)數(shù)，因?yàn)楣┧髁亢驼羝髁窟_(dá)到物料平衡，控制器積分作用時(shí)水位會(huì)達(dá)到無余差。但是，一般來說，實(shí)施牙齒控制體系的水位有余差。圖2.4情景2中的三沖量水位控制系統(tǒng)塊圖表2.3.3 3沖量控制節(jié)目3為了使水位不足，將水位控制器加向前移動(dòng)，構(gòu)建牙齒方案，如圖所示。在牙齒控制方案中，水位控制器輸出信號(hào)、蒸汽流信號(hào)、供水流信號(hào)傳輸加法器、加法器輸出傳輸?shù)焦┧刂崎y。在牙齒方案中，主控制器是水位控制器，次控制器是縮放曹征控制器，縮放比例為100%。水位控制器測(cè)量是汽包水位信號(hào)，因此如果水位控制器起到積分控制的作用，就可以達(dá)到汽包水位的裕度曹征要求。方案3的控制

14、系統(tǒng)原理圖和方塊圖分別見下面的圖2.5和2.6。圖2.5情景3中的三沖量水位控制系統(tǒng)電路圖圖2.6情景3中的三沖量水位控制系統(tǒng)塊圖表在設(shè)計(jì)三沖激鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)之前，還設(shè)計(jì)了單、雙沖激汽包水位控制系統(tǒng)。兩種控制系統(tǒng)都有缺陷，最終使用了三沖激控制系統(tǒng)。第三章鼓三沖量控制算法MATLAB模擬設(shè)計(jì)我們?cè)O(shè)計(jì)的是鍋爐汽包水位3沖擊控制系統(tǒng)模擬設(shè)計(jì)，所以牙齒章節(jié)的內(nèi)容都與仿真有關(guān)。我們使用的MATLAB模擬軟件Simulink是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、模擬和分析的軟件包。牙齒鉛筆包是傳統(tǒng)軟件，可以像在紙上繪制系統(tǒng)的方塊圖一樣簡(jiǎn)單地完成任務(wù)，還可以在設(shè)計(jì)的示波器內(nèi)獲得模擬結(jié)果。3.1繪制控制系統(tǒng)模型圖表根據(jù)前

15、面章節(jié)中提到的鼓式三沖水位控制系統(tǒng)的原理圖，在MATLAB模擬軟件期間，可以使用Simulink軟件設(shè)計(jì)制作控制系統(tǒng)的模型圖。首先打開MATLAB模擬軟件，找到菜單欄上的Simulink圖標(biāo)，然后在單擊鼠標(biāo)左鍵后彈出“Simulink庫(kù)瀏覽窗口”(Simulink Library Browser)牙齒。然后，通過單擊“檔案”菜單上的“新建”為模型創(chuàng)建新的剪輯窗口，可以在牙齒窗口中繪制系統(tǒng)的方形圖。3.1.1調(diào)用Simulink模塊根據(jù)上一節(jié)中介紹的控制系統(tǒng)框圖，我們主要使用的模塊庫(kù)主要是Continuous(連續(xù)模塊庫(kù))、Math(數(shù)學(xué)模塊庫(kù))、Sources(輸入源模塊庫(kù))、Sinks(接收

16、器模塊庫(kù))，主要使用Add，然后可以調(diào)用這些模塊并連接它們。設(shè)計(jì)模型圖時(shí)，我們創(chuàng)建的系統(tǒng)包含PID控制器的模塊，因此必須通過菜單方法構(gòu)建PID系統(tǒng)。牙齒子系統(tǒng)便于以后設(shè)置和調(diào)整PID參數(shù)。3.1.2構(gòu)建和封裝PID子系統(tǒng)已知PID控制器模塊組表示設(shè)計(jì)PID控制器(如下圖所示)的模塊組作為子系統(tǒng)的步驟如下：(1)在鼠標(biāo)選擇圖3.1子系統(tǒng)的圖1中，使用虛線框的全部?jī)?nèi)容后，執(zhí)行EditCreat Subsystem命令將生成顯示的子系統(tǒng)模塊的格式。 圖3.1 PID控制器子系統(tǒng)(2)使用鼠標(biāo)右鍵單擊單擊子系統(tǒng)模塊的標(biāo)題“Subsystem”，然后輸入“PID Controller”文字，圖片將變?yōu)閳D3.1中的圖。設(shè)計(jì)子系統(tǒng)后，我們可以封裝它。鼠標(biāo)單擊選定的PID控制器子系統(tǒng)后，選擇EditMask system命令，將出現(xiàn)軟件包子系統(tǒng)編輯器對(duì)話框，如圖所示。包的主要步驟如下：填寫參數(shù)頁(yè)填寫圖標(biāo)頁(yè)。(3)創(chuàng)