超超臨界火電機(jī)組燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、,畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）題目：超超臨界火電機(jī)組燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓 名 林逸君 學(xué) 號(hào)201100170220 學(xué) 院 控制科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器 年 級(jí) 2011級(jí) 指導(dǎo)教師劉紅波 2015年 5 月 10 日目錄摘要3ABSTRACT4第一章 緒論51.1課題背景及意義51.2 超超臨界火電機(jī)組控制技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀51.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容5第二章 超超臨界火電機(jī)組燃燒控制系統(tǒng)概述62.1 機(jī)組工藝流程簡(jiǎn)述62.2 機(jī)組燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)任務(wù)72.3 機(jī)組燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)組成與特點(diǎn)8第三章 超超臨界火電機(jī)組燃燒控制方案設(shè)計(jì)93.1常規(guī)控制方案93.2改進(jìn)控制方案10第四章 控制方

2、案仿真驗(yàn)證104.1 MATLAB簡(jiǎn)介114.2 控制方案的Simulink仿真驗(yàn)證12結(jié)論15致謝16參考文獻(xiàn)17附錄附錄1 Controller design for a 1000 MWultra super critical once-through boiler power plant附錄2 文獻(xiàn)翻譯摘 要隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)電廠的工作方式正在發(fā)生著革新，超超臨界電廠得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)電廠，超超臨界電廠主要區(qū)別在于提高了鍋爐內(nèi)的工質(zhì)，一般為水的壓力，來(lái)提高電廠的發(fā)電效率。本文通過(guò)對(duì)電廠燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)的改進(jìn)來(lái)減少電廠控制變量之間的相互干擾，從而進(jìn)一步提高電廠的發(fā)電效

3、率。首先，根據(jù)電廠的工作原理分析出電廠各控制變量與各被控量之間的相互關(guān)系，建立電廠的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型。之后，根據(jù)各變量之間的相互作用關(guān)系采取PID增益控制、解耦等方式提出改進(jìn)的控制方案。然后，根據(jù)從網(wǎng)上搜集到的超超臨界電廠在實(shí)際工況下所采集到的數(shù)據(jù)完成數(shù)學(xué)模型的數(shù)據(jù)輸入工作。最后，通過(guò)MATLAB下的Simulink工具箱對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得出電廠輸出量的波形圖，通過(guò)對(duì)比研究改進(jìn)后的控制方案的實(shí)際運(yùn)行成果。關(guān)鍵詞：超超臨界電廠, 燃燒過(guò)程控制系統(tǒng), 數(shù)學(xué)模型, MATLAB, Simulink仿真ABSTRACTWith the progress of science and technol

4、ogy, an innovation of traditional power plants is proceeding, ultra supercritical power plants are being applied more and more general. Compared to traditional power plants, ultra supercritical power plants raise the pressure of the working medium, usually water, in their boilers to improve their ge

5、nerating efficiency. This thesis focuses on the way to improve the combustion process control system of the power plant to reduce the interferences during each of the power plant control variables. So that we can further improve the generating efficiency of our power plant. First of all, according t

6、o the working principle of the power plant we analysis how its control variables and controlled variables affect each other, so we can build a mathematical model of them. Secondly, by using PID controllers, decoupling or other ways we set up an improved combustion process control system control plan

7、. Then, by searching the Internet we find some data from a real ultra supercritical power plants in order to input them into our mathematical model. Last of all, through Simulink, a toolbox from MATLAB we make a simulation for our model, after we have a conclusion in the oscilloscopes we can find ou

8、t how our plan improves the efficiency of the power plant.Key words: ultra supercritical power plant, combustion process control system, mathematical model, MATLAB, Simulink simulation第一章 緒論1.1 課題背景及意義近年來(lái)，隨著更多高性能材料的投入與設(shè)備制造技術(shù)的不斷提高，以提高主蒸汽參數(shù)為目標(biāo)的超超臨界火力發(fā)電機(jī)組在世界范圍內(nèi)得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。從世界范圍看，自二十世紀(jì)五十年代開(kāi)始，以美國(guó)為首的世界發(fā)達(dá)國(guó)

9、家開(kāi)始了超臨界機(jī)組的研究與應(yīng)用。1957年，世界上第一臺(tái)超臨界機(jī)組在美國(guó)落成運(yùn)行。到了二十世紀(jì)九十年代，超臨界機(jī)組技術(shù)基本發(fā)展成熟，歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始著手研究超超臨界機(jī)組技術(shù)。到了2000年前后，其首臺(tái)超超臨界機(jī)組基本開(kāi)始投入運(yùn)營(yíng)。在國(guó)內(nèi)，從上世紀(jì)八十年代末期，我國(guó)從國(guó)外購(gòu)進(jìn)了16臺(tái)大容量超臨界機(jī)組，在生產(chǎn)實(shí)踐中對(duì)超臨界技術(shù)有了一定的掌握。進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，通過(guò)對(duì)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的不斷借鑒研究，我國(guó)如今正逐步完成從常規(guī)300MW、600MW的亞臨界機(jī)組到600MW、1000MW的超臨界、超超臨界機(jī)組的過(guò)渡。本文主要研究的就是超超臨界火電機(jī)組中的燃燒系統(tǒng)控制，以提高機(jī)組的熱效率為途徑，達(dá)到提高發(fā)

10、電效率，節(jié)約能源的目的。1.2超超臨界火電機(jī)組控制技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀國(guó)外的超超臨界機(jī)組技術(shù)從二十一世紀(jì)初開(kāi)始便已比較完善，國(guó)內(nèi)的相關(guān)技術(shù)雖然起步比較晚，但通過(guò)進(jìn)口大型機(jī)組等方式研究掌握了部分世界上的先進(jìn)技術(shù)。在研究的早期，由于資金的緊缺與國(guó)際上對(duì)于超超臨界先進(jìn)技術(shù)的壟斷，國(guó)內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)與高等院校雖然雖然在一些小型工業(yè)裝置上取得了一定的成果，但對(duì)于大規(guī)模的實(shí)用性機(jī)組一直沒(méi)能攻破技術(shù)難關(guān)。如今，在國(guó)內(nèi)幾大能源巨頭企業(yè)的牽頭下，國(guó)內(nèi)積極引進(jìn)世界先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合國(guó)內(nèi)以煤炭為主要能源的背景，努力把發(fā)電效率提高到45%左右的水平，緊跟世界上43%47%凈效率的超臨界、超超臨界發(fā)電機(jī)組。截止到2009年，我國(guó)已有2

11、3臺(tái)超超臨界機(jī)組投產(chǎn)，其中1000MW級(jí)13臺(tái)，600MW級(jí)10臺(tái)，占火電裝機(jī)容量的18%。另外，還有一批超超臨界機(jī)組正在建設(shè)。超超臨界機(jī)組將成為今后火電機(jī)組發(fā)展的重點(diǎn)方向。1.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容本論文主要對(duì)超超臨界火電機(jī)組的工作原理和對(duì)象特性進(jìn)行介紹和分析，在分析了超超臨界火電機(jī)組的各種控制要求和影響因素的基礎(chǔ)上，總結(jié)和歸納出系統(tǒng)的主要控制目標(biāo)，并根據(jù)控制目標(biāo)建立機(jī)組燃燒系統(tǒng)比較符合實(shí)際的數(shù)學(xué)模型。并對(duì)超超臨界火電機(jī)組燃燒系統(tǒng)常規(guī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行介紹和分析，提出改進(jìn)的過(guò)程控制方案。設(shè)計(jì)好此方案后，采用MATLAB屬下的Simulink集成化仿真軟件驗(yàn)證所設(shè)計(jì)控制方案的有效性。第二章

12、超超臨界火電機(jī)組燃燒控制系統(tǒng)概述2.1 機(jī)組工藝流程簡(jiǎn)述圖1為一間典型的1000MW超超臨界鍋爐電廠的構(gòu)成框圖。 圖1 1000MW超超臨界電廠構(gòu)成這間電廠使用了三個(gè)省煤器來(lái)控制經(jīng)由給水系統(tǒng)進(jìn)入鍋爐的水的溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值。用了兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)和兩臺(tái)主風(fēng)機(jī)來(lái)為空氣預(yù)熱器提供空氣?？諝忸A(yù)熱器把加熱完畢的熱空氣輸入研磨機(jī)、燃燒器和鍋爐中。而主風(fēng)機(jī)也把冷空氣輸入研磨機(jī)中。燃料（煤）通過(guò)研磨機(jī)研磨成粉末，再?gòu)娜紵魅紵髮崃枯斎氲藉仩t當(dāng)中。通過(guò)控制兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)把爐內(nèi)壓力控制在預(yù)設(shè)值。水冷壁成垂直螺旋形包圍鍋爐。鍋爐所輸出的煙氣分別通過(guò)過(guò)熱器、再熱器、節(jié)約裝置和空氣預(yù)熱器作用于鍋爐內(nèi)各需要熱量的裝置中，以鍋爐內(nèi)提

13、高蒸汽、水和空氣的溫度。在鍋爐的頂部有一個(gè)分離器，其主要作用為給主過(guò)熱器提供高壓蒸汽以及減少蒸汽中的雜質(zhì)。過(guò)熱器由4部分組成，分別是主過(guò)熱器、分級(jí)過(guò)熱器、屏式過(guò)熱器和末級(jí)過(guò)熱器。蒸汽在經(jīng)過(guò)高壓渦輪后被再熱器系統(tǒng)的主再熱器和末級(jí)再熱器重新加熱。最后，蒸汽輸入一個(gè)由高壓渦輪、中壓渦輪、低壓渦輪三部分組成的復(fù)合三重渦輪機(jī)中，推動(dòng)渦輪的運(yùn)轉(zhuǎn)，生成電力。超超臨界機(jī)組的燃燒控制系統(tǒng)主要包括研磨系統(tǒng)、燃燒器等各子系統(tǒng)的的控制，燃燒系統(tǒng)推動(dòng)了鍋爐內(nèi)主要設(shè)備的運(yùn)行，其由給煤機(jī)、磨煤機(jī)、輕油系統(tǒng)、三大風(fēng)機(jī)、實(shí)現(xiàn)燃燒的爐膛等組成。燃燒控制系統(tǒng)對(duì)這些設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行有效的控制，是鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的保證。2.2機(jī)組燃燒過(guò)

14、程控制系統(tǒng)任務(wù)鍋爐燃燒過(guò)程實(shí)際上是把燃料內(nèi)的化學(xué)能通過(guò)燃燒進(jìn)行能量釋放的過(guò)程。一間典型的超超臨界電廠的基本工作原理是用燃燒燃料所釋放的熱量對(duì)電廠的給水進(jìn)行加熱形成水蒸汽，水蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)做工實(shí)現(xiàn)發(fā)電?？梢?jiàn)，燃料的燃燒過(guò)程是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵一步。燃燒控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是保證燃料燃燒提供的熱量和蒸汽負(fù)荷需求的能量相平衡，同時(shí)保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。一臺(tái)超超臨界機(jī)組的具體燃燒控制任務(wù)，受該機(jī)組鍋爐的運(yùn)行方式、燃料種類、燃燒設(shè)備等因素影響，因此所需的控制方案不盡相同。但就一般來(lái)說(shuō)，機(jī)組燃燒控制系統(tǒng)的控制任務(wù)可概括為以下幾點(diǎn)：（1） 滿足機(jī)組負(fù)荷需求，維持主汽壓在允許范圍機(jī)組靠燃料燃燒提供能量輸入，所

15、以燃燒控制系統(tǒng)響應(yīng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的負(fù)荷指令所需的時(shí)間越短越好。機(jī)組主汽壓的變化是對(duì)鍋爐與汽輪機(jī)之間的能量需求平衡關(guān)系的反映。維持主汽壓在一定范圍內(nèi)變化，就保證了熱量供給與蒸汽負(fù)荷的平衡。通過(guò)對(duì)進(jìn)入爐膛的燃料量的控制來(lái)控制主汽壓的數(shù)值，是滿足機(jī)組能量平衡的主要控制手段。（2） 保證燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性，減少對(duì)環(huán)境的污染在保證鍋爐、汽輪機(jī)能量需求平衡的前提下，燃燒控制系統(tǒng)的另一任務(wù)就是提高燃燒的經(jīng)濟(jì)效益，減少環(huán)境污染。即在改變?nèi)剂狭康耐瑫r(shí)，及時(shí)對(duì)送風(fēng)量進(jìn)行控制，保證充分燃燒，提高燃料的燃燒率，盡量令燃料得到充分地燃燒。煙氣的含氧量系數(shù)是衡量燃燒經(jīng)濟(jì)程度的一種指標(biāo)。根據(jù)不同的燃料，有一個(gè)相應(yīng)的最高效率區(qū)。

16、當(dāng)過(guò)大時(shí)，爐膛溫度降低，排煙損失增大。當(dāng)過(guò)小時(shí)，燃料不能充分燃燒，導(dǎo)致燃料的浪費(fèi)。所以，經(jīng)測(cè)量計(jì)算實(shí)驗(yàn)等手段后得出的最佳值，并推算出對(duì)應(yīng)其所需的同時(shí)輸入空氣與燃料的風(fēng)煤比例。保持合適的風(fēng)煤比例是保證經(jīng)濟(jì)燃燒并減少污染的基本措施。鍋爐運(yùn)行中仍然存在很多其他不確定因素，如測(cè)量信號(hào)不準(zhǔn)確、燃料品質(zhì)變化、鍋爐負(fù)荷變化等，因此僅采用控制送風(fēng)量和煤的比例是不夠的。煙氣中各成分如O2、CO、CO2等也上可以反映燃料燃燒的情況，但對(duì)燃料燃燒率影響的反映不如那么明顯。因此，常用來(lái)作為一種直接衡量經(jīng)濟(jì)燃燒的指標(biāo)，用含氧量信號(hào)對(duì)風(fēng)煤比例控制加以校正。至于其他變化可以看作擾動(dòng)，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中設(shè)法消除。（3） 維持爐膛

17、壓力穩(wěn)定電站鍋爐燃燒過(guò)程基本都為負(fù)壓運(yùn)行方式，維持爐膛負(fù)壓的主要目的是保證運(yùn)行人員和設(shè)備安全。若爐膛出現(xiàn)正壓時(shí)，爐內(nèi)火焰和煙氣會(huì)從爐膛內(nèi)噴出，不僅危及運(yùn)行人員和設(shè)備安全，還會(huì)污染環(huán)境。若爐膛負(fù)壓過(guò)大時(shí)，又會(huì)造成大量冷空氣進(jìn)入爐膛，影響燃燒的經(jīng)濟(jì)性。因此，需要將爐膛內(nèi)的壓力維持在一個(gè)安全穩(wěn)定的區(qū)間。一般采用引風(fēng)量來(lái)控制爐膛壓力,維持爐膛壓力在一個(gè)穩(wěn)定值。鍋爐燃燒控制的三項(xiàng)主要任務(wù)間既有聯(lián)系，又有一定的獨(dú)立性。2.3機(jī)組燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)組成與特點(diǎn)燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)的組成與許多因素有關(guān)，例如鍋爐的運(yùn)行方式、鍋爐結(jié)構(gòu)形式、制粉系統(tǒng)及磨煤機(jī)的類別等。但無(wú)論哪種情況，燃燒控制系統(tǒng)的組成應(yīng)符合一個(gè)總原則，即當(dāng)

18、控制變量發(fā)生變化時(shí)，燃料量、送風(fēng)量及給水量應(yīng)同時(shí)相應(yīng)地成比例改變，以迅速適應(yīng)符合改變的要求，令燃燒系統(tǒng)重新回歸穩(wěn)態(tài)，同時(shí)維持主汽壓、過(guò)?？諝庀禂?shù)、爐膛負(fù)壓穩(wěn)定在安全范圍之內(nèi)，不至于偏離其給定值過(guò)大。穩(wěn)態(tài)時(shí)，保持各被調(diào)量等于其給定值。當(dāng)某調(diào)節(jié)量出現(xiàn)自發(fā)性變化時(shí)，應(yīng)能迅速消除其帶來(lái)的一系列不利影響，將系統(tǒng)的波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響降低。因此，燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)一般分為三個(gè)子系統(tǒng)，分別為：燃料量控制系統(tǒng)、送風(fēng)量控制系統(tǒng)、給水量控制系統(tǒng)。這三個(gè)系統(tǒng)分別對(duì)應(yīng)燃燒調(diào)節(jié)對(duì)象的三個(gè)控制變量（燃料量B、送風(fēng)量V、給水量W）和三個(gè)被控量（主蒸汽壓力Pt、煙氣含氧量系數(shù)、微過(guò)熱蒸汽溫度T）。具體關(guān)系如圖2所示。圖2 燃燒

19、過(guò)程控制子系統(tǒng)當(dāng)然，三個(gè)控制變量和三個(gè)被控量之間還有其他多種組合方式，但圖2中的組合方式最為常見(jiàn)。從燃燒控制系統(tǒng)的組成中我們可以總結(jié)出它的幾個(gè)特點(diǎn)：（1） 由于超超臨界機(jī)組中的鍋爐是一個(gè)多輸入、多輸出的被控對(duì)象，所以，在不同的運(yùn)行情況下，其加熱部分、蒸發(fā)部分和過(guò)熱部分之間的界限不是一成不變的，有些情況下，這個(gè)界限甚至?xí)l(fā)生連續(xù)的波動(dòng)。因此，為了保持機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下鍋爐中各部分的溫度、濕度等參數(shù)維持在規(guī)定的范圍以內(nèi)，要求燃燒控制系統(tǒng)嚴(yán)格保持其三大子系統(tǒng)之間的平衡關(guān)系。這種平衡不僅要再穩(wěn)態(tài)的情況下，在動(dòng)態(tài)的情況下更應(yīng)如此。（2） 由于如今為了提高機(jī)組的發(fā)電效率，以應(yīng)對(duì)國(guó)內(nèi)越來(lái)越重的用電需求，對(duì)機(jī)組在

20、控制循環(huán)過(guò)程中的控制速度要求越來(lái)越高，控制系統(tǒng)必須快速對(duì)各變量產(chǎn)生的變化做出相應(yīng)的反應(yīng)，比以前更加具有實(shí)時(shí)性。換句話說(shuō)，控制要求的響應(yīng)時(shí)間必須越來(lái)越短。（3） 由于超超臨界機(jī)組一般為直流機(jī)組，所以燃燒系統(tǒng)的三大子系統(tǒng)之間相互關(guān)聯(lián)性比較強(qiáng)，所以在控制某一個(gè)控制變量的改變時(shí)，除了關(guān)注其對(duì)應(yīng)的被控量變化，還需要留意其對(duì)其他被控量的影響。在之后的燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要留意通過(guò)對(duì)各控制變量之間的解耦等辦法來(lái)減少個(gè)控制變量之間的相互干擾。綜上所述，超超臨界機(jī)組燃燒控制系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)燃燒控制系統(tǒng)具有控制過(guò)程穩(wěn)定安全、系統(tǒng)實(shí)時(shí)性高、響應(yīng)速度快、耦合性強(qiáng)等特點(diǎn)。第三章 超超臨界火電機(jī)組燃燒控制方案設(shè)計(jì)3.1

21、常規(guī)控制方案由上文可知，燃燒控制系統(tǒng)可看作一個(gè)三輸入三輸出的多變量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。但是，由于汽機(jī)閥門開(kāi)度對(duì)中間點(diǎn)溫度的影響很小，可以忽略其影響。因此，系統(tǒng)可以看成為一個(gè)主要研究鍋爐燃水比的控制系統(tǒng)，從而簡(jiǎn)化為一個(gè)雙輸入雙輸出的模型，建模后如圖3所示。圖3 鍋爐燃水比控制框圖圖中W為給水量，B為燃料量，T為微過(guò)熱蒸汽溫度，PT為主蒸汽壓力。此為一個(gè)典型電廠燃燒控制系統(tǒng)，但由圖可見(jiàn)，這是一個(gè)典型的雙輸入雙輸出開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，兩個(gè)輸入量W、B會(huì)互相影響，相互干擾，從而引起輸出量的偏差，而且系統(tǒng)沒(méi)有考慮到輸出量的反饋干擾能力，抗干擾能力也不是十分好。此系統(tǒng)長(zhǎng)久運(yùn)行下去不僅影響電廠的發(fā)電效率，還可能造成安全事故，與

22、超超臨界機(jī)組對(duì)響應(yīng)速度和響應(yīng)質(zhì)量的要求不符，因此需要對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。3.2改進(jìn)控制方案由于兩個(gè)輸入量間穩(wěn)態(tài)關(guān)聯(lián)比較嚴(yán)重，且動(dòng)態(tài)特性相近，所以需要采用解耦的辦法來(lái)減少它們之間的關(guān)聯(lián)。本文采用前饋補(bǔ)償法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行解耦，具體的控制框圖如圖4所示。圖4 改進(jìn)的燃燒控制系統(tǒng)Gc1(s)和Gc2(s)為兩個(gè)PID調(diào)節(jié)函數(shù)，將兩系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)處理，通過(guò)PID控制器將兩個(gè)輸入量的誤差調(diào)節(jié)到允許的范圍，同時(shí)減少?gòu)妮敵隽糠较蚍答伒母蓴_對(duì)系統(tǒng)后續(xù)部分的影響，調(diào)節(jié)后的輸入量分別為W和B。隨后，通過(guò)前饋解耦使T與B無(wú)關(guān)聯(lián)，PT與W無(wú)關(guān)聯(lián)，從而減少兩輸入量之間的相互干擾現(xiàn)象。改進(jìn)后的控制系統(tǒng)通過(guò)前饋解耦減少了兩個(gè)輸入量之

23、間的相互干擾，對(duì)在輸出端造成的擾動(dòng)對(duì)輸入量的反饋干擾效果也能很好的預(yù)防和減弱，從而減少的系統(tǒng)的誤差。因此，由于輸出數(shù)據(jù)的前期波動(dòng)程度較弱，波動(dòng)時(shí)間較短，系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間得以提高。在系統(tǒng)開(kāi)機(jī)時(shí)，能很快達(dá)到穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，當(dāng)干擾來(lái)臨時(shí)，系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力也大大提高了，從而令機(jī)組的工作效率提高了。前幾年在江蘇落成的國(guó)電泰州電廠使用的是典型的1000MW超超臨界機(jī)組，通過(guò)從網(wǎng)上查閱相關(guān)資料后，使用其在80%負(fù)荷的工況下的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。將相關(guān)數(shù)據(jù)輸入MATLAB并化簡(jiǎn)后，得出在80%負(fù)荷工況下控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型傳遞函數(shù)為： （3-1） 另外根據(jù)相關(guān)知識(shí)： (3-2)第四章 控制方案仿真驗(yàn)證4.1

24、MATLAB簡(jiǎn)介MATLAB是目前國(guó)際上最流行、應(yīng)用最廣泛的科學(xué)與工程計(jì)算軟件，也是國(guó)內(nèi)外高校和研究部門進(jìn)行科學(xué)研究的重要工具。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門，MATLAB被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、函數(shù)計(jì)算和解決各種具體問(wèn)題。對(duì)于廣大的工科類大學(xué)生來(lái)說(shuō)，熟悉MATLAB，掌握MATLAB的基本應(yīng)用方法并能夠用MATLAB來(lái)解決本專業(yè)的問(wèn)題，是非常有意義的。在本人大學(xué)四年的本科學(xué)習(xí)中也曾有多次涉及MATLAB及其相關(guān)軟件的學(xué)習(xí)任務(wù)。MATLAB是由美國(guó)The MathWorks公司于1984年推出的一種科學(xué)工程計(jì)算語(yǔ)言，它被廣泛運(yùn)用于自動(dòng)控制、數(shù)學(xué)運(yùn)算、信號(hào)分析、計(jì)算機(jī)技術(shù)等各種技術(shù)類行業(yè)和領(lǐng)域。發(fā)展到今

25、年，MATLAB作為同類軟件中的龍頭，有其獨(dú)樹(shù)一幟的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。（1） 簡(jiǎn)單易用的程序語(yǔ)言。盡管MATLAB是一門編程語(yǔ)言，但與其他語(yǔ)言（如C語(yǔ)言）相比，其不需要定義變量和數(shù)組，所以人機(jī)協(xié)調(diào)程度更好，使用更加方便，并具有靈活性和智能化的特點(diǎn)。用戶只要具有一般的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言基礎(chǔ)，就可以很快掌握它。（2） 代碼短小高效。MATLAB程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言集成度高，語(yǔ)言簡(jiǎn)潔。對(duì)于用C/C+等語(yǔ)言編寫(xiě)的數(shù)百條語(yǔ)句，若使用MATLAB編寫(xiě)，則只需幾條或幾十條就能解決問(wèn)題，因此用戶并不需要話費(fèi)大量時(shí)間死記上百種指令語(yǔ)句，就可以輕松地編出一條完勝的程序。而且程序可靠性高，易于維護(hù)，可以大大提高解決問(wèn)題的效率與水平。（3

26、） 功能豐富，可擴(kuò)展性強(qiáng)。MATLAB軟件包括基本部分和專業(yè)擴(kuò)展部分?；静糠职ň仃囘\(yùn)算、各種變換、代數(shù)求解等滿足各種一般科學(xué)計(jì)算的需要的功能。專業(yè)擴(kuò)展部分用于解決某一領(lǐng)域的專業(yè)問(wèn)題。MATLAB大量的實(shí)用功能可以滿足各種不同的專業(yè)研究方向和工程需求的用戶。（4） 出色的圖形處理能力。MATLAB提供了豐富的圖形表達(dá)函數(shù)，可以獎(jiǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果以圖形的形式表示出來(lái)，并可以繪制各種難以表達(dá)的函數(shù)曲線。使用戶只需要簡(jiǎn)單地輸入函數(shù)的表達(dá)式即可方便快捷地獲得函數(shù)的圖像。（5） 強(qiáng)大的系統(tǒng)仿真功能。應(yīng)用MATLAB屬下的Simulink軟件包提供面向框圖的建模與仿真功能，用戶即使不編程，也可以直接很

27、容易地構(gòu)建系統(tǒng)的仿真模型，準(zhǔn)確地進(jìn)行仿真分析。這讓一些對(duì)編程并不十分熟悉的用戶也可以只通過(guò)使用運(yùn)用選擇拖動(dòng)來(lái)完成相應(yīng)數(shù)學(xué)模型的建立。作為MATLAB屬下一項(xiàng)非常重要的功能，Simulink的出現(xiàn)為MATLAB的應(yīng)用拓寬了空間。下面，本文要在Simulink工作環(huán)境下對(duì)上文提出的超超臨界機(jī)組燃燒過(guò)程控制模型進(jìn)行仿真。4.2控制方案的Simulink仿真驗(yàn)證首先，在Simulink環(huán)境下完成對(duì)圖3的建模，如圖5所示。圖5 一般的燃燒控制系統(tǒng)的Simulink仿真將式（3-1）中的數(shù)據(jù)輸入Simulink中，運(yùn)行后可從示波器中得到T和PT的波形圖，分別為圖6、圖7所示。圖6一般燃燒系統(tǒng)微過(guò)熱蒸汽溫度

28、（T）輸出波形圖7 一般燃燒系統(tǒng)主蒸汽壓力（PT）輸出波形隨后，在Simulink環(huán)境下完成對(duì)圖4的建模，如圖8所示。圖8 改進(jìn)的燃燒控制系統(tǒng)的Simulink仿真輸入信號(hào)選用兩個(gè)單位階躍信號(hào)，根據(jù)運(yùn)算可以求出，PID控制器1的比例增益為40.22，PID控制器2的比例增益為-50.93；兩控制器的積分系數(shù)分別為和；兩控制器的微分系數(shù)可忽略不計(jì)。為了運(yùn)算方便，首先對(duì)式（3-1）進(jìn)行最小二乘法擬合，得出相應(yīng)的一階加純滯后模型。原對(duì)象為式（4-1），擬合模型為式（4-2） （4-1） （4-2）將式（4-2）所計(jì)算出的數(shù)據(jù)代入式（3-2）中，可以算出D12和D21，輸入數(shù)學(xué)模型中。運(yùn)行Simulink，在示波器中得出的T和PT波形圖分別如圖9、圖10所示。圖9 改進(jìn)燃燒系統(tǒng)微過(guò)熱蒸汽溫度（T）輸出波形圖10 改進(jìn)燃燒系統(tǒng)主蒸汽壓力（PT）輸出波形結(jié)論將圖6與圖9，圖7與圖10分別對(duì)比后可以發(fā)現(xiàn)，以下幾點(diǎn)：一、 改進(jìn)后的燃燒控制系統(tǒng)兩輸出量的振蕩時(shí)間變短了，這說(shuō)明系統(tǒng)改進(jìn)后響應(yīng)時(shí)間更短。二、 改進(jìn)后的燃燒控制系統(tǒng)兩輸出量穩(wěn)定后的輸出量比改進(jìn)前更加接近理想的輸出值，這說(shuō)明了通過(guò)將系統(tǒng)閉環(huán)并增加PID控制后系統(tǒng)的誤差減少了。三、 改進(jìn)后的系統(tǒng)超調(diào)量有大