工業(yè)燃煤鍋爐全過(guò)程自動(dòng)控制的研究

1、工業(yè)鍋爐自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)研究工業(yè)鍋爐自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)研究2011.05.21寧夏理工學(xué)院畢業(yè)答辯論文主要工作論文主要工作v1、課題背景及意義、課題背景及意義v2 、PID控制基本原理控制基本原理 v3、單回路控制系統(tǒng)及前饋、單回路控制系統(tǒng)及前饋-反饋控制系反饋控制系統(tǒng)統(tǒng)v4 、過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)仿真分析、過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)仿真分析2010.05.19寧夏理工學(xué)院畢業(yè)答辯1 課題背景及意義課題背景及意義v目前，我國(guó)大多數(shù)鍋爐的控制設(shè)備簡(jiǎn)陋，控制技術(shù)目前，我國(guó)大多數(shù)鍋爐的控制設(shè)備簡(jiǎn)陋，控制技術(shù)落后，效率低，從而造成了燃料的大量浪費(fèi)，而且落后，效率低，從而造成了燃料的大量浪費(fèi)，而且嚴(yán)重污染空氣，也不利于

2、安全生產(chǎn)。嚴(yán)重污染空氣，也不利于安全生產(chǎn)。v鍋爐控制系統(tǒng)是復(fù)雜的控制系統(tǒng)鍋爐控制系統(tǒng)是復(fù)雜的控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)鍋爐全過(guò)程的實(shí)現(xiàn)鍋爐全過(guò)程的自動(dòng)控制不僅可以提高鍋爐運(yùn)行的效率，而且可以自動(dòng)控制不僅可以提高鍋爐運(yùn)行的效率，而且可以提高鍋爐運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性。從而在實(shí)現(xiàn)在滿提高鍋爐運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性。從而在實(shí)現(xiàn)在滿足工業(yè)生產(chǎn)地同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，減少環(huán)境污足工業(yè)生產(chǎn)地同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，減少環(huán)境污染，也滿足了國(guó)家提倡建設(shè)低碳型城市的要求。染，也滿足了國(guó)家提倡建設(shè)低碳型城市的要求。2010.05.19寧夏理工學(xué)院畢業(yè)答辯2 PID控制基本原理控制基本原理 vPID控制是偏差比控制是偏差比例、偏差積

3、分、偏例、偏差積分、偏差微分控制的簡(jiǎn)稱。差微分控制的簡(jiǎn)稱。在模擬控制系統(tǒng)中在模擬控制系統(tǒng)中,控制的原理框圖如控制的原理框圖如右圖所示：右圖所示：PID控制系統(tǒng)原理框圖 vPID控制器控制器的的控制規(guī)律為：控制規(guī)律為：式中：式中：Kp比例系數(shù)比例系數(shù)Ti積分時(shí)間常數(shù)積分時(shí)間常數(shù)Td微分時(shí)間常數(shù)微分時(shí)間常數(shù)2010.05.19寧夏理工學(xué)院畢業(yè)答辯)()()(1)()(0dttdeTtdteTteKtudtiP2010.05.19寧夏理工學(xué)院畢業(yè)答辯3 單回路控制系統(tǒng)及前饋單回路控制系統(tǒng)及前饋-反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)測(cè)量值e擾動(dòng)f受控變量y操縱變量z控制變量u偏差e設(shè)定值R檢測(cè)變送器 GM(s)受

4、控對(duì)象 GP(s)控制閥 GV(s)控制器 GC(s)(1)、單回路控制系統(tǒng)、單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)是由控制器、控制閥、測(cè)量變送器單回路控制系統(tǒng)是由控制器、控制閥、測(cè)量變送器和受控對(duì)象四部分組成。其結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。單回和受控對(duì)象四部分組成。其結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。單回路的特點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)于簡(jiǎn)單的系統(tǒng)易于控制，用路的特點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)于簡(jiǎn)單的系統(tǒng)易于控制，用于出口溫度要求不高，干擾小，頻率低的小鍋爐。于出口溫度要求不高，干擾小，頻率低的小鍋爐。單回路控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖（2）、前饋）、前饋-反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)在前饋控制的基礎(chǔ)上設(shè)置反饋控制，可以大大簡(jiǎn)化前在前饋控制的基礎(chǔ)上設(shè)置反

5、饋控制，可以大大簡(jiǎn)化前饋控制系統(tǒng)，只須對(duì)影響被控參數(shù)最顯著的干擾進(jìn)行補(bǔ)償饋控制系統(tǒng)，只須對(duì)影響被控參數(shù)最顯著的干擾進(jìn)行補(bǔ)償，而對(duì)其他許多次要的干擾，可依靠反饋予以克服，這樣，而對(duì)其他許多次要的干擾，可依靠反饋予以克服，這樣既保證了精度，又簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。既保證了精度，又簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。2010.05.19寧夏理工學(xué)院畢業(yè)答辯前饋-反饋控制系統(tǒng)方框圖2010.05.19寧夏理工學(xué)院畢業(yè)答辯4 過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)仿真分析過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)仿真分析過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)一般有三種常用控制方過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)一般有三種常用控制方案，有單回路控制、串級(jí)控制、前饋案，有單回路控制、串級(jí)控制、前饋反饋控制方反饋

6、控制方案，在這里我們針對(duì)單回路控制和前饋案，在這里我們針對(duì)單回路控制和前饋反饋控制反饋控制方案進(jìn)行方案進(jìn)行MATLAB仿真，研究?jī)煞N控制方案的控制仿真，研究?jī)煞N控制方案的控制效果。效果。利用利用MATLAB中的中的SIMULINK平臺(tái)組建的平臺(tái)組建的PID過(guò)熱蒸汽溫度控制方案比較的控制系統(tǒng)方框圖如圖過(guò)熱蒸汽溫度控制方案比較的控制系統(tǒng)方框圖如圖3.13所示：所示： v（1）、）、單回路控制方案單回路控制方案單回路控制系統(tǒng)由控制器、控制閥、測(cè)量變送單回路控制系統(tǒng)由控制器、控制閥、測(cè)量變送器和受控對(duì)象四部分組成。器和受控對(duì)象四部分組成。過(guò)熱蒸汽溫度單回路控制系統(tǒng)實(shí)物控制原理圖過(guò)熱蒸汽溫度單回路控制系

7、統(tǒng)實(shí)物控制原理圖。2010.05.19寧夏理工學(xué)院畢業(yè)答辯單回路控制原理框圖v（2） 、前饋控制方案前饋控制方案前饋控制系統(tǒng)就是一種直接根據(jù)所產(chǎn)生被控變前饋控制系統(tǒng)就是一種直接根據(jù)所產(chǎn)生被控變量參數(shù)變化的原因進(jìn)行控制的系統(tǒng)，它通過(guò)前饋調(diào)量參數(shù)變化的原因進(jìn)行控制的系統(tǒng)，它通過(guò)前饋調(diào)節(jié)器來(lái)補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)被控參數(shù)的影響。節(jié)器來(lái)補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)被控參數(shù)的影響。2010.05.19寧夏理工學(xué)院畢業(yè)答辯前饋控制的結(jié)構(gòu)框圖 進(jìn)行仿真過(guò)程中，各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型如下：進(jìn)行仿真過(guò)程中，各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型如下：過(guò)熱蒸汽溫度模型：過(guò)熱蒸汽溫度模型： 過(guò)熱器出口蒸汽溫度模型：過(guò)熱器出口蒸汽溫度模型： 蒸汽壓力模型：蒸汽壓力模型：

8、 蒸汽壓力變送器模型：蒸汽壓力變送器模型： 2010.05.19寧夏理工學(xué)院畢業(yè)答辯5 . 02_1431essGg+=131+=sGc121+=sGp1213+=ssGb2010.05.19寧夏理工學(xué)院畢業(yè)答辯v過(guò)熱蒸汽溫度單回路控制系統(tǒng)仿真過(guò)熱蒸汽溫度單回路控制系統(tǒng)仿真利用利用MATLAB中的中的SIMULINK平臺(tái)組建的平臺(tái)組建的PID過(guò)熱蒸汽溫度單回路控制方案的控制系統(tǒng)方框圖如過(guò)熱蒸汽溫度單回路控制方案的控制系統(tǒng)方框圖如圖所示：圖所示：過(guò)熱蒸汽溫度單回路控制2010.05.19寧夏理工學(xué)院畢業(yè)答辯經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，得經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，得PID控制器的控制參數(shù)為：控制器的控制參數(shù)為：Kp=1.7

9、2；Ki=0.24；Kd=3.8；滯后時(shí)間常數(shù)為；滯后時(shí)間常數(shù)為0.5；在在200s時(shí)加干擾信號(hào)得到控制的仿真曲線如圖所示時(shí)加干擾信號(hào)得到控制的仿真曲線如圖所示。過(guò)熱蒸汽溫度單回路控制曲線2010.05.19寧夏理工學(xué)院畢業(yè)答辯v過(guò)熱蒸汽溫度前饋過(guò)熱蒸汽溫度前饋反饋控制系統(tǒng)仿真：反饋控制系統(tǒng)仿真：利用利用MATLAB中的中的SIMULINK平臺(tái)組建的平臺(tái)組建的PID過(guò)熱蒸汽溫度前饋過(guò)熱蒸汽溫度前饋反饋控制方案的控制系統(tǒng)方框反饋控制方案的控制系統(tǒng)方框圖如圖所示。圖如圖所示。過(guò)熱蒸汽溫度前饋反饋控制2010.05.19寧夏理工學(xué)院畢業(yè)答辯經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，得經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，得PID控制器的控制參數(shù)為：控

10、制器的控制參數(shù)為：Kp=3.6；Ki=1.2；Kd=0.15；滯后時(shí)間常數(shù)為；滯后時(shí)間常數(shù)為0.5；在；在200s時(shí)加干擾得到控制的仿真曲線如圖所示。時(shí)加干擾得到控制的仿真曲線如圖所示。過(guò)熱蒸汽溫度前饋反饋控制曲線2010.05.19寧夏理工學(xué)院畢業(yè)答辯v兩種控制系統(tǒng)方案兩種控制系統(tǒng)方案的的PID控制器的參數(shù)控制器的參數(shù)設(shè)置與上述的兩種設(shè)置與上述的兩種單個(gè)方案的對(duì)應(yīng)單個(gè)方案的對(duì)應(yīng)PID的參數(shù)設(shè)置相同。的參數(shù)設(shè)置相同。滯后時(shí)間常數(shù)都為滯后時(shí)間常數(shù)都為0.5s；在；在50s時(shí)加干時(shí)加干擾得到控制的仿真擾得到控制的仿真曲線如圖曲線如圖3.14所示所示 2010.05.19寧夏理工學(xué)院畢業(yè)答辯v從仿真曲線可以看出，在從仿真曲線可以看出，在PID過(guò)熱蒸汽溫度單回路控過(guò)熱蒸汽溫度單回路控制系統(tǒng)控制下，上升時(shí)間制系統(tǒng)控制下，上升時(shí)間為為15.4s，調(diào)整時(shí)間為，調(diào)整時(shí)間為15.4s，超調(diào)量為，超調(diào)量為0，其干，其干擾波動(dòng)為擾波動(dòng)為6.8%，恢復(fù)時(shí)間，恢復(fù)時(shí)間為為26s。在。在PID過(guò)熱蒸汽溫過(guò)熱蒸汽溫度前饋度前饋反饋控制系統(tǒng)控反饋控制系統(tǒng)控制下，上升時(shí)間為制下，上升時(shí)間為5.2s，調(diào)，調(diào)整時(shí)間為整時(shí)間為5.2s，超調(diào)量為，超調(diào)量為0，其干擾波動(dòng)為其干擾波動(dòng)為3.6%，恢復(fù)，恢復(fù)時(shí)間為時(shí)間為7.8s。v通過(guò)仿真曲線對(duì)比得知，通過(guò)仿真曲線對(duì)比