華北電力大學(xué)過(guò)程控制課設(shè)報(bào)告

..課程設(shè)計(jì)<綜合實(shí)驗(yàn)>報(bào)告<2014--2015年度第2學(xué)期>名稱：過(guò)程控制技術(shù)與系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)題目：汽包鍋爐三沖量給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系：控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院班級(jí)：自動(dòng)化學(xué)號(hào)：學(xué)生__指導(dǎo)設(shè)計(jì)周數(shù)：一周成績(jī)：日期：年月日一、控制系統(tǒng)的基本任務(wù)和要求汽包水位是工業(yè)蒸汽鍋爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo),水位過(guò)高會(huì)導(dǎo)致蒸汽帶水進(jìn)入過(guò)熱器,并在過(guò)熱管內(nèi)結(jié)垢,影響傳熱效率,嚴(yán)重的將引起過(guò)熱器爆管；水位過(guò)低又將破壞部分水冷壁的水循環(huán)引起水冷壁局部過(guò)熱而爆管。高性能的鍋爐產(chǎn)生的蒸汽流量很大,而汽包的體積相對(duì)來(lái)說(shuō)較小,水位的時(shí)間常數(shù)很小。大容量鍋爐若給水不及時(shí),數(shù)秒之內(nèi)就可能達(dá)到危險(xiǎn)水位,所以鍋爐汽包水位的控制顯得非常重要。因此,必須采取有效、精確的自動(dòng)調(diào)節(jié),嚴(yán)格控制汽包水位在規(guī)定范圍內(nèi)。影響汽包水位變化的因素很多,如燃煤量、給水量和蒸汽流量。燃煤量對(duì)水位變化的影響是比較緩慢的,容易克服。因此,主要考慮給水量和蒸汽流量對(duì)水位的影響。本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)即是保證給水流量W和主蒸汽流量D保持平衡,維持汽包水位H在較小范圍內(nèi)波動(dòng)。二、被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性分析做各種主要影響因素的階躍擾動(dòng),記錄并分析汽包水位的響應(yīng)曲線給水?dāng)_動(dòng)Simulink中系統(tǒng)連接圖如下：運(yùn)行結(jié)果如下：由被控對(duì)象在給水量擾動(dòng)下的水位階躍響應(yīng)曲線,可以看出該被控對(duì)象無(wú)自平衡能力,且有較大的遲延,可近似的看作積分環(huán)節(jié)和遲延環(huán)節(jié)的串聯(lián),因此應(yīng)采用串級(jí)控制,將給水流量的擾動(dòng)消除在采用帶比例作用的副調(diào)節(jié)回路中,以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。蒸汽流量擾動(dòng)Simulink中系統(tǒng)連接圖如下：運(yùn)行結(jié)果如下：由仿真結(jié)果看出對(duì)象在蒸發(fā)量D擾動(dòng)下,水位階躍反應(yīng)曲線有一段上升的過(guò)程,表現(xiàn)有"虛假水位"現(xiàn)象,<出現(xiàn)虛假水位現(xiàn)象的原因：當(dāng)負(fù)荷突然增加,蒸汽流量增加,汽包的壓強(qiáng)變小,導(dǎo)致水氣化,導(dǎo)致水位升高,同樣的,當(dāng)負(fù)荷突然減小,蒸汽流量減小,汽包的壓強(qiáng)變大,導(dǎo)致水中氣泡液化,水位降低,這兩種情況都會(huì)出現(xiàn)虛假水位現(xiàn)象。>這種現(xiàn)象的反應(yīng)速度比內(nèi)擾快,為了克服"虛假水位"現(xiàn)象對(duì)控制系統(tǒng)的不利影響,應(yīng)考慮引入蒸汽流量的補(bǔ)償信號(hào)。通過(guò)上述對(duì)被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性分析,確定采用串級(jí)前饋三沖量控制系統(tǒng)：1>因?yàn)榇?jí)系統(tǒng)可以有效克服二次干擾,尤其是本系統(tǒng)是有純遲延環(huán)節(jié),可以有效提高系統(tǒng)的快速性和準(zhǔn)確性,改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性,此外,串級(jí)系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷的變化有一定的自適應(yīng)能力。2>通過(guò)靜態(tài)前饋環(huán)節(jié)的加入,也可以有效改善負(fù)荷變化〔蒸汽流量變化帶來(lái)的"虛假水位"現(xiàn)象,當(dāng)蒸汽流量D突然階躍增加,由于虛假水位現(xiàn)象會(huì)使水位增加,錯(cuò)誤地使調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)減小給水量,但引入前饋后,D的增加通過(guò)副回路的比例作用又使得調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)增加給水量,所以通過(guò)合適的參數(shù)整定,將會(huì)有效克服"虛假水位"現(xiàn)象。三、系統(tǒng)框圖、控制系統(tǒng)流程圖及SAMA圖系統(tǒng)框圖：工藝流程圖：系統(tǒng)SAMA圖：四、控制系統(tǒng)的仿真及參數(shù)整定副回路的整定副回路的主要作用是消除二次擾動(dòng)即給水閥的擾動(dòng),要求副回路的快速性和穩(wěn)定性,保證給水流量的穩(wěn)定。整定時(shí),斷開主回路,把副回路看成是一個(gè)單回路,并采用比例調(diào)節(jié)控制。并取副回路的MATLAB仿真如下：為了防止比例增益太大,影響到系統(tǒng)穩(wěn)定性,所以規(guī)定偏差的范圍：,則這里取,仿真結(jié)果如下:從仿真結(jié)果可以看出,輸出可以快速跟隨輸入,且穩(wěn)態(tài)誤差很小,可以滿足內(nèi)回路快速準(zhǔn)確的要求。主回路的整定整定主回路時(shí),可以把副回路的整體看成一個(gè)比例環(huán)節(jié),用衰減曲線法整定主回路。主回路MATLAB仿真如下：這時(shí)采用衰減曲線法進(jìn)行主回路的參數(shù)整定,當(dāng)衰減率達(dá)到10:1時(shí),仿真結(jié)果如下圖,且KP=0.91,TR=61.9由圖可獲取參數(shù),并有查表按公式計(jì)算等效主調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)為KP=0.76,TI=0.00614值的確定在串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)中,水位偏差完全由主調(diào)節(jié)器來(lái)校正,使靜態(tài)水位值總是等于給定值。因此,就不要求送到副調(diào)節(jié)器的蒸汽流量信號(hào)等于給水流量信號(hào),所以前饋裝置的傳遞函數(shù)選擇將不受靜態(tài)特性誤差條件的限制。而根據(jù)鍋爐虛假水位的嚴(yán)重情況來(lái)確定,從而改善符合擾動(dòng)是控制過(guò)程的質(zhì)量,一般蒸汽流量信號(hào)大于給水流量信號(hào),即,應(yīng)當(dāng)為在靜態(tài)下：。又因?yàn)椋?這里取,則仿真曲線蒸汽流量D階躍擾動(dòng)下汽包水位H的響應(yīng)曲線：給水流量W階躍擾動(dòng)下汽包水位H的響應(yīng)曲線：五、設(shè)計(jì)總結(jié)此次課程設(shè)計(jì)的題目是汽包水位的控制系統(tǒng),三沖量控制系統(tǒng)利用給水流量、蒸汽流量和水位三個(gè)參數(shù)進(jìn)行液面控制。該系統(tǒng)中汽包水位是主沖量信號(hào),給水流量、蒸汽流量是輔助沖量信號(hào),該控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)給水流量和蒸汽流量擾動(dòng)下的仿真實(shí)驗(yàn),能有效地克服虛假水位和給水干擾對(duì)控制系統(tǒng)的影響。從仿真效果可知,串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)對(duì)各種