华北电力大学过程控制课设报告.doc

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华北电力大学过程控制课设报告

课程设计(综合实验)报告 ( 2014 -- 2015 年度第 2学期) 名 称: 过程控制技术与系统课程设计 题 目: 汽包锅炉三冲量给水控制系统设计 院 系: 控制与计算机工程学院 班 级: 自动化 学 号: 学生姓名: 指导教师: 设计周数: 一 周 成 绩: 日期:年 月 日 一、控制系统的基本任务和要求 汽包水位是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标,水位过高会导致蒸汽带水进入过热器,并在过热管内结垢,影响传热效率,严重的将引起过热器爆管;水位过低又将破坏部分水冷壁的水循环引起水冷壁局部过热而爆管。高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大,而汽包的体积相对来说较小,水位的时间常数很小。大容量锅炉若给水不及时,数秒之内就可能达到危险水位,所以锅炉汽包水位的控制显得非常重要。因此,必须采取有效、精确的自动调节,严格控制汽包水位在规定范围内。 影响汽包水位变化的因素很多,如燃煤量、给水量和蒸汽流量。燃煤量对水位变化的影响是比较缓慢的,容易克服。因此,主要考虑给水量和蒸汽流量对水位的影响。本设计的主要任务即是保证给水流量W和主蒸汽流量D保持平衡,维持汽包水位H在较小范围内波动。? 二、被控对象动态特性分析 做各种主要影响因素的阶跃扰动,记录并分析汽包水位的响应曲线 给水扰动 Simulink中系统连接图如下: 运行结果如下: 由被控对象在给水量扰动下的水位阶跃响应曲线,可以看出该被控对象无自平衡能力,且有较大的迟延,可近似的看作积分环节和迟延环节的串联,因此应采用串级控制,将给水流量的扰动消除在采用带比例作用的副调节回路中,以保证系统的稳定性。 蒸汽流量扰动 Simulink中系统连接图如下: 运行结果如下: 由仿真结果看出对象在蒸发量D扰动下,水位阶跃反应曲线有一段上升的过程,表现有“虚假水位”现象,(出现虚假水位现象的原因:当负荷突然增加,蒸汽流量增加,汽包的压强变小,导致水气化,导致水位升高,同样的,当负荷突然减小,蒸汽流量减小,汽包的压强变大,导致水中气泡液化,水位降低,这两种情况都会出现虚假水位现象。)这种现象的反应速度比内扰快,为了克服“虚假水位”现象对控制系统的不利影响,应考虑引入蒸汽流量的补偿信号。 通过上述对被控对象的动态特性分析,确定采用串级前馈三冲量控制系统: 1) 因为串级系统可以有效克服二次干扰,尤其是本系统是有纯迟延环节,可以有效提高系统的快速性和准确性,改善了系统的动态特性,此外,串级系统对负荷的变化有一定的自适应能力。 2) 通过静态前馈环节的加入,也可以有效改善负荷变化(蒸汽流量变化)带来的“虚假水位”现象,当蒸汽流量D突然阶跃增加,由于虚假水位现象会使水位增加,错误地使调节机构减小给水量,但引入前馈后,D的增加通过副回路的比例作用又使得调节机构增加给水量,所以通过合适的参数整定,将会有效克服“虚假水位”现象。 三、系统框图、控制系统流程图及SAMA图 系统框图: 工艺流程图: 系统SAMA图: 四、控制系统的仿真及参数整定 副回路的整定 副回路的主要作用是消除二次扰动即给水阀的扰动,要求副回路的快速性和稳定性,保证给水流量的稳定。整定时,断开主回路,把副回路看成是一个单回路,并采用比例调节控制。并取 副回路的MATLAB仿真如下: 为了防止比例增益太大,影响到系统稳定性,所以规定偏差的范围:, 则 这里取,仿真结果如下: 从仿真结果可以看出,输出可以快速跟随输入,且稳态误差很小,可以满足内回路快速 准确的要求。 主回路的整定 整定主回路时,可以把副回路的整体看成一个比例环节,用衰减曲线法整定主回路。 主回路MATLAB仿真如下: 这时采用衰减曲线法进行主回路的参数整定,当衰减率达到10:1时,仿真结果如 下图,且KP=0.91,TR=61.9 由图可获取参数,并有查表按公式计算等效主调节器的整定参数为KP=0.76,TI=0.00614 值的确定 在串级三冲量给水控制系统中,水位偏差完全由主调节器来校正,使静态水位值总是等于给定值。因此,就不要求送到副调节器的蒸汽流量信号等于给水流量信号,所以前馈装置的传递函数选择将不受静态特性误差条件的限制。而根据锅炉虚假水位的严重情况来确定,从而改

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