基于Matlab／Simulink锅炉汽包水位控制建模仿真.pdf

第 11卷第 2期 V01．11 No．2 2012年 6月 淮阴师范学院学报 (自然科学) JOURNALOFHUAIYINTEACHERSCOLLEGE (NmuralScience) Jun．20l2 基于 Matlab／Simulink的 锅炉汽包水位控制建模仿真 金 璐 ，陈 勇 (1．南京师范大学 电气与 自动化工程学院，江苏南京 210042； 2．淮阴师范学院物理与电子电气工程学院，江苏 淮安 223300) 摘 要 ：设计 了一种新型的锅炉汽包水位模糊PID控制器 ，分析 了锅炉汽包水位控制系统的 数学模型和模糊 PID控制器的结构、工作原理和作用，并运用Matlab／Simulink对模糊 PID控制 器和常规控制器分别在锅炉汽包水位控制中进行仿真．结果表明，模糊PID控制器设计合理， 控制效果 良好，具有更好的控制特性． 关键词：Matlab；模糊 PID；汽包水位 中图分类号 ：TP272 文献标识码 ：A 文章编号 ：1671—6876(2012)02．015004 O 引言 锅炉是化工、石油、电力等工业部门的重要热源、能源动力设备 ¨j，锅炉控制系统的水平已经成为衡 量锅炉性能的一个重要因素．锅炉控制是一个 比较复杂的控制过程 ，各个环节的工艺参数必须严格控 制，而汽包水位控制系统是锅炉 自动控制系统中最重要的环节，汽包水位是锅炉正常运行的重要参数， 维持汽包水位在一定的范围内变化，是锅炉水位控制的重要任务之一．随着锅炉汽包水位的控制应用领 域的不断扩大，要求控制系统设计简易、成本低廉、控制算法合理、开发周期短，建立锅炉汽包水位控制 系统的仿真模型，可以充分利用计算机仿真的优越性，人为地改变系统的结构、加入不同的扰动和参数 变化，以便考察系统在不同结构和不同工况下的动态特性_2]．本文在分析锅炉汽包水位控制数学模型的 基础上，对通常的运动控制系统仿真模型进行了改进，并借助于Matlab／Simulink强大的仿真建模能力， 建立了锅炉汽包水位控制系统的计算机仿真模型． 1 系统基本原理 锅炉汽包中储水量的变化是由汽包水位决定的b]，在水位下汽泡容积的变化过程趋于平衡时，水位 的逐渐上升反映了汽包中储水量的增加，因为给水温度 比汽包 内饱和水的温度低 ，当给水流量增加后， 原有饱和水中的部分热量就被吸收，所以水位下汽泡容积有所减少 ．锅炉的给水流量实际反映了给水控 制系统的操纵变量，可以把汽包水位看作单容量无 自衡过程． 用传递函数 G．表示锅炉汽包水位 与给水流量 之间关系，如果给水量为阶跃变化时，汽包水位 在起始状态不会迅速增加，而是呈现出起始惯性段，此过程可近似于积分环节与时滞环节的串联系统特 性，G，可表示为： G 一： (S)一：S( (1) ． Js+1) 收稿 日期 ：201204—26 作者简介：金璐(1990一)，女，江苏淮安人，研究方向为电气与 自动化工程 万方数据 第2期 金 璐等：基于Maflab／Simulink的锅炉汽包水位控制建模仿真 151 式中，s为拉普拉斯算子，7为时间常数，k为给水单位流量改变时锅炉水位变化速度． 用传递函数 G表示 “虚假水位”时水位 日与蒸汽流量D之间关系，所谓 “虚假水位”，即蒸汽流量突 然增加时，水位先上升，然后再下降，而不是当蒸汽流量D大于给水量 时，水位应下降，这是因为蒸汽 用量增加，瞬间导致汽包压力下降的缘故．(反之，蒸汽流量突然减少时，则水位先下降，然后再上升)， G 可表示为： H(S) r k2