锅炉水温与流量串级控制系统设计.pptx

锅炉水温与流量串级控制系统设计锅炉水温与流量串级控制系统设计1201500229812015002288一、背景本系统以锅炉水温为主要控制对象，以进水流量为辅助控制对象。目的是在一定加热功率下，控制水温的恒定。二、建模过程1、由温度传感器（主检测变送器）将温度信号转变为电信号与温度给定值相比较后送至主控制器；2、主控制器输出流量控制值与流量变送器（副检测变送器）反馈回来的进水流量信号相比较后输入流量调节器（副控制器）；3、由流量调节器控制调节阀的开度来控制进水流量，由此来对锅炉水温进行定值控制。1、系统框图及工作原理2、被控对象选择及建模仿真在水温-流量串级控制系统中，我们所关心的是如何在一定的电热功率下控制好水温的恒定。进水流量是系统的被控对象，必须通过测定和计算他们模型，来分析系统的稳态性能、动态特性，为其他的设计工作提供依据。 （1）测定被控对象阶跃响应曲线通过实验建模的方法，分别测定被控对象温度和流量在输入阶跃信号后的响应曲线和相关参数。 通过 MCGS 监控软件改变调节阀开度,实现对被控对象的阶跃信号输入；电动调节阀输入信号范围为 4—20mA 电流信号。这样就可以实现电动调节阀阶跃信号给定。6mA 对应电动调节阀开度为（6-4）/（20-4）=12.5%。8mA 电流则对应（8-4）/（20-4）=25%的开度。阶跃前后流量测量值分别为 6.5 和 10.2。阶跃值为 10.2-6.5=3.7从阶跃时刻起以 20s 为采样周期，采得温度数据序列如下： 33.71 33.34 32.87 32.90 32.12 32.01 31.76 31.56 31.80 31.32 31.69 31.53 31.16 31.20 30.98 31.09 30.57 30.91 30.90 30.58 30.32 30.33 30.25 30.25 30.24 30.48 30.10 30.16 29.85 30.31 30.09 当给出阶跃信号后，温度响应曲线逐渐下降至稳定，为符合一般习惯，方便处理，将数据以第一次采样值为标准，转换为逐渐上升至稳定的曲线。转换方法y=33.71-x。式中 y 为处理后数据，x 为处理前数据。得到如下数据序列： 0 0.37 0.84 0.81 1.59 1.70 1.95 2.15 1.91 2.39 2.02 2.18 2.55 2.51 2.73 2.62 3.14 2.80 2.81 3.10 3.39 3.38 3.46 3.46 3.47 3.43 3.61 3.55 3.86 3.40 3.62 另外由试验测得给定阀的开度分别为 12.5、25、40、80 时对应传感器测得流量值为 6.5、10.2、14.6、26.2（2）对响应曲线进行拟合由于实验测定数据可能存在误差，所以在MATLAB 中运用polyfit函数对实验数据进行拟合处理。（3）求取被控对象传递函数其中，t的一次项的系数为 0.024429，即函数在零点处(t=0)的切线斜率为 k =0.024429。再利用切线法，算出传递函数参数: K0为传递函数的放大系数，y为稳定值，y(0)为初值， x0为阶跃的扰动值，大小为 3.7，k 为零点处的斜率。（4）拟合并计算控制阀的增益由试验测得给定阀的开度分别为 12.5、25、40、80 时对应传感器测得流量 值为 6.5、10.2、14.6、26.2，综合仿真效果选用 1 次函数拟合阀的流量特性 从而可得电动调节阀增益K1=0.3，其增益特性曲线可用y=0.3x+2.9来表示考虑到从给出阀的控制信号到调节阀响应，再影响流量，实际是个微小的惯性环节，但由于时间常数相对锅炉非常小，对控制的影响不大，在本设计中忽略不计（5）检验传递函数的正确性阶跃信号幅值设为 3.7，采样时间为 20s,仿真时间 600s三、控制系统建立及仿真1、设计系统框图本设计采用串级控制，考虑流量变化快，时间惯性小，应较快得到抑制，选择流量作为副被控参数，副环是随动控制，追求快速性，因而采用 P 调节，P 调节器输出信号控制阀的开度改变流量，流量传感器将检测信号送回 P 调节器并形成负反馈，此闭环作为内环。温度变化相对缓慢，时间惯性大，作为主被控参数，主环是定值控制，追求准确性，采用 PID 调节将给定值与温度传感器反馈信号的差值ei1输入主调节器，进行 PID 运算，实现控制算。主调节器输出信号作为内环的给定值，与流量传感器反馈信号的差值ei2送 P 调节器运算并输出，以控制调节阀，通过流量变化，影响锅炉温度。2、simulink仿真（1）建立simulink模型注：此流程图中各调节器参数未整定, ，Saturation 和 CoulombViscous friction两个环节组合形成阀的流量特性。