华北电力大学过程控制课设报告.docx

课程 课程设计（综合实验）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

1

课程 课程设计（综合实验）报告

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：

1

s

Step Integrator

0.037

30s+1

TransferFcn

Scope

运行结果如下：

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

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。

2

蒸汽流量扰动

Simulink中系统连接图如下：

课程 课程设计（综合实验）报告

Step

1

sIntegrator

3.6

15s+1

TransferFcn Add

0.037

Gain

Scope

运行结果如下：

5

4

3

2

1

0

-1

-2

-3

-4

-5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

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。

3

丰丑七夕

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三、系统框图、控制系统流程图及SAMA图

系统框图：

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工艺流程图：

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4

系统SAMA图：

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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? ?1

W

副回路的MATLAB仿真如下：

5

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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：e?0.1，

则K?12

p

这里取K ?13，仿真结果如下:

p

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。

6

主回路的整定

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