熱工控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、 熱工控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 題 目 燃燒控制系統(tǒng)專業(yè)班級(jí)： 能動(dòng)1307 姓 名： 畢騰 學(xué) 號(hào)： 201302400402 指導(dǎo)教師： 李建強(qiáng) 時(shí) 間： 2016.12.302017.01.12 目 錄第一部分 多容對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的求取11.1、導(dǎo)前區(qū)11.2、惰性區(qū)2第二部分 單回路系統(tǒng)參數(shù)整定32.1、廣義頻率特性法參數(shù)整定32.2、廣義頻率特性法參數(shù)整定52.3分析不同主調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響6第三部分 串級(jí)控制系統(tǒng)參數(shù)整定103.1 、蒸汽壓力控制和燃料空氣比值控制系統(tǒng)103.2 、爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)103.3、系統(tǒng)分析123.4有擾動(dòng)仿真21第四部分 四川萬盛電廠燃燒控制系統(tǒng)sama圖

2、分析244.1、送風(fēng)控制系統(tǒng)sama圖簡(jiǎn)化244.2、燃料控制系統(tǒng)sama圖簡(jiǎn)化254.3、引風(fēng)控制系統(tǒng)sama圖簡(jiǎn)化27第五部分 設(shè)計(jì)總結(jié)28第一部分 多容對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的求取某主汽溫對(duì)象不同負(fù)荷下導(dǎo)前區(qū)和惰性區(qū)對(duì)象動(dòng)態(tài)如下： 導(dǎo)前區(qū)：惰性區(qū)：對(duì)于上述特定負(fù)荷下主汽溫導(dǎo)前區(qū)和惰性區(qū)對(duì)象傳遞函數(shù)，可以用兩點(diǎn)法求上述主汽溫對(duì)象的傳遞函數(shù)，傳遞函數(shù)形式為 w(s)= ,再利用 matlab 求取階躍響應(yīng)曲線，然后利用兩點(diǎn)法確定對(duì)象傳遞函數(shù)。1.1 導(dǎo)前區(qū)利用matlab搭建對(duì)象傳遞函數(shù)模型如圖所示： 曲線放大系數(shù)k=0.815y(t1)=0.4*0.815=0.326； t1=25.885;y(t2

3、)=0.8*0.815=0.652； t2=55.000;則：n=(2=2.11922 t=18.723則有：1.2 惰性區(qū)利用matlab搭建對(duì)象傳遞函數(shù)模型如圖所示：曲線放大系數(shù)k=1.276y(t1)=0.4*1.276=0.51； t1=94.66;y(t2)=0.8*1.276=1.02； t2=146.10;則：n=(2=6.116 t=18.4則有：2、單回路系統(tǒng)參數(shù)整定2.1 廣義頻率特性法參數(shù)整定根據(jù)采用等幅振蕩法確定調(diào)節(jié)器參數(shù)時(shí)相當(dāng)于m0=0（1） w(s)= 為對(duì)象進(jìn)行參數(shù)整定在matlab中進(jìn)行仿真分析，過程如下：其中in1ou1模塊如下圖：仿真后系統(tǒng)輸出為：根據(jù)等幅振

4、蕩是比例增益（kpk=1.856）和系統(tǒng)輸出輸出曲線確定的等幅振蕩周期（tk=200）,可以查表確定當(dāng)系統(tǒng)衰減率=0.75時(shí)調(diào)節(jié)器參數(shù)kp=1.1114 ki=0.011114 kd=27.785。投入閉環(huán)運(yùn)行，觀察運(yùn)行效果。代入上述圖中在matlab中進(jìn)行仿真分析，實(shí)際系統(tǒng)效果圖形為：2.2 廣義頻率特性法參數(shù)整定單回路控制系統(tǒng)的原理方框圖如下所示若采用等幅振蕩法確定比例調(diào)節(jié)器的參數(shù)，其傳遞函數(shù)為100%負(fù)荷時(shí)汽溫對(duì)象惰性區(qū)傳遞函數(shù)為用代入，等幅振蕩時(shí)，則由廣義頻率特性法可得即事實(shí)上對(duì)于階多容慣性環(huán)節(jié) ，可用如下簡(jiǎn)化公式進(jìn)行整定參數(shù)的計(jì)算1 則當(dāng)?shù)确袷帟r(shí)，對(duì)于100%負(fù)荷惰性區(qū)傳遞函數(shù)可得

5、 2.3分析不同主調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響1、增大和減少kp對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響kp增大時(shí)，當(dāng)kp=1.444時(shí)，系統(tǒng)階躍相應(yīng)曲線如下圖：kp減小時(shí)，當(dāng)kp=0.8時(shí)，系統(tǒng)階躍相應(yīng)曲線如下圖：2、增大和減少ki對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響ki增大時(shí)，當(dāng)ki=0.0122時(shí)，系統(tǒng)階躍相應(yīng)曲線如下圖：ki減小時(shí)，當(dāng)ki=0.01時(shí)，系統(tǒng)階躍相應(yīng)曲線如下圖：3、增大和減少kd對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響kd增大時(shí)，當(dāng)kd=30時(shí)，系統(tǒng)階躍相應(yīng)曲線如下圖：kd減小時(shí)，當(dāng)kd=25時(shí)，系統(tǒng)階躍相應(yīng)曲線如下圖：4、 同時(shí)改變 對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響，系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的輸出如下：如=1.2 ki=0.02 kd=30時(shí)：通過改變,的大小，

6、觀察階躍響應(yīng)曲線，可知比例作用可使調(diào)節(jié)過程趨于穩(wěn)定，但在單獨(dú)使用時(shí)，使被調(diào)量產(chǎn)生靜態(tài)偏差；積分作用能使被調(diào)量無靜態(tài)偏差，但單獨(dú)使用時(shí)，會(huì)使調(diào)節(jié)過程變成振蕩甚至不穩(wěn)定；微分作用能有效地減少動(dòng)態(tài)偏差，但不能單獨(dú)使用。3 串級(jí)控制系統(tǒng)參數(shù)整定原理簡(jiǎn)述：燃燒過程控制系統(tǒng) ：燃油鍋爐的燃燒過程控制主要由三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成：蒸汽壓力控制系統(tǒng)、燃料空氣比值控制系統(tǒng)以及爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)。3.1 、蒸汽壓力控制和燃料空氣比值控制系統(tǒng) 鍋爐燃燒的目的是生產(chǎn)蒸汽供其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)使用。一般生產(chǎn)過程中蒸汽的控制是通過壓力實(shí)現(xiàn)的，后續(xù)環(huán)節(jié)對(duì)蒸汽的生產(chǎn)用量不同，反映在蒸汽鍋爐環(huán)節(jié)就是蒸汽壓力的波動(dòng)。維持蒸汽壓力恒定是保證生產(chǎn)正常

7、進(jìn)行的首要條件。 保證蒸汽壓力恒定的主要手段是隨著蒸汽壓力波動(dòng)及時(shí)調(diào)節(jié)燃燒產(chǎn)生的熱量，而燃燒產(chǎn)生熱量的調(diào)節(jié)是通過控制所供應(yīng)的燃料量以及適當(dāng)比例的助燃空氣的控制實(shí)現(xiàn)的。 因此，蒸汽壓力是最終被控制量，可以根據(jù)生成情況確定；燃料量是根據(jù)蒸汽壓力確定的；空氣供應(yīng)量根據(jù)空氣量與燃料量的合理比值確定。 3.2 、爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng) 鍋爐爐膛負(fù)壓過小時(shí)，爐膛內(nèi)的熱煙、熱氣會(huì)外溢，造成熱量損失，影響設(shè)備安全運(yùn)行甚至?xí)＜肮ぷ魅藛T安全；當(dāng)爐膛負(fù)壓太大時(shí)，會(huì)增加燃料損失、熱量損失和降低熱效率。使外部大量冷空氣進(jìn)入爐膛，改變?nèi)剂虾涂諝獗戎??？刂品桨福耗冲仩t燃燒系統(tǒng)要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行蒸汽壓力控制。本項(xiàng)目采用燃燒爐蒸汽壓力

8、控制和燃料空氣比值控制系統(tǒng)，并輔以爐膛負(fù)壓控制的方案，控制系統(tǒng)框圖如圖所示。已知控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)： 燃料流量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型：g(s)= 空氣流量模型：g(s)= 引風(fēng)量與負(fù)壓關(guān)系模型：g(s)= 送風(fēng)量對(duì)負(fù)壓的干擾模型：g(s)=并?。?燃料流量至蒸汽壓力關(guān)系約為：g(s)=4 蒸汽壓力至燃料流量關(guān)系約為：g(s)=1/4 燃料流量與控制流量比值：g(s)=2 空氣流量與燃料流量比值：g(s)=13.3、系統(tǒng)分析1、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 作出伯德圖，如果相角裕度pm>0°或幅值裕度gm>1，表示系統(tǒng)穩(wěn)定。(1) 燃料流量系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型：g(s)=的伯德圖： （2）空氣流量數(shù)學(xué)模型

9、g(s)=的伯德圖： （3）引風(fēng)量與負(fù)壓關(guān)系模型g(s)=的伯德圖 2、控制系統(tǒng)參數(shù)整定 (1)燃燒控制系統(tǒng) 為使系統(tǒng)無靜差，燃燒流量調(diào)節(jié)器采用pi形式，即：其中，參數(shù)kp和ki采用穩(wěn)定邊界法整定。先讓ki=0，調(diào)整kp使系統(tǒng)等幅振蕩，即系統(tǒng)臨界穩(wěn)定狀態(tài)。系統(tǒng)臨界振蕩仿真框圖及其振蕩響應(yīng)如圖所示： 記錄此時(shí)的振蕩周期tcr=10.7s和比例參數(shù)kcr=2,kp=kcr/2.2=1.613，ki=kp/(0.85tcr)=0.188在kp=1.613，ki=0.188的基礎(chǔ)上，對(duì)pi參數(shù)進(jìn)一步整定，燃料流量閉環(huán)控制系統(tǒng)單位階躍輸入的仿真框圖如下所示，其中pi模塊的結(jié)構(gòu)如圖所示。調(diào)節(jié)kp=1，ki

10、=0.08，系統(tǒng)響應(yīng)如圖所示，可見系統(tǒng)有約5%的超調(diào)量。 (2)蒸汽壓力控制系統(tǒng) 在燃料流量控制系統(tǒng)整定的基礎(chǔ)上，采用試誤法整定壓力控制系統(tǒng)參數(shù)。系統(tǒng)整定仿真框圖如圖所示 由仿真結(jié)果可以看出，系統(tǒng)響應(yīng)超調(diào)量約為50%。此時(shí)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器最簡(jiǎn)單，工程上系統(tǒng)響應(yīng)速度和穩(wěn)定程度一般。(3)空氣流量控制系統(tǒng)空氣流量控制系統(tǒng)的整定方法和燃料流量控制參數(shù)整定方法類似記錄此時(shí)的振蕩周期tcr=7s和比例參數(shù)kcr=5.23,則kp=kcr/2.2=1.93，ki=kp/(0.85tcr)=0.34在kp=1.93，ki=0.34的基礎(chǔ)上，對(duì)pi參數(shù)進(jìn)一步整定，空氣流量控制系統(tǒng)單位階躍輸入的仿真框圖如下所示，其中

11、pi模塊的結(jié)構(gòu)如圖所示。調(diào)節(jié)kp=1.45，ki=0.1，系統(tǒng)響應(yīng)如圖所示，可見系統(tǒng)有約2%的超調(diào)量。整定后空氣流量控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)(4)爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng) 負(fù)壓控制系統(tǒng)的整定方法和燃料流量控制參數(shù)整定方法類似 記錄此時(shí)的振蕩周期tcr=3.8s和比例參數(shù)kcr=1.72,則kp=kcr/2.2=0.65，ki=kp/(0.85tcr)=0.21，在kp=0.65，ki=0.21的基礎(chǔ)上，對(duì)pi參數(shù)進(jìn)一步整定，爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)單位階躍輸入的仿真框圖如下所示，其中pi模塊的結(jié)構(gòu)如圖所示。調(diào)節(jié)kp=0.45，ki=0.085，系統(tǒng)響應(yīng)如圖所示，可見系統(tǒng)有約5%的超調(diào)量。 整定后負(fù)壓控制系統(tǒng)階躍輸入

12、負(fù)壓控制系統(tǒng)前饋補(bǔ)償整采用動(dòng)態(tài)前饋整定，其前饋補(bǔ)償函數(shù)為： 3.4有擾動(dòng)仿真系統(tǒng)在三個(gè)部分中均加入了幅值-1的隨機(jī)擾動(dòng)。系統(tǒng)仿真圖如所示。仿真結(jié)果如圖所示。第四部分 四川萬盛電廠熱工系統(tǒng)sama圖分析 燃燒控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是使燃料燃燒所提供的熱量適應(yīng)外界負(fù)荷的需要，并確保燃燒過程在安全經(jīng)濟(jì)工況下進(jìn)行。由燃料量控制、送風(fēng)量控制和引風(fēng)量控制等子系統(tǒng)組成。4.1、送風(fēng)控制系統(tǒng) 送風(fēng)控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉位置，控制送風(fēng)量。兩側(cè)風(fēng)量分別經(jīng)溫度修正，與磨煤機(jī)、排粉風(fēng)機(jī)熱風(fēng)、排粉機(jī)冷風(fēng)之和作為總風(fēng)量；調(diào)節(jié)器總風(fēng)量設(shè)定值由空氣-燃料指令回路產(chǎn)生。送風(fēng)調(diào)節(jié)器接受風(fēng)量指令信號(hào)，與總送風(fēng)量信號(hào)進(jìn)行比較，調(diào)節(jié)

13、器對(duì)其偏差進(jìn)行比例積分運(yùn)算，輸出送往送風(fēng)機(jī)a,b控制回路，調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)擋板的開度。風(fēng)量指令經(jīng)函數(shù)f（x）后作為前饋信號(hào)。4.2、燃料控制系統(tǒng) 總?cè)剂狭啃盘?hào)由投入運(yùn)行的給粉機(jī)轉(zhuǎn)速之和和燃油流量相加產(chǎn)生，根據(jù)設(shè)計(jì)煤種的低位發(fā)熱量和燃油的發(fā)熱量換算出油煤折算系數(shù)。鍋爐主控輸出與修正后的實(shí)際風(fēng)量經(jīng)低選形成燃料指令，燃料-空氣交叉限制實(shí)現(xiàn)在負(fù)荷表動(dòng)過程中保證煤能夠充分燃燒。燃燒調(diào)節(jié)器接受燃料指令信號(hào)，并將其與實(shí)際燃料量信號(hào)比較，然后對(duì)二者的偏差進(jìn)行比例積分運(yùn)算，其輸出經(jīng)多輸出接口組件分配 給各層給粉機(jī)轉(zhuǎn)速控制回路，調(diào)節(jié)各層給粉機(jī)轉(zhuǎn)速。4.3、引風(fēng)量控制引風(fēng)控制系統(tǒng)可通過調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)的靜葉位置。選三個(gè)爐膛壓力

14、測(cè)量信號(hào)中的中間值作為爐膛壓力信號(hào)，與給定值進(jìn)行比較，其偏差經(jīng)引風(fēng)調(diào)節(jié)器進(jìn)行比例積分運(yùn)算后，輸出送至各引風(fēng)機(jī)控制回路去調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)擋板的開度。由于爐膛壓力測(cè)量信號(hào)波動(dòng)大，為防止執(zhí)行器不必要的頻繁動(dòng)作，在調(diào)節(jié)器中引入非濾波作用。送風(fēng)指令經(jīng)滯后環(huán)節(jié)作為前饋信號(hào)，以保證負(fù)荷變化時(shí)，引風(fēng)與送風(fēng)協(xié)調(diào)動(dòng)作。第五部分 設(shè)計(jì)總結(jié)接近兩周的熱工控制課程設(shè)計(jì)終于做完了，感覺受益匪淺。雖然中途遇到了很多困難以及迷惑，但是通過查看書籍以及向同學(xué)求教最終能夠把課程設(shè)計(jì)完成。同時(shí)也掌握了matlab軟件的用法，最后一部分也鞏固了之前單元機(jī)組運(yùn)行原理課程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的軟件visio的用法。課程設(shè)計(jì)是將在課堂上學(xué)習(xí)的理論知識(shí)靈活運(yùn)用