汽包控制系統(tǒng) 2

1、 一、設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)是采用前饋串級(jí)復(fù)合控制三沖量給水控制系統(tǒng)控制汽包水位，使其平穩(wěn)運(yùn)行，并通過MATLAB仿真，證明所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以很好的克服系統(tǒng)的內(nèi)外擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)汽包鍋爐水位控制的要求。2、 設(shè)計(jì)要求 1、設(shè)計(jì)鍋爐汽包水位控制方案 2、控制算法的參數(shù)整定 3、控制系統(tǒng)的matlab仿真。3、 設(shè)計(jì)內(nèi)容 （一）概述 1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門以電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為核心，綜合可編程控制技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)的精密化、生產(chǎn)設(shè)備的信息化、生產(chǎn)過程的自動(dòng)化及機(jī)電控制系統(tǒng)的最佳化的專門學(xué)科。而且，企業(yè)對(duì)具備較強(qiáng)的計(jì)

2、算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用能力專門人才需求很大，調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2005年2012年計(jì)算機(jī)控制技術(shù)專業(yè)人才需求已進(jìn)入社會(huì)總體需求前五名的行業(yè)，該專業(yè)的畢業(yè)生有很大的市場(chǎng)需求和廣泛的就業(yè)前景。 2、鍋爐概述 鍋爐是一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，向鍋爐輸入的能量有燃料中的化學(xué)能、電能、高溫?zé)煔獾臒崮艿刃问?，而?jīng)過鍋爐轉(zhuǎn)換，向外輸出具有一定熱能的蒸汽、高溫水或有機(jī)熱載體。鍋的原義指在火上加熱的盛水容器，爐指燃燒燃料的場(chǎng)所，鍋爐包括鍋和爐兩大部分。鍋爐中產(chǎn)生的熱水或蒸汽可直接為工業(yè)生產(chǎn)和人民生活提供所需熱能，也可通過蒸汽動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或再通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。提供熱水的鍋爐稱為熱水鍋爐，主要用于生活，工業(yè)

3、生產(chǎn)中也有少量應(yīng)用。產(chǎn)生蒸汽的鍋爐稱為蒸汽鍋爐，常簡(jiǎn)稱為鍋爐，多用于火電站、船舶、機(jī)車和工礦企業(yè)。 3、汽包 汽包的概念是指氣壓通過水循環(huán)導(dǎo)致氣壓下降或上升，也可以理解為汽包是氣體和水分融合后形成的氣壓變化，極限壓力中的空氣與水分子會(huì)提高氣體的壓力上升，導(dǎo)致高壓達(dá)到一定數(shù)值后產(chǎn)生的壓力集分子。工業(yè)中汽包罐是能夠承受汽包產(chǎn)生的空氣壓力和水位壓力的一種工業(yè)設(shè)備。其中汽包的作用主要有： 1）是工質(zhì)加熱、蒸發(fā)、過熱三過程的連接樞紐，保證鍋爐正常的水循環(huán)。 2）內(nèi)部有汽水分離裝置和連續(xù)排污裝置，保證鍋爐蒸汽品質(zhì)。 3）有一定水量，具有一定蓄熱能力，緩和汽壓的變化速度。 4) 汽包上有壓力表、水位計(jì)、事故

4、放水、安全閥等設(shè)備，保證鍋爐安全運(yùn)行。 4、汽水分離器 汽水分離器為壓力容器結(jié)構(gòu)碳鋼或不銹鋼設(shè)備，接口型式是法蘭結(jié)構(gòu)DIN16/DIN25/DIN40；汽水分離器必須安裝于水平管線上，排水口垂直向下，所有口徑的汽水離器均帶安裝支架，以減小管道承載。為確保被分離的液體迅速排放，應(yīng)在汽水分離器底部的排水口連接合適的一套疏水閥組合。 本類閥門在管道中一般應(yīng)當(dāng)水平安裝。汽水分離器的工作原理：大量含水的蒸汽進(jìn)入汽水分離器，并在其中以離心向下傾斜式運(yùn)動(dòng)；夾帶的水份由于速度降低而被分離出來；被分離的液體流經(jīng)疏水閥排出，干燥清潔的蒸汽從分離器出口排出。 5、過熱器 過熱器是鍋爐中將一定壓力下的飽和水蒸氣加熱成

5、相應(yīng)壓力下的過熱水蒸氣的受熱面。 6、省煤器 省煤器就是鍋爐尾部煙道中將鍋爐給水加熱成汽包壓力下的飽和水的受熱面，由于它吸收的是比較低溫的煙氣，降低了煙氣的排煙溫度，節(jié)省了能源，提高了效率，所以稱之為省煤器。鋼管式省煤器不受壓力限制，可以用作沸騰式，一般由外徑為3251毫米的碳素鋼管制成。有時(shí)在管外加鰭片和肋片，以改善傳熱效果。鋼管式省煤器由水平布置的并聯(lián)彎頭管子（習(xí)稱蛇形管）組成。（二）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1、給水被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 在討論給水計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)之前，必須先分析被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，然后才能設(shè)計(jì)出一個(gè)合理的給水控制系統(tǒng)。給水調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性是指汽包水位的變化與引起水位變化的各種因素之間

6、的動(dòng)態(tài)關(guān)系。汽包水位是汽包中儲(chǔ)水量和水面下汽泡容積的綜合反映。所以，水位不僅受汽包儲(chǔ)水量變化的影響，而且還受到汽水混合物中汽泡容積變化的影響。從水位反映儲(chǔ)水量來看，調(diào)節(jié)對(duì)象是一個(gè)無自平衡能力的對(duì)象，這是因?yàn)閮?chǔ)水量的變化是由給水流量和蒸汽流量變化引起的，而水位變化后既不能影響給水流量，又不能影響蒸發(fā)量，所以說水位調(diào)節(jié)對(duì)象是沒有自平衡能力的。影響汽包水位變化的因素主要有：蒸汽流量D,給水量W，爐膛熱負(fù)荷（燃料量M）,汽包壓力P等。 2、汽包水位的動(dòng)態(tài)特性工業(yè)鍋爐的汽包水位是正常運(yùn)行的重要指標(biāo)之一，水位過高，產(chǎn)生蒸汽帶水現(xiàn)象，影響用汽單位的正常生產(chǎn)。汽包水位過低，會(huì)影響鍋爐的汽水自然循環(huán)，如不及時(shí)調(diào)

7、節(jié)，就會(huì)使汽包里的水全部汽化掉，可能導(dǎo)致鍋爐燒塌和爆炸事故。影響汽包水位變化的因素很多，主要有燃煤量、給水量和蒸汽流量。燃煤量對(duì)水位變化的影響是非常緩慢的，比較容易克服。因此，我們主要考慮給水量和蒸汽流量對(duì)水位的影響。鍋爐水位調(diào)節(jié)對(duì)象的原理結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1 給水調(diào)節(jié)對(duì)象結(jié)構(gòu)圖1-給水母管；2-調(diào)節(jié)閥；3-省煤器；4-汽包；5-管路；6-過熱器；7-蒸汽管給水調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性是指各種擾動(dòng)下的汽包水位隨時(shí)間變化的特性。當(dāng)擾動(dòng)為階躍擾動(dòng)時(shí)，對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性稱為階躍響應(yīng)曲線。影響水位變化的原因是很多的，其中鍋爐的蒸發(fā)量和給水流量的變化是主要的，其它還有爐膛熱負(fù)荷、汽包壓力的變化等原因。 3

8、、各種擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性 （1）給水流量擾動(dòng)下對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性圖2-2為給水量擾動(dòng)下水位階躍響應(yīng)曲線。圖2-2中曲線1為沸騰式省煤器情形下水位的動(dòng)態(tài)特性，曲線2為非沸騰式省煤器情形下水位的動(dòng)態(tài)特性。圖2-2 給水量擾動(dòng)下水位階躍響應(yīng)曲線在給水流量突然增加的瞬間，鍋爐的蒸發(fā)量還未改變，給水流量大于蒸發(fā)量，但水位一開始并不立即增加，這是因?yàn)闇囟容^低的給水進(jìn)入省煤器及水循環(huán)系統(tǒng)的流量增加了，從原有的飽和汽水混合物中吸取了一部分熱量，使水面下的汽泡容積有所減少。事實(shí)上也就是因?yàn)榻o水溫度遠(yuǎn)低于省煤器的溫度，即給水有一定的過冷度，水進(jìn)入省煤器后，使一部分汽變成了水，特別是沸騰式省煤器，給水減輕了省煤器

9、內(nèi)的沸騰度，省煤器內(nèi)汽泡總?cè)莘e減少，因此，進(jìn)入省煤器內(nèi)的水首先用來填補(bǔ)省煤器中因汽泡破滅容積減少而降低的水位，經(jīng)過一段遲延甚至水位下降后，才能因給水不斷從省煤器進(jìn)入汽包而使水位上升。在此過程中，負(fù)荷還未變化，汽包中水仍在蒸發(fā)，因此水位也有下降趨勢(shì)。由H曲線可以清楚地看出給水被控對(duì)象內(nèi)擾的特點(diǎn)是：給水?dāng)_動(dòng)剛剛加入時(shí)，由于給水的過冷度影響，水位H的變化很慢，經(jīng)過一段時(shí)間之后其變化速度才逐漸增加，最后變?yōu)榘匆欢ㄋ俣戎本€上升，這時(shí)就是物質(zhì)不平衡在起主要作用了，如果給水量和蒸汽量不能平衡，水位就不能確定。下面簡(jiǎn)單介紹一下水位在給水?dāng)_動(dòng)下的傳遞函數(shù)。水位在給水?dāng)_動(dòng)下的傳遞函數(shù)可表示為：其擾動(dòng)傳遞函數(shù)方框圖

10、如圖2-3所示，可近似認(rèn)為是一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)的并聯(lián)或串聯(lián)的兩種形式。其擾動(dòng)傳遞函數(shù)方框圖如圖2-3所示，可近似認(rèn)為是一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)的并聯(lián)或串聯(lián)的兩種形式。圖2-3 給水?dāng)_動(dòng)傳遞函數(shù)方框圖 （2）蒸汽流量擾動(dòng)下對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性蒸汽流量擾動(dòng)下水位的階躍起反應(yīng)曲線如圖2-4所示。當(dāng)蒸汽流量突然增加（假定供熱量及時(shí)跟上）時(shí)，鍋爐的蒸發(fā)量大于給水流量，汽包的貯水量應(yīng)等速下降，又因?yàn)槠菬o自平衡對(duì)象，所以水位的變化曲線應(yīng)如圖中曲線H1所示：實(shí)際上當(dāng)蒸發(fā)量突然增加時(shí)，在汽水循環(huán)系統(tǒng)中的蒸發(fā)強(qiáng)度也將成比例的增大，使汽水混合物中汽泡的容積增大；又因爐膛內(nèi)的發(fā)熱量并不能及時(shí)增加，從而使汽包壓

11、力不斷下降，降低了飽和溫度，促使蒸發(fā)速度加快，汽泡膨脹，加大了汽水混合物的總體積，使水位變化過程如圖中曲線H2所示。水位實(shí)際變化曲線是H1和H2 之和。 圖2-4 蒸汽流量擾動(dòng)下水位階躍響應(yīng)曲線 H1-只考慮貯水量變化的水位反應(yīng)曲線；H2-只考慮水面下汽泡容積變化的水位反應(yīng)曲線； H-實(shí)際水位反應(yīng)曲線（H=H1+H2）。兩曲線的疊加，即圖中的曲線H，由圖可知，負(fù)荷變化時(shí)汽包水位的動(dòng)態(tài)特性具有特殊的形式：負(fù)荷增加時(shí)，蒸發(fā)量大于給水量，但水位不是下降反而迅速上升；負(fù)荷突然減小時(shí)，水位卻先下降，然后迅速上升，這就是“虛假水位”現(xiàn)象。虛假水位的變化情況和鍋爐的特性有關(guān)，燃料突然減小時(shí)（如鍋爐滅火），“

12、虛假水位”約在24分鐘內(nèi)即達(dá)到最低值。在外部負(fù)荷突然減小時(shí)（如汽輪機(jī)甩負(fù)荷），“虛假水位”約在20秒內(nèi)即達(dá)到最低值，并且，“虛假水位”達(dá)到最低值的時(shí)間和負(fù)荷達(dá)到的最低值的時(shí)間基本相同。汽輪機(jī)甩負(fù)荷擾動(dòng)下的“虛假水位”現(xiàn)象是相當(dāng)嚴(yán)重的，這給組成水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)帶來了困難。為了維持水位在允許的范圍內(nèi)，運(yùn)行中應(yīng)對(duì)負(fù)荷的一次變動(dòng)量及負(fù)荷變化速度加以限制。應(yīng)當(dāng)指出，蒸汽量和給水量在運(yùn)行中是經(jīng)常變化的，為保持氣壓穩(wěn)定，燃料量與蒸發(fā)量必須相互適應(yīng)，因此這兩種擾動(dòng)總是相伴發(fā)生，只是有先后發(fā)生的差別。從各種擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特性可估計(jì)到水位調(diào)節(jié)的一些缺點(diǎn)：由于存在延遲，等到水位偏離規(guī)定值后再去進(jìn)行調(diào)節(jié)，水位必然會(huì)

13、有較大的變化（尤其是水位反應(yīng)快的鍋爐），水位的偏差也大；在負(fù)荷變化時(shí)，由于“虛假水位”現(xiàn)象，水位將迅速變化，這種變化幅度不可能用調(diào)節(jié)給水量來減小。為維持水位在允許的范圍內(nèi)，必須限制負(fù)荷的一次改變量和負(fù)荷變化速度；在負(fù)荷變化后的開始階段，給水流量和負(fù)荷的變化方向相反，如果忽視“虛假水位”現(xiàn)象的存在，盲目根據(jù)“水位”來調(diào)節(jié)給水量，將會(huì)擴(kuò)大鍋爐進(jìn)出流量的不平衡，使水位波動(dòng)加劇，實(shí)際工作中應(yīng)當(dāng)防止和避免。 （3）給水控制系統(tǒng)概況鍋爐的汽包水位能夠間接反映鍋爐蒸汽負(fù)荷與給水量之間的平衡關(guān)系，維持汽包水位正常是保證鍋爐和汽輪機(jī)安全運(yùn)行的必要條件。汽包水位過高，會(huì)影響汽包內(nèi)汽水分離裝置的正常工作，造成出口的

14、蒸汽水分含量過多，導(dǎo)致過熱器管壁結(jié)垢而被燒壞，也使過熱蒸汽溫度急劇變化，直接影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。汽包水位過低，可能破壞鍋爐水循環(huán)，導(dǎo)致水冷壁管被燒壞。汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)地作用是使鍋爐的給水量自動(dòng)適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)波動(dòng)。汽包水位H是汽包中儲(chǔ)水量和水面下汽包容積的綜合體現(xiàn)，不僅受汽包儲(chǔ)水量變化的影響，還受汽水混合物中汽包容積變化的影響。其中主要的擾動(dòng)為給水流量W、鍋爐蒸發(fā)量D、汽包壓力、爐膛熱負(fù)荷等，其對(duì)水位的影響各不相同。其中給水流量和蒸汽流量是影響汽包水位的2種主要擾動(dòng)，前者來自調(diào)節(jié)側(cè)，稱為內(nèi)擾，后者來自負(fù)荷側(cè)，稱為外擾。 4、串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)現(xiàn)代大型鍋爐的水

15、位動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜，汽包存在著嚴(yán)重的“虛假水位”現(xiàn)象，為了保證給水系統(tǒng)的安全可靠,汽包鍋爐的給水控制普遍采用三沖量給水控制方案。 （1）串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的工作原理大型汽包鍋爐的控制對(duì)象具有給水內(nèi)擾動(dòng)態(tài)特性延遲和慣性大的特點(diǎn)，且無自平衡能力，給水控制系統(tǒng)若采用以水位為被調(diào)量的單回路系統(tǒng)，控制過程中水位將出現(xiàn)較大的動(dòng)態(tài)偏差，給水流量波動(dòng)較大，應(yīng)此，應(yīng)考慮采用三沖量給水控制系統(tǒng)方案。另外，控制對(duì)象在蒸汽負(fù)荷擾動(dòng)（外擾）時(shí)，存在“虛假水位”現(xiàn)象，應(yīng)此在擾動(dòng)的初始階段，調(diào)節(jié)器將使給水流量向與負(fù)荷變化相反的方向變化，加劇了鍋爐的進(jìn)、出流量的不平衡。因此應(yīng)采用以蒸汽流量D為前饋信號(hào)的前饋控制，從而能夠根據(jù)

16、對(duì)象在外擾下虛假水位的嚴(yán)重程度來適當(dāng)加強(qiáng)蒸汽流量信號(hào)的作用強(qiáng)度，以改善蒸汽負(fù)荷擾動(dòng)下的水位控制品質(zhì)。采用串級(jí)控制系統(tǒng)將具有更好的控制品質(zhì)，調(diào)試整定也比較方便，故在大型汽包爐上可采用串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)。串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的原理圖如圖4-2和所示。圖4-2 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)原理方框圖這個(gè)系統(tǒng)有三個(gè)回路，為副回路，包括給水量W、副調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器放大系數(shù)、閥門系數(shù)、給水流量變送器斜率和給水流量分壓系數(shù)；為主回路，包括水位被控對(duì)象、水位變送器斜率、主調(diào)節(jié)器和副回路；位前饋通路，包括蒸汽流量變送器斜率和蒸汽流量分壓系數(shù)、副回路和被控對(duì)象。這個(gè)系統(tǒng)中使用了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)。為保證被

17、調(diào)量無靜差，主調(diào)節(jié)器采用PI控制規(guī)律，副調(diào)節(jié)器采用PI或P控制規(guī)律，副調(diào)節(jié)器接受三個(gè)輸入信號(hào)，信號(hào)之間有靜態(tài)配合問題，但系統(tǒng)的靜態(tài)特性由主調(diào)節(jié)器決定，因此蒸汽流量信號(hào)并不要求與給水流量信號(hào)相等。副回路的作用主要為快速消除內(nèi)擾，主回路用于校正水位偏差，而前饋通路則用于補(bǔ)償外擾，主要用于克服虛假水位現(xiàn)象。 （2）調(diào)節(jié)器的選擇調(diào)節(jié)規(guī)律是指調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)與其輸入信號(hào)之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，從理論上說可有各種形式的函數(shù)關(guān)系，然而在實(shí)踐中總結(jié)出三種基本調(diào)節(jié)關(guān)系，廣為采用。這三種基本調(diào)節(jié)規(guī)律就是比例調(diào)節(jié)規(guī)律、積分調(diào)節(jié)規(guī)律、微分調(diào)節(jié)規(guī)律。三種調(diào)節(jié)規(guī)律的組合可設(shè)計(jì)出多種調(diào)節(jié)規(guī)律的調(diào)節(jié)器，如比例調(diào)節(jié)器、比例積分調(diào)節(jié)器、比

18、例積分微分調(diào)節(jié)器等。調(diào)節(jié)器作為控制系統(tǒng)組成部分之一，其動(dòng)態(tài)特性對(duì)控制過程有著很大的影響，因?yàn)閷?duì)象的特性是不容易改變的。主、副回路調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇原則： 1）主參數(shù)控制質(zhì)量要求不十分嚴(yán)格，同時(shí)在對(duì)副參數(shù)的要求也不高的情況下，為使兩者兼顧而采用串級(jí)控制方式時(shí)，主、副調(diào)節(jié)器均可采用比例控制。 2）要求主參數(shù)波動(dòng)范圍很小，且不允許有余差（穩(wěn)態(tài)誤差），此時(shí)副調(diào)節(jié)器可采用比例控制，主調(diào)節(jié)器采用比例積分控制。 3）主參數(shù)要求高，副參數(shù)亦有一定的要求，這時(shí)主、副調(diào)節(jié)器均采用比例積分形式。 5、串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的參數(shù)整定 （1）主、副調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定在串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)中，副回路是一個(gè)調(diào)節(jié)器，一般

19、用試探法整定副回路的和。主回路參數(shù)整定是把副回路等效成一個(gè)比例環(huán)節(jié)，然后用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行整定；前饋通路的選擇是基于“虛假水位”而定的。它主要是為了補(bǔ)償“虛假水位”現(xiàn)象。副回路可看作一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，如圖4-4所示。圖4-4 副回路等效圖把調(diào)節(jié)閥和普通管道系統(tǒng)作為被調(diào)對(duì)象，則作為以外的環(huán)節(jié)都作為等效調(diào)節(jié)器。 （2）前饋通路的設(shè)計(jì) 前饋通路的簡(jiǎn)化圖見圖4-6，通路中的選擇是基于“虛假水位”情況而定的。圖4-6 前饋通路等效圖前饋通路中完全補(bǔ)償條件為： （三）串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的仿真 1、串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)參數(shù)：給水流量傳函 ： 蒸汽流量傳函 ： 負(fù)荷從0100t/h變化時(shí)，開方器輸出0

20、100mA調(diào)節(jié)器輸出從010mA變化時(shí)，閥門開度變化0%100%，即執(zhí)行器放大系數(shù) 。 2、PI子程序流程圖定義內(nèi)存單元、清零采樣、形成偏差e(k)取、e（k）,做乘法e（k）累加第k次積分結(jié)果有溢出？取偏差值e(k)e(k)大于0？輸出值u(k減1輸出值u(k)加1 輸出值u(k) 數(shù)據(jù)傳送3、副回路的仿真副回路SINMULINK結(jié)構(gòu)圖圖5-2 副回路的SIMULINK結(jié)構(gòu)圖由仿真曲線可知，將副回路整定成快速隨動(dòng)系統(tǒng)。4、 主回路的仿真主回路的整定是建立在副回路可以等效為一個(gè)快速比例環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上的。圖5-7 主回路的SIMULINK結(jié)構(gòu)圖5、外擾下的仿真分析下面對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，并分析在

21、各種擾動(dòng)下系統(tǒng)的穩(wěn)定性。串級(jí)三沖量系統(tǒng)的SIMULINK結(jié)構(gòu)圖如圖5-14所示：圖5-14 串級(jí)三沖量系統(tǒng)的SIMULINK結(jié)構(gòu)圖串級(jí)三沖量系統(tǒng)的仿真中我們可以看出，系統(tǒng)能夠很快的穩(wěn)定于期望的值，并且波形符合一波半，系統(tǒng)的穩(wěn)定性很好，說明參數(shù)整定合理，符合設(shè)計(jì)要求。6、仿真結(jié)果分析在上述的設(shè)計(jì)與仿真中，主回路是用于校正水位偏差的，副回路的作用則是快速消除內(nèi)擾，前饋通路用于補(bǔ)償外擾，克服虛假水位現(xiàn)象。在串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)中給水流量擾動(dòng)是內(nèi)擾，串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)中主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是校正水位，這比單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的工作更為合理。當(dāng)水位發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，汽包水位變化，系統(tǒng)立刻通過水位變送器將變化

22、量反饋到主調(diào)節(jié)器，使主調(diào)節(jié)器動(dòng)作，進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而消除未進(jìn)入副回路的擾動(dòng)，穩(wěn)態(tài)時(shí)保持汽包水位等于原來設(shè)定值，維持系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。但這種擾動(dòng)發(fā)生后，系統(tǒng)是通過反饋?zhàn)饔脕磉M(jìn)行調(diào)節(jié)的，所以系統(tǒng)調(diào)節(jié)會(huì)存在一定的遲延，不如調(diào)節(jié)前饋擾動(dòng)量及時(shí)。而蒸汽流量擾動(dòng)是外擾，在串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)中當(dāng)蒸汽流量發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，蒸汽流量信號(hào)使給水調(diào)節(jié)閥一開始就向正方向移動(dòng)，保持水和蒸汽平衡，即蒸汽流量增加，給水調(diào)節(jié)閥開大，抵消了由于“虛假水位”引起的反方向移動(dòng)，因而減少了水位和給水流量的波動(dòng)幅度。主調(diào)節(jié)器的作用是校正水位偏差，最后穩(wěn)態(tài)時(shí)保持汽包水位等于原來設(shè)定值，維持系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。前饋控制的思路是這樣的，系統(tǒng)被調(diào)

23、量除了跟隨給定量變化而應(yīng)該變化外，被調(diào)量還會(huì)產(chǎn)生偏差，其原因是由于擾動(dòng)作用引起的。倘若在擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí)，就能立即進(jìn)行控制，而不是等到偏差發(fā)生后再進(jìn)行控制，這樣就可以有效地消除擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)被調(diào)量的影響。前饋控制是將擾動(dòng)信號(hào)經(jīng)前饋控制器處理后用以消除擾動(dòng)對(duì)被調(diào)量的影響，它是按擾動(dòng)進(jìn)行的補(bǔ)償控制，所以前饋控制又叫作“擾動(dòng)補(bǔ)償”。由自動(dòng)控制原理知道，擾動(dòng)補(bǔ)償屬于開環(huán)控制。前饋控制對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性無影響，只要原系統(tǒng)是穩(wěn)定的，施以前饋控制后，系統(tǒng)仍然穩(wěn)定。前饋控制只能對(duì)于可以測(cè)量的擾動(dòng)作用進(jìn)行擾動(dòng)補(bǔ)償。前饋控制器的結(jié)構(gòu)、參數(shù)取決于被控制對(duì)象與擾動(dòng)通道的特性。從仿真效果可知，串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)對(duì)各種典型影響因素的干擾均能做出快速反應(yīng)，具有較高的調(diào)節(jié)質(zhì)量和調(diào)節(jié)精度，能夠維持汽包水位的穩(wěn)定，保障機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。結(jié) 論鍋爐的汽包水位能夠間接反映鍋爐蒸汽負(fù)荷與給水量之間的平衡關(guān)系，維持汽包水位正常是保證鍋爐和汽輪機(jī)安全運(yùn)行的必要條件。汽包水