中南大學(xué)自動(dòng)化工程訓(xùn)練-燃燒爐控制系統(tǒng)

1、中南大學(xué)自動(dòng)化工程訓(xùn)練報(bào)告學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：專(zhuān)業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師：董密完成時(shí)間：2016.9目錄第一章 緒論11.1 課題背景和意義11.2本課題的任務(wù)2第二章 燃燒過(guò)程系統(tǒng)概述32.1蒸汽壓力控制系統(tǒng)和燃料空氣比值系統(tǒng)52.2爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)6第三章 系統(tǒng)辨識(shí)73.1燃燒爐蒸汽壓力控制和燃料空氣比值控制73.2爐膛負(fù)壓控制7第四章 系統(tǒng)特性分析84.1燃料控制系統(tǒng)84.2負(fù)壓控制系統(tǒng)84.3空氣流量控制系統(tǒng)9第五章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及整定105.1燃料控制系統(tǒng)105.1.1 構(gòu)建 simulink 模型105.1.2 利用PID Tunner設(shè)計(jì)燃料控制系統(tǒng)PID控制器105.1.3利用穩(wěn)

2、定邊界法整定PID參數(shù)135.1.4模塊封裝155.2蒸汽壓力控制系統(tǒng)165.3空氣流量控制系統(tǒng)175.4負(fù)壓控制系統(tǒng)前饋補(bǔ)償整定18第六章 控制系統(tǒng)仿真19第七章 心得體會(huì)20第一章 緒論1.1 課題背景和意義 燃燒過(guò)程在許多工業(yè)過(guò)程中都是必要的一環(huán)，如電廠鍋爐的燃燒問(wèn)題、流化床生產(chǎn)過(guò)程的燃燒問(wèn)題等燃燒過(guò)程的控制是燃燒過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，控制系統(tǒng)的性能直接關(guān)系到設(shè)備和工作人員的安全問(wèn)題及節(jié)能問(wèn)題，提高燃燒過(guò)程的自動(dòng)控制水平，對(duì)當(dāng)前技術(shù)改造和節(jié)能工作具有重要意義。過(guò)程控制系統(tǒng)是工業(yè)中控制系統(tǒng)的主要表現(xiàn)形式，一般指工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控變量為溫度、壓力、流量、液位、成分等變量的系統(tǒng)。鍋爐的

3、燃燒過(guò)程就是典型的過(guò)程控制的一種例子。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,電力工業(yè)對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)要求越來(lái)越高。在鍋爐的燃燒過(guò)程控制中,全過(guò)程的自動(dòng)化控制系統(tǒng)可保證送風(fēng)量與給粉量的最優(yōu)配比,使鍋爐燃燒的過(guò)程始終維持在最佳工作點(diǎn),實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性燃燒。鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的最終目的是在保持鍋爐自身設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的情況下，使鍋爐燃燒處于最佳運(yùn)行工況，降低熱量損失，提高熱能效率，并通過(guò)運(yùn)行人員在線實(shí)時(shí)的調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)，來(lái)降低含碳量和再熱器超溫問(wèn)題。鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)傳統(tǒng)采用正交試驗(yàn)獲得優(yōu)化的燃燒工況，主要是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)燃燒調(diào)整試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行，實(shí)際上試驗(yàn)工況的時(shí)間有限，鍋爐的相關(guān)燃用煤種復(fù)雜多變，使得其原有的優(yōu)化結(jié)果偏離其運(yùn)行的

4、最優(yōu)值。如果鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)繼續(xù)以此種方法運(yùn)行鍋爐，則給鍋爐運(yùn)行帶來(lái)偏差。所以，鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)須建立在鍋爐的實(shí)際運(yùn)行的基礎(chǔ)上，進(jìn)而建立鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的相似模型，然后通過(guò)控制方案的優(yōu)化，保證鍋爐燃燒效率的提高，針對(duì)不同負(fù)荷實(shí)時(shí)調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)有效運(yùn)行。 因此建立適應(yīng)現(xiàn)代化的電站鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，使得鍋爐燃燒過(guò)程在不同負(fù)荷、不同工況、不同擾動(dòng)的條件下都能保證處于最佳狀態(tài)，并且保證其經(jīng)濟(jì)型，使各項(xiàng)損失最小，進(jìn)而對(duì)鍋爐進(jìn)行各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)性和熱損失的計(jì)算，使鍋爐在不同負(fù)荷和內(nèi)外存在擾動(dòng)的時(shí)候仍然可以保證最優(yōu)狀態(tài)具有重要意義。當(dāng)狀態(tài)最佳時(shí)燃燒效率和煤耗率都處在最佳，進(jìn)而能指導(dǎo)

5、鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定。1.2本課題的任務(wù)目前燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)的研究受到許多人的關(guān)注。比如采用模糊自整定PID的控制方法，對(duì)鍋爐的燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了控制規(guī)律的設(shè)計(jì)。還有些則針對(duì)鍋爐燃燒系統(tǒng)多變量、強(qiáng)耦合、大時(shí)滯的復(fù)雜性，提出一種多變量時(shí)滯對(duì)象的控制方法，解決了在負(fù)荷變化時(shí)對(duì)象模型的參數(shù)不確定性。一部分人結(jié)合燃燒控制系統(tǒng)實(shí)際工程，提出了優(yōu)化送、引風(fēng)控制系統(tǒng)的方法，改善了控制系統(tǒng)質(zhì)量。也可以對(duì)燃燒控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真和性能分析，提出了蒸汽壓力控制系統(tǒng)采用模糊自適應(yīng)PID串級(jí)控制能增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。在實(shí)際工程中，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)往往很復(fù)雜，如果不借助專(zhuān)用的系統(tǒng)建模軟件，很難準(zhǔn)確地把一個(gè)控制系統(tǒng)的復(fù)雜模型輸入計(jì)

6、算機(jī)，對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的分析與仿真，Simulink的出現(xiàn)極大地簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)。它有兩個(gè)主要功能：仿真和連接，即該軟件可以利用鼠標(biāo)在模型窗口上搭建出所需要的控制系統(tǒng)模型，然后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析。所以在復(fù)雜系統(tǒng)的建模下，利用Simulink來(lái)模擬實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的狀況，進(jìn)行各種的事先調(diào)試能夠加快實(shí)際成果的實(shí)現(xiàn)，并能在一定的程度上減小經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。本課題主要是利用MATLAB工具箱對(duì)燃油鍋爐燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真并對(duì)控制系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析，確保燃燒系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，為燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)的分析、評(píng)估研究提供有效途徑。第二章 燃燒過(guò)程系統(tǒng)概述鍋爐是指利用各種燃料、電或者其他能源，將所盛裝的液體加

7、熱到一定的參數(shù)（2.45Mpa- 27MPa ，400-570），并對(duì)外輸出熱能的特種設(shè)備。鍋爐控制的主要目的是調(diào)節(jié)鍋爐出口的蒸汽壓力、流量和溫度，使其達(dá)到所希望的數(shù)值。為此，需要對(duì)燃料、空氣和水三者的量進(jìn)行調(diào)節(jié)。鍋爐是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，對(duì)鍋爐工況造成影響的因素之一是來(lái)自外部和內(nèi)部的擾動(dòng)，如燃料發(fā)熱量的變化或熱力系統(tǒng)工況的變化等?？刂破骰蚩刂葡到y(tǒng)根據(jù)鍋爐出口蒸汽參數(shù)實(shí)際值偏離其設(shè)定值的大小和方向，調(diào)節(jié)燃料量、空氣量和水量，使鍋爐出口參數(shù)與其所希望的值相一致。燃燒過(guò)程的主要控制系統(tǒng)燃燒控制主要由蒸汽壓力控制系統(tǒng)、燃料空氣比值控制系統(tǒng)組成。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(guò)程中蒸

8、汽的控制是通過(guò)壓力實(shí)現(xiàn)的，隨著后續(xù)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)用量不同，反映在燃油蒸汽鍋爐環(huán)節(jié)就是蒸汽壓的波動(dòng)。蒸汽壓力是衡量蒸汽供求關(guān)系是否平衡的重要指標(biāo)，是蒸汽的重要參數(shù)。蒸汽壓力過(guò)低或過(guò)高，對(duì)于金屬導(dǎo)管和負(fù)荷設(shè)備都是不利的。在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，蒸汽壓力降低，說(shuō)明負(fù)荷設(shè)備的蒸汽消耗量大于鍋爐的蒸發(fā)量;蒸汽壓力升高，表明負(fù)荷設(shè)備的蒸汽消耗量小于鍋爐的蒸發(fā)量。因此，控制蒸汽壓力，是安全生產(chǎn)的需要，是維持負(fù)荷設(shè)備正常工作的需要，也是保證燃燒經(jīng)濟(jì)性的需要。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(guò)控制所供應(yīng)的燃料量以及適當(dāng)比例的助燃空氣實(shí)現(xiàn)的。因此，蒸汽壓力是最終被

9、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。鍋爐燃燒的過(guò)程包括：鍋爐燃燒系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和蒸汽過(guò)熱系統(tǒng)。(1)燃燒系統(tǒng)燃煤運(yùn)到煤場(chǎng)后經(jīng)煤斗落在爐排上，將煤帶入爐膛燃燒同時(shí)釋放出很大的熱量，燃燒所需的空氣則由送風(fēng)機(jī)送入到煤燃燒層。其中的關(guān)鍵是風(fēng)量和煤量應(yīng)成比例以保證充分燃燒，及通過(guò)引風(fēng)設(shè)備控制爐膛負(fù)壓。圖2.0 燃燒過(guò)程示意圖1次風(fēng)機(jī)；2送風(fēng)機(jī)；3二次風(fēng)箱；4給煤機(jī)；5磨煤機(jī)；6二次風(fēng)擋板；7燃燒器；8爐膛；9汽包；10過(guò)熱器；11再熱器；12省煤器；13空氣預(yù)熱器；14引風(fēng)機(jī)；15煙囪；B燃料量；V1一次風(fēng)量；V2二次風(fēng)量；G引風(fēng)量。

10、(2)蒸汽發(fā)生系統(tǒng)及蒸汽過(guò)熱系統(tǒng)對(duì)于煙氣向水傳熱的過(guò)程，一般首先是由給水泵經(jīng)過(guò)給水管道進(jìn)入省煤器，并在同時(shí)沿下降管流入水冷壁，在其燃燒后其產(chǎn)生的煙氣會(huì)受到引風(fēng)機(jī)的引力向爐膛上方流向爐膛出口，并經(jīng)過(guò)防渣管后沖刷蒸汽過(guò)熱器，而且在管束間設(shè)置了折煙墻，再次的將熱量傳遞給管束內(nèi)的工質(zhì)，并在沿途將降低溫度的煙氣送入尾部煙道和省煤器及預(yù)熱器交換后排出鍋爐。水的汽化過(guò)程主要包括水循環(huán)和汽水分離過(guò)程，在很大意義上講它就是蒸汽的產(chǎn)生過(guò)程。鍋爐工作時(shí)，汽水混合物因受熱較弱，及自身的工質(zhì)的容重較大；一般會(huì)位于高溫區(qū)的水冷壁及對(duì)流管束，同時(shí)因受熱強(qiáng)烈，容重小的工質(zhì)則向上流入上鍋筒，容重大的工質(zhì)往下流入下鍋筒進(jìn)而形成水

11、的自然循環(huán)。水的自然循環(huán)使得鍋爐中保證了水冷壁受熱面得以冷卻而不會(huì)燒壞，和鍋爐安全可靠運(yùn)行。同時(shí)鍋爐燃燒的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是多回路的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因此當(dāng)鍋爐受到擾動(dòng)時(shí)，只有協(xié)調(diào)工作，使所有的被調(diào)量具有調(diào)節(jié)精度，所以這種調(diào)節(jié)也是相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，很難實(shí)現(xiàn)。如圖所示：圖2.0.1蒸汽發(fā)生系統(tǒng)及蒸汽過(guò)熱系統(tǒng)2.1蒸汽壓力控制系統(tǒng)和燃料空氣比值系統(tǒng)燃油蒸汽鍋爐燃燒的目的是為后續(xù)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供穩(wěn)定的壓力。一般生產(chǎn)過(guò)程中蒸汽的控制是通過(guò)調(diào)節(jié)壓力實(shí)現(xiàn)的，隨著后續(xù)環(huán)節(jié)的蒸汽用量不同，會(huì)造成燃油蒸汽壓力的波動(dòng)，蒸汽壓力的波動(dòng)會(huì)給后續(xù)的生產(chǎn)造成不良的影響，因此，維持蒸汽壓力恒定是保證生產(chǎn)正常進(jìn)行的首要條件。保證蒸汽壓力恒定的主

12、要手段是隨著蒸汽壓力波動(dòng)及時(shí)調(diào)節(jié)燃料產(chǎn)生的熱量，而燃燒產(chǎn)生熱量的調(diào)節(jié)是通過(guò)控制所供應(yīng)的燃料量以及適當(dāng)比例的助燃空氣實(shí)現(xiàn)的。因此，各個(gè)控制環(huán)節(jié)的關(guān)系如下：蒸汽壓力是最終被控量，根據(jù)生成量確定；燃料量根據(jù)蒸汽壓力確定；空氣供應(yīng)量根據(jù)空氣量與燃料量的比值確定。 圖2.1控制量示意圖2.2爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)爐膛壓力控制系統(tǒng)是火力發(fā)電廠燃燒控制系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，爐膛壓力的穩(wěn)定與否直接關(guān)系到機(jī)組運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性。所謂爐膛負(fù)壓：即指爐膛頂部的煙氣壓力。爐膛負(fù)壓是反映燃燒工況穩(wěn)定與否的重要參數(shù)，是運(yùn)行中要控制和監(jiān)視的重要參數(shù)之一。爐內(nèi)燃燒工況一旦發(fā)生變化，爐膛負(fù)壓隨即發(fā)生相應(yīng)變化。當(dāng)鍋爐的燃燒系統(tǒng)發(fā)生

13、故障或異常時(shí)，最先將在爐膛負(fù)壓上反映出來(lái)，而后才是火檢、火焰等的變化，其次才是蒸汽參數(shù)的變化。因此，監(jiān)視和控制爐膛負(fù)壓對(duì)于保證爐內(nèi)燃燒工況的穩(wěn)定、分析爐內(nèi)燃燒工況、煙道運(yùn)行工況、分析某些事故的原因均有極其重要的意義。大多數(shù)鍋爐采用平衡通風(fēng)方式，使?fàn)t內(nèi)煙氣壓力低于外界大氣壓力，即爐內(nèi)煙氣負(fù)壓，爐膛內(nèi)煙氣壓力最高的部位是爐堂頂部。當(dāng)爐負(fù)壓過(guò)大時(shí)，漏風(fēng)量增大，吸風(fēng)機(jī)電耗，不完全燃燒損失、排煙熱損失均增大。故應(yīng)保持爐膛負(fù)壓在正常范圍內(nèi)。 保證爐膛負(fù)壓的措施是引風(fēng)量和送風(fēng)量的平衡。如果負(fù)壓波動(dòng)不大，調(diào)節(jié)引風(fēng)量即可以實(shí)現(xiàn)負(fù)壓控制；當(dāng)蒸汽壓力波動(dòng)較大時(shí)，燃料用量和送風(fēng)量波動(dòng)也會(huì)很大，此時(shí)，經(jīng)常采用的控制方法

14、為動(dòng)態(tài)前饋-反饋控制。前饋控制的基本概念是測(cè)取進(jìn)入控制過(guò)程的干擾信號(hào)，在爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)中，由于蒸汽壓力波動(dòng)較大時(shí)，燃料用量和送風(fēng)量的波動(dòng)會(huì)較大，所以通過(guò)測(cè)取引風(fēng)量，就可以的到干擾信號(hào)，利用反應(yīng)較快的動(dòng)態(tài)前饋控制，就可以很好的減小干擾信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的影響。將前饋與反饋有效的結(jié)合，運(yùn)用前饋控制在擾動(dòng)發(fā)生后，及時(shí)抑制由主要擾動(dòng)引起的被控量所產(chǎn)生的偏差，同時(shí)運(yùn)用反饋控制消除其余的擾動(dòng)對(duì)負(fù)壓的影響。圖2.2 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)框圖第三章 系統(tǒng)辨識(shí)3.1燃燒爐蒸汽壓力控制和燃料空氣比值控制燃料流量被控對(duì)象為：GS=114s+1e-4s燃料流量至蒸汽壓力關(guān)系為：G(S)=6蒸汽壓力至燃料流量關(guān)系為：G(s)=1

15、/6蒸汽壓力檢測(cè)變換系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為：G(s)=2燃料流量檢測(cè)變換系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為：G(s)=6 燃料流量與控制流量比值為：G(s)=1/5 空氣流量被控對(duì)象為：Gs=411s+1e-3s3.2爐膛負(fù)壓控制引風(fēng)量與負(fù)壓關(guān)系：Gs=68s+1e-2s送風(fēng)量與負(fù)壓關(guān)系：Gs=17s+1第四章 系統(tǒng)特性分析4.1燃料控制系統(tǒng)燃料流量被控對(duì)象為：GS=114s+1e-4s將其轉(zhuǎn)換成MATLAB程序：num = 1;den = 14 1;G=tf(num,den,InputDelay,4);Gp=pade(G,3);rlocus(Gp) 由根軌跡可知，當(dāng)增益為小于56時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定，而該函數(shù)的增益為1，故對(duì)應(yīng)

16、的閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。4.2負(fù)壓控制系統(tǒng)引風(fēng)量與負(fù)壓關(guān)系：Gs=68s+1e-2s。MATLAB程序：num = 6;den = 8 1;G=tf(num,den,InputDelay,2);G_LeAir_NegPres =pade(G,3);rlocus(G_LeAir_NegPres)當(dāng)增益為6時(shí)，對(duì)應(yīng)的閉環(huán)特征方程的根位于負(fù)半軸，所以對(duì)應(yīng)的閉環(huán)函數(shù)穩(wěn)定。4.3空氣流量控制系統(tǒng)空氣流量被控對(duì)象為：Gs=411s+1e-3s。MATLAB程序：G_Air =tf(4,11 1,inputdelay,3);margin(G_Air);Gm,Pm,Wg,Wp=margin(G_Air)Gm =1.6

17、 Pm =44幅值穩(wěn)定裕量為和相位穩(wěn)定裕量均大于零，故系統(tǒng)穩(wěn)定。第五章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及整定5.1燃料控制系統(tǒng)5.1.1 構(gòu)建 simulink 模型數(shù)學(xué)模型中的傳遞函數(shù)由TransferFcn模塊、TransportDelay模塊實(shí)現(xiàn)，PID控制器由Gain模塊、Integrator模塊實(shí)現(xiàn)。l Constant模塊：設(shè)定Constantvalue為20，表示蒸汽壓力的設(shè)定值。l Gain模塊：雙擊模塊，分別設(shè)置為1.15，0.1，1.0，0.15。分別代表燃料流量調(diào)節(jié)器Kp，燃料流量調(diào)節(jié)器Ki，空氣流量調(diào)節(jié)器Kp，空氣流量調(diào)節(jié)器Ki。l Sum模塊：雙擊模塊，在彈出的參數(shù)對(duì)話(huà)框中設(shè)定

18、Listofsigns。其中設(shè)定為，表示負(fù)反饋控制系統(tǒng)。l Uniform Random Number模塊：雙擊模塊，取默認(rèn)值，表示系統(tǒng)受幅值為1的隨機(jī)干擾。l TransferFcn模塊：雙擊模塊，在彈出的參數(shù)對(duì)話(huà)框中設(shè)定Numerator coefficient、Denominator cofficient。l TransferDelay模塊：雙擊模塊在彈出的對(duì)話(huà)框中設(shè)定TransportDelay中的Timedelay為3，表示燃料流量控制的延遲時(shí)間為3；設(shè)定TransportDelay1中的Timedelay為2，表示空氣流量控制的延遲時(shí)間為2。5.1.2 利用PID Tunner設(shè)計(jì)

19、燃料控制系統(tǒng)PID控制器PID模塊位于MATLAB SIMULINK的coutinuous庫(kù)中，利用此模塊，可以方便的按自己的要求整定PID的各種參數(shù)。在Controller下拉菜單中選擇PI結(jié)構(gòu)模式，Time-domain選項(xiàng)選擇連續(xù)域模式。選擇好模式之后，單擊Apply，然后單擊Tune按鈕，PID Tuner會(huì)自動(dòng)在系統(tǒng)默認(rèn)的工作點(diǎn)處對(duì)模型進(jìn)行線性化處理，設(shè)計(jì)出控制器的參數(shù)。在界面的下方，有用來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的滾動(dòng)條工具，通過(guò)滾動(dòng)條可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。 PID自動(dòng)調(diào)節(jié)模塊界面得到滿(mǎn)意的響應(yīng)曲線之后，單擊Apply按鈕，PID Tuner自動(dòng)設(shè)計(jì)的參數(shù)就已經(jīng)寫(xiě)入到了參數(shù)設(shè)置框中，如圖

20、所示。圖45 PID參數(shù)5.1.3利用穩(wěn)定邊界法整定PID參數(shù)首先使KI=0，調(diào)整KP使系統(tǒng)臨界振蕩，由BODE圖知，單位負(fù)反饋時(shí)，KP= 6.1512附近系統(tǒng)振蕩，則當(dāng)負(fù)反饋系數(shù)為6時(shí)，KP=1.0252時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)振蕩。利用穩(wěn)定邊界法整定PID三個(gè)參數(shù)。先選取較大的Kp，例如100，使系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定的增幅振蕩，然后采取折半取中的方法尋找臨界增益，例如第一個(gè)點(diǎn)是Kp=50，如果仍未增幅振蕩則選取下一點(diǎn)Kp=25，否則選取Kp=75。直到出現(xiàn)等幅振蕩為止。截出相應(yīng)的響應(yīng)曲線圖形系統(tǒng)臨界振蕩仿真框圖及其振蕩響應(yīng)如圖所示。此時(shí)Kcr=1.04按照穩(wěn)定邊界法計(jì)算PID參數(shù)。穩(wěn)定邊界法的計(jì)算公式如表1

21、所示。調(diào)節(jié)規(guī)律KpKiKdP0.5KpPI0.455Kp0.535Kp/TPID0.6Kp1.2Kp/T0.075Kp*T記錄此時(shí)的振蕩周期T=15s和比例系數(shù)Kcr=1.04，則有KP=0.455*Kcr=0.4732，KI=0.535KPT=0.0169。系統(tǒng)的響應(yīng)如下圖所示。PID Tunner和穩(wěn)定邊界法的對(duì)比5.1.4模塊封裝將燃料流量調(diào)節(jié)器、空氣流量調(diào)節(jié)器模塊封裝起來(lái)，如圖所示，選擇要封裝的模塊，右擊并選擇Create Subsystem命令。封裝會(huì)使模型簡(jiǎn)介，增強(qiáng)模型的可讀性，封裝后如下圖所示。5.2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)。系統(tǒng)

22、整定仿真框圖如圖47所示，KP=1KI=0當(dāng)，時(shí)（此時(shí)相當(dāng)于無(wú)調(diào)節(jié)器，因此系統(tǒng)最簡(jiǎn)單）。仿真結(jié)果如圖所示圖5.2蒸汽壓力控制系統(tǒng)參數(shù)整定仿真框圖圖5.2.1蒸汽壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)單位階躍輸入的仿真響應(yīng)5.3空氣流量控制系統(tǒng)圖5.3.0空氣流量控制系統(tǒng)參數(shù)整定仿真框圖圖5.3.1空氣流量閉環(huán)控制系統(tǒng)單位階躍輸入的仿真響應(yīng)5.4負(fù)壓控制系統(tǒng)前饋補(bǔ)償整定由系統(tǒng)概述可知，利用動(dòng)態(tài)前饋與反饋控制能使負(fù)壓控制系統(tǒng)達(dá)到比較好的效果，反饋控制在燃料控制系統(tǒng)和空氣流量控制系統(tǒng)中已經(jīng)詳細(xì)的論述與應(yīng)用過(guò)了，在此就前饋控制做一下討論。圖5.4 前饋控制原理圖在圖412中實(shí)現(xiàn)部分為未引入控制措施前的控制框圖，虛線部分為所

23、引入的控制部分。Gf(s)G3(s)為干擾源至系統(tǒng)輸出的干擾通道傳遞函數(shù)；Gd(s)為前饋調(diào)節(jié)器函數(shù)；G2(s)G3(s)為干擾源至系統(tǒng)輸出的控制通道傳遞函數(shù)；G1(s)為給定環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)。系統(tǒng)輸出為：Y=XG1G2G3+M(GdG2+Gf)G3由上式可知，消除可測(cè)干擾M的影響，令M的系數(shù)為0，得Gd=-GfG2。因此，可以得到負(fù)壓控制系統(tǒng)前饋補(bǔ)償函數(shù)為：Gs=-8s+142s+6圖5.4.1負(fù)壓前饋反饋控制系統(tǒng)參數(shù)整定仿真框圖第六章 控制系統(tǒng)仿真由之前各個(gè)步驟的仿真，最后搭建完整的系統(tǒng)Simulink仿真框圖，同時(shí)為了模擬真正的工業(yè)控制環(huán)境，引入了幅值為-1至1的噪聲干擾信號(hào)： 圖6.0 燃燒爐控制系統(tǒng)仿真框圖引入干擾信號(hào)之后，系統(tǒng)較好的抑制了干擾，曲線很漂亮的達(dá)到了穩(wěn)定。示波器的波形由上至下一依次為：蒸汽壓力設(shè)定值波形、