蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、學(xué) 號(hào)： 課內(nèi)實(shí)踐題 目蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)學(xué) 院自動(dòng)化學(xué)院專 業(yè)班 級(jí)姓 名指導(dǎo)教師李向舜年月日課內(nèi)實(shí)踐任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 李向舜 工作單位： 自動(dòng)化學(xué)院 題 目: 蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng) 初始條件：1.先修課程:“調(diào)節(jié)儀表與過(guò)程控制系統(tǒng)”、“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”、“傳感與檢測(cè)技術(shù)”、“自動(dòng)控制理論”等。2.熟練使用MATLAB軟件、Protel軟件等。3. 主要涉及的知識(shí)點(diǎn)：控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)、過(guò)程對(duì)象建模、仿真等。4.課程設(shè)計(jì)參考資料：“過(guò)程控制系統(tǒng)及儀表”、“計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)”、“PID控制原理及應(yīng)用”、“MATLAB應(yīng)用寶典”。要求完成的主要任務(wù): （包括課內(nèi)實(shí)

2、踐工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)等具體要求）1. 課內(nèi)實(shí)踐時(shí)間：8學(xué)時(shí)。2. 課內(nèi)實(shí)踐內(nèi)容:根據(jù)指導(dǎo)老師給定的題目，按規(guī)定選擇其中一套完成；至少應(yīng)包括：1）過(guò)程數(shù)學(xué)模型（2學(xué)時(shí)）能夠?qū)ιa(chǎn)某一過(guò)程進(jìn)行特性分析和建模。2） 執(zhí)行器、檢測(cè)儀表（2學(xué)時(shí)）根據(jù)生產(chǎn)需要對(duì)用到的調(diào)節(jié)閥和檢測(cè)儀表進(jìn)行選型。3） 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（2學(xué)時(shí)）根據(jù)工藝需求，完成整個(gè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，原理分析。4） 控制器參數(shù)整定（2學(xué)時(shí)）根據(jù)和工藝需求和控制方案設(shè)計(jì)控制器，并對(duì)控制器參數(shù)整定，應(yīng)用MATLAB完成仿真驗(yàn)證，完成實(shí)踐報(bào)告。3. 本課內(nèi)實(shí)踐統(tǒng)一技術(shù)要求：研讀輔導(dǎo)資料對(duì)應(yīng)章節(jié)，對(duì)選定的設(shè)計(jì)題目進(jìn)行理論分析，針對(duì)具體設(shè)計(jì)

3、部分的原理分析、建模、必要的推導(dǎo)和可行性分析，畫(huà)出系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖，具體設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)軟硬件組成，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果（仿真結(jié)果），并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)。具體設(shè)計(jì)要求包括：2. 課內(nèi)實(shí)踐說(shuō)明書(shū)按學(xué)?！罢n內(nèi)實(shí)踐工作規(guī)范”中的“統(tǒng)一書(shū)寫(xiě)格式”撰寫(xiě)，具體包括： 目錄； 該過(guò)程對(duì)象的工藝特點(diǎn)與需求分析； 結(jié)合該過(guò)程對(duì)象特點(diǎn)及系統(tǒng)功能要求完成系統(tǒng)控制方案的選擇。 設(shè)計(jì)整個(gè)控制系統(tǒng)原理框圖，并對(duì)各個(gè)組成部分進(jìn)行選型、設(shè)計(jì)、分析； 重點(diǎn)設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的控制器，并對(duì)系統(tǒng)的控制參數(shù)進(jìn)行整定； 給出系統(tǒng)示意框圖、工藝流程圖、仿真運(yùn)行結(jié)果和圖表、以及對(duì)結(jié)果分析和總結(jié)； 課程設(shè)計(jì)的心得體會(huì)（至少500字）； 參考文獻(xiàn)； 其它必要

4、內(nèi)容等。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日摘要蒸汽發(fā)生器俗稱鍋爐，是發(fā)電煉油與化工等工業(yè)部門利用燃料或其他能源的熱能把水加熱成為熱水或蒸汽的重要能源與熱源機(jī)械動(dòng)力設(shè)備。蒸汽發(fā)生器按照燃料分類可分為電蒸汽發(fā)生器、燃油蒸汽發(fā)生器、燃?xì)庹羝l(fā)生器等；按照出口壓力可分為低壓蒸汽發(fā)生器、中壓蒸汽發(fā)生器、高壓蒸汽發(fā)生器、超高壓蒸汽發(fā)生器、亞臨界壓力蒸汽發(fā)生器、超臨界壓力蒸汽發(fā)生器等。不同的蒸汽發(fā)生器蒸氣發(fā)生系統(tǒng)和處理系統(tǒng)工作原理基本相同。蒸汽發(fā)生器是一個(gè)較為復(fù)雜的控制過(guò)程，為保證提供合格的蒸氣適應(yīng)負(fù)荷需要以及安全運(yùn)行，工藝參數(shù)必須嚴(yán)格控制。被控參數(shù)有水位，蒸氣壓力，蒸氣溫度，爐膛負(fù)壓和燃-空配比等；被控變量有給水

5、量，燃料量和送風(fēng)量等。這些被控參數(shù)與控制變量間相互影響。工業(yè)上將蒸汽發(fā)生器控制主要分為液位控制系統(tǒng)，過(guò)熱蒸氣溫度控制系統(tǒng)和燃燒控制系統(tǒng)。本次課內(nèi)實(shí)踐對(duì)蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，并利用matlab對(duì)液位控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。關(guān)鍵詞：蒸汽發(fā)生器；液位控制系統(tǒng)；仿真 目錄1.需求分析12.被控參數(shù)和控制變量的選擇23.被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型33.1蒸氣流量對(duì)水位的影響33.2給水流量對(duì)水位的影響44.方案設(shè)計(jì)與選擇54.1單沖量水位控制系統(tǒng)54.2雙沖量水位控制系統(tǒng)54.3方案選擇65.變送器的選擇75.1蒸氣流量變送器的選擇75.2液位變送器的選擇76.調(diào)節(jié)器的選擇87.執(zhí)行器的選擇98.控制系

6、統(tǒng)示意圖109.仿真程序設(shè)計(jì)與仿真結(jié)果119.1仿真程序設(shè)計(jì)119.2仿真結(jié)果1410.調(diào)節(jié)器參數(shù)整定16結(jié)論20心得體會(huì)21參考文獻(xiàn)22附錄23附錄A 包含前饋控制器的仿真程序圖23附錄B 不含前饋控制器的仿真程序圖24附錄C 仿真程序代碼25本科生課內(nèi)實(shí)踐成績(jī)?cè)u(píng)定表26蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)1.需求分析液位控制的任務(wù)是使給水量與蒸汽發(fā)生器蒸發(fā)量相適應(yīng)，維持液位在工藝規(guī)定的范圍內(nèi)。蒸汽發(fā)生器液位體現(xiàn)了蒸氣流量與給水量的平衡關(guān)系，是一個(gè)重要監(jiān)控參數(shù)。液位過(guò)高，會(huì)使蒸氣帶液，過(guò)熱器結(jié)垢，影響過(guò)熱器效率；同時(shí)帶液蒸氣進(jìn)入汽輪機(jī)，會(huì)損害汽輪機(jī)葉片。水位過(guò)低，會(huì)破壞水循環(huán)而損壞蒸汽發(fā)生器。對(duì)于大型蒸汽

7、發(fā)生器，若停止給水，令存水短時(shí)間內(nèi)完全氣化會(huì)引起重大事故，甚至爆炸。因此，必須將蒸汽發(fā)生器液位控制在工藝允許范圍內(nèi)。蒸汽發(fā)生器工藝流程圖如圖1.1所示。圖1.1 蒸汽發(fā)生器工藝流程圖2.被控參數(shù)和控制變量的選擇蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)可直接選擇液位作為被控參數(shù)。影響液位變化的因素有給水量變化，蒸氣流量變化，燃料量變化，蒸汽發(fā)生器壓力變化等。蒸汽發(fā)生器壓力變化并不直接影響水位，而是通過(guò)壓力升高時(shí)的“自凝結(jié)”和壓力下降是的“自蒸發(fā)”過(guò)程影響水位。壓力變化通常是由蒸氣流量變化引起的，因此可將壓力變化歸入蒸氣流量變化因素。蒸氣流量是應(yīng)用戶需要改變的不可控因素，因此蒸氣流量不能作為液位的控制變量。燃料量變

8、化要經(jīng)過(guò)燃燒系統(tǒng)變成熱量后，才被水吸收，然后影響汽化量以改變液位。該過(guò)程傳輸滯后和容量滯后都很大，燃燒過(guò)程又有專門的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因此燃料量不能作為液位控制系統(tǒng)的控制變量。綜上所述，可作為蒸汽發(fā)生器液位控制變量的因素只有給水量。3.被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型3.1蒸氣流量對(duì)水位的影響在其他條件不變的情況下，蒸氣流量突然增加，會(huì)使蒸汽發(fā)生器物料平衡發(fā)生變化，瞬間流出量大于流入量，存水量減少。存水量瞬時(shí)減少必然使液位下降。圖3.1 蒸氣流量階躍干擾下蒸汽發(fā)生器水位響應(yīng)曲線圖3.1中的H1(t)表示將蒸汽發(fā)生器當(dāng)作非自衡單容對(duì)象看待時(shí)，汽包水位對(duì)蒸氣流量的階躍響應(yīng)曲線。但當(dāng)蒸氣流量突然增加，將導(dǎo)致壓力瞬間下降，

9、在蒸發(fā)管內(nèi)的水沸騰突然加劇，水中氣泡數(shù)量迅速增加，氣泡體積增大，使液位升高。上述現(xiàn)象稱為“虛假水位”現(xiàn)象。該現(xiàn)象對(duì)應(yīng)曲線如圖3.1H2(t)所示。蒸氣流量增加D時(shí)，水位變化實(shí)際階躍曲線如圖3.1中H(t)所示。由曲線分析得，實(shí)際水位變化H(t)為H1(t)與H2(t)的疊加。即H(t)=H1(t)+H2(t)。用傳遞函數(shù)表示為式中，為蒸氣流量作用下，階躍響應(yīng)曲線穩(wěn)定時(shí)的斜率；K2，T2分別為只考慮水面下氣泡體積變化所引起的液位變化H2(t)的放大倍數(shù)與時(shí)間常數(shù)。3.2給水流量對(duì)水位的影響圖3.2 給水流量階躍干擾下蒸汽發(fā)生器水位響應(yīng)曲線在給水流量增大時(shí)，水位階躍響應(yīng)曲線如圖3.2中H(t)所示

10、。若將液位對(duì)給水的響應(yīng)看作無(wú)自衡單容過(guò)程，水位的階躍響應(yīng)曲線如圖3.2中H1(t)所示。由于給水溫度比發(fā)生器內(nèi)飽和水的溫度低，給水會(huì)從飽和水中吸收一部分熱量，故當(dāng)給水量增大后，水中氣泡總體積減小，導(dǎo)致水位下降。以上過(guò)程的階躍響應(yīng)曲線如圖3.2中H2(t)所示。實(shí)際水位變化H(t)是H1(t)與H2(t)的疊加，即H(t)=H1(t)+H2(t)。用傳遞函數(shù)可表示為式中，為給水流量作用下，階躍響應(yīng)曲線穩(wěn)定時(shí)的斜率；K1，T1分別為只考慮水面下氣泡體積變化所引起的液位變化H2(t)的放大倍數(shù)與時(shí)間常數(shù)。4.方案設(shè)計(jì)與選擇4.1單沖量水位控制系統(tǒng)以液位為被控參數(shù)，給水量作為控制變量構(gòu)成的單回路液位控

11、制系統(tǒng)，工程上也稱單沖量控制系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如圖4.1所示。圖4.1 單沖量液位控制系統(tǒng)框圖4.2雙沖量水位控制系統(tǒng)液位的主要干擾是蒸氣流量變化。利用蒸氣流量變化信號(hào)對(duì)給水量進(jìn)行補(bǔ)償控制，就可以消除或減小“虛假水位”對(duì)液位的影響。該雙沖量液位控制系統(tǒng)的框圖如圖4.2所示。圖4.2 雙沖量液位控制系統(tǒng)框圖4.3方案選擇單沖量液位控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是所用設(shè)備少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)整定和使用維護(hù)方便。但缺點(diǎn)明顯，當(dāng)蒸氣流量突然增加時(shí)，由于虛假水位現(xiàn)象，調(diào)節(jié)器不但不及時(shí)開(kāi)大給水閥來(lái)增加給水量，反而去關(guān)小調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，減小給水量。因此，這樣當(dāng)蒸氣量增加，給水量減小使存水量減小。等到虛假水位消失后，水位會(huì)嚴(yán)重下降，

12、甚至可能會(huì)下降到危險(xiǎn)程度，引起事故。雙沖量液位控制系統(tǒng)相對(duì)單沖量控制系統(tǒng)增加了針對(duì)蒸氣流量擾動(dòng)的補(bǔ)償通道，使調(diào)節(jié)閥及時(shí)按照蒸氣流量擾動(dòng)進(jìn)行給水量補(bǔ)償，而其他干擾對(duì)水位的影響有反饋控制回路克服。這是一個(gè)前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)?？梢韵驕p小“虛假水位”現(xiàn)象對(duì)液位的影響。經(jīng)由上述比較，這里選擇雙沖量液位控制系統(tǒng)作為使用方案。5.變送器的選擇5.1蒸氣流量變送器的選擇流量一般指單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道某一截面的流體數(shù)量，即瞬時(shí)流量。把某一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道的流體數(shù)量的總和，即瞬時(shí)流量在某一段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)值，稱為總量?？衫昧髁坑?jì)獲得一段時(shí)間內(nèi)通過(guò)的物料總體積或總質(zhì)量。常用的流量檢測(cè)儀表有差壓式流量計(jì)，轉(zhuǎn)子流

13、量計(jì)，靶式流量計(jì)，橢圓齒輪流量計(jì)，渦輪流量計(jì)，電磁流量計(jì)，旋渦式流量計(jì)和超聲波流量計(jì)等。差壓流量計(jì)使用時(shí)有諸多因素制約，因此要查閱相關(guān)手冊(cè)；轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要適合于小管徑，小流量的測(cè)量；靶式流量計(jì)能測(cè)量有懸浮物，沉淀物的流體流量；橢圓齒輪流量計(jì)可能因熱脹冷縮發(fā)生齒輪卡死；渦輪流量計(jì)只能在清潔流體中使用；電磁流量計(jì)特別適合測(cè)量測(cè)量含有纖維和固體顆粒的流體；旋渦式流量計(jì)要求流體的流速分布均勻；超聲波流量計(jì)要求流體清潔且測(cè)量管前后有足夠長(zhǎng)的直管段。經(jīng)由上述比較，最終選擇渦輪流量計(jì)作為蒸氣流量變送器。5.2液位變送器的選擇通過(guò)物位測(cè)量可以獲知容器內(nèi)物質(zhì)的體積或質(zhì)量，還可以監(jiān)視或控制容器內(nèi)介質(zhì)物位，使它保持

14、在工藝要求的高度上，使過(guò)程正常進(jìn)行。蒸汽發(fā)生器可通過(guò)液位變送器檢測(cè)液位以保證安全。常用物位檢測(cè)儀表有差壓式液位變送器，電容式物位變送器和超聲波液位計(jì)等。由于蒸汽發(fā)生器使用的水含有雜質(zhì)，可能會(huì)損壞直接接觸液體的變送器，又因?yàn)檎羝l(fā)生器內(nèi)液體溫度變化較大，使用超聲波液位計(jì)會(huì)產(chǎn)生較大誤差。綜上所述，最后選擇法蘭式差壓變送器作為蒸汽發(fā)生器的液位變送器。6.調(diào)節(jié)器的選擇調(diào)節(jié)器常用比例積分微分調(diào)節(jié)裝置。比例控制P的優(yōu)點(diǎn)是控制及時(shí)，反應(yīng)靈敏，偏差越大控制力度越大；缺點(diǎn)是控制結(jié)果存在余差。積分控制I的優(yōu)點(diǎn)是控制結(jié)果可以無(wú)余差；缺點(diǎn)是控制作用是隨著時(shí)間積累逐漸增強(qiáng)的，控制動(dòng)作緩慢，控制不及時(shí)。微分控制D的特點(diǎn)是

15、能起到超前控制的作用，即按照偏差變化的速度控制，能在偏差很小時(shí)，提前增大控制作用，改善控制品質(zhì)。比例積分微分控制可以組合使用。比例積分控制PI可以減小P或I單獨(dú)使用的缺點(diǎn)，提高系統(tǒng)的控制精度。比例微分控制PD可提高系統(tǒng)的控制速度，對(duì)慣性大的對(duì)象用PD，可以改善控制質(zhì)量，減小最大偏差，縮短控制時(shí)間。比例積分微分控制PID既能快速控制，又能消除余差，具有較好的控制性能。比例積分微分控制PID的傳遞函數(shù)可以表示為微分控制D通常不用于液位控制系統(tǒng)，由于進(jìn)入水箱的液體的飛濺和湍流，液位測(cè)量往往是嘈雜的。故蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器可以選擇P或PI。這里選擇PI控制，即令上述PID傳遞函數(shù)中的。7.執(zhí)

16、行器的選擇蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)的執(zhí)行器是給水調(diào)節(jié)閥，因此蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)執(zhí)行器的選擇是調(diào)節(jié)閥的選型。過(guò)程控制中使用最多執(zhí)行器的是自動(dòng)調(diào)節(jié)閥。自動(dòng)調(diào)節(jié)閥是能夠按照輸入信號(hào)自動(dòng)改變開(kāi)度的閥門，它可以分為氣動(dòng)，電動(dòng)，液動(dòng)三大類。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥用壓縮空氣作為工作能源，能在易燃易爆的環(huán)境中工作，廣泛應(yīng)用于化工，煉油等生產(chǎn)過(guò)程中；電動(dòng)調(diào)節(jié)閥用電源工作，能源取用方便，信號(hào)傳遞迅速，但難以在易燃易爆環(huán)境中工作；液動(dòng)調(diào)節(jié)閥用液壓推動(dòng)，推力很大，一般生產(chǎn)過(guò)程中很少使用。蒸汽發(fā)生器由于使用了燃?xì)?，故其液位控制系統(tǒng)給水調(diào)節(jié)應(yīng)避免使用使用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；且給水調(diào)節(jié)不需要很大的推力，故不必使用液動(dòng)調(diào)節(jié)閥。調(diào)節(jié)閥固有流量特

17、性有直線流量特性，等百分比（對(duì)數(shù)）流量特性和快開(kāi)特性。由于蒸汽發(fā)生器內(nèi)液位變化應(yīng)盡量平緩，需要選用具有等百分比（對(duì)數(shù)）流量特性的調(diào)節(jié)閥。調(diào)節(jié)閥有氣關(guān)式與氣開(kāi)式。從工藝生產(chǎn)安全考慮，一旦控制系統(tǒng)發(fā)生故障，信號(hào)中斷時(shí)，調(diào)節(jié)閥開(kāi)關(guān)狀態(tài)應(yīng)能保證設(shè)備與人員安全。若控制信號(hào)中斷，閥處于打開(kāi)位置危害性小，則選擇氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥；反之，若閥處于關(guān)閉位置危害性小，則應(yīng)選擇氣開(kāi)式調(diào)節(jié)閥。蒸汽發(fā)生器給水管道當(dāng)控制信號(hào)中斷時(shí)應(yīng)開(kāi)大進(jìn)水閥，以避免蒸汽發(fā)生器燒干，因此選擇氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥。作用于給水調(diào)節(jié)閥的信號(hào)是電壓信號(hào)，故需要調(diào)節(jié)閥安裝有電/氣轉(zhuǎn)換器，電/氣閥門定位器。綜上所述，蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)執(zhí)行器應(yīng)選擇安裝有電/氣轉(zhuǎn)

18、換器與電/氣閥門定位器的，具有等百分比（對(duì)數(shù)）流量特性的，氣關(guān)式的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥。8.控制系統(tǒng)示意圖蒸汽發(fā)生器雙沖量液位控制系統(tǒng)示意圖如圖8.1所示。圖8.1 蒸汽發(fā)生器雙沖量液位控制系統(tǒng)示意圖圖8.1中加法器的具體運(yùn)算功能為：式中，u為調(diào)節(jié)器的輸出值；u1為蒸氣流量變送器輸出的蒸氣流量值；c0為初始偏置，c1為加法器的系數(shù)；U為加法器的輸出值。c1取正號(hào)或負(fù)號(hào)取決于氣關(guān)式或氣開(kāi)式而定，確定原則是蒸氣流量增加，給水量加大，氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥取負(fù)號(hào)，氣開(kāi)式取正號(hào)。由于執(zhí)行器選擇的是氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥，故c1取負(fù)號(hào)。c1值的確定還要考慮到靜態(tài)補(bǔ)償，將c1調(diào)整到只有蒸氣流量擾動(dòng)時(shí)，蒸汽發(fā)生器液位基本不變即可。設(shè)置c

19、0的目的是為了在正常蒸氣流量下，使調(diào)節(jié)器和加法器的輸出比較適中。9.仿真程序設(shè)計(jì)與仿真結(jié)果9.1仿真程序設(shè)計(jì)simulink仿真程序圖如圖9.1.1所示。圖9.1.1 simulink仿真程序圖圖9.1.1中各部分表示：set point：系統(tǒng)輸入（水位設(shè)定值）；disturbance：擾動(dòng)（蒸氣流量）；Gc(s)：調(diào)節(jié)器（PI）的傳遞函數(shù)；Gv(s)：執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）的傳遞函數(shù)；Go(s)：被控過(guò)程（給水流量對(duì)液位的影響）的傳遞函數(shù)；Gb(s)：前饋控制器的傳遞函數(shù)；Gd(s)：干擾通道（蒸氣流量對(duì)液位的影響）的傳遞函數(shù)；Gm1(s)：變送器1（液位變送器）的傳遞函數(shù)；Gm2(s)：變送器2

20、（蒸氣流量變送器）的傳遞函數(shù)；c1：加法器的系數(shù)；c0：初始偏置；scope：示波器。simulink不含前饋控制器的仿真程序圖如圖所示。圖9.1.2 simulink不含前饋控制器的仿真程序圖調(diào)節(jié)器Gc(s)的仿真程序圖如圖所示。圖調(diào)節(jié)器Gc(s)的仿真程序圖被控過(guò)程Go(s)的仿真程序圖如圖所示。圖被控過(guò)程Go(s)的仿真程序圖前饋控制器Gb(s)的仿真程序圖如圖所示。圖前饋控制器Gb(s)的仿真程序圖其中num1與num2的值如下所示：干擾通道Gd(s)的仿真程序圖如圖所示。圖干擾通道Gd(s)的仿真程序圖matlab仿真程序代碼如下所示：Ef=1.5K2=3T2=1E0=6K1=5T1

21、=1Kc=0.8Ti=1000num1=Ef*T2-K2num2=E0*T1-K1sim('liquid_level_control_system.mdl',80)9.2仿真結(jié)果取c0=0；t=0s時(shí)，設(shè)定水位（set point）為15，蒸氣流量（disturbance）為5；t=20s時(shí)，設(shè)定水位（set point）階躍為25，蒸氣流量（disturbance）不變；t=40s時(shí)，設(shè)定水位（set point）不變，蒸氣流量（disturbance）階躍為10。仿真結(jié)果分別如圖與圖所示：不含前饋控制器的液位控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果如圖所示。圖不含前饋控制器的液位控制系統(tǒng)的仿真結(jié)

22、果含有前饋控制器的液位控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果如圖9.2.2所示。圖包含前饋控制器的液位控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果10.調(diào)節(jié)器參數(shù)整定調(diào)節(jié)器參數(shù)整定常用的方法有穩(wěn)定邊界法，衰減曲線法，響應(yīng)曲線法，經(jīng)驗(yàn)法等。本次課內(nèi)實(shí)踐蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器為比例積分控制（PI）的參數(shù)整定選擇經(jīng)驗(yàn)法。對(duì)于PI調(diào)節(jié)器，先置Ti=，將比例系數(shù)Kc放在較大經(jīng)驗(yàn)數(shù)值上，然后逐步增大Kc，觀察被控參數(shù)的過(guò)渡過(guò)程曲線，使過(guò)渡過(guò)程達(dá)到4:1衰減比；然后，將Kc減小10%20%，將積分時(shí)間由大到小逐步增加，直至獲得衰減比為4:1過(guò)渡過(guò)程。PI調(diào)節(jié)器參數(shù)整定過(guò)程如下所示：(1) 保持Ti=1000不變，改變Kc的值：Kc=0.4圖10.

23、1 Ti=1000，Kc=0.4時(shí)的液位變化曲線Kc=0.6圖10.2 Ti=1000，Kc=0.6時(shí)的液位變化曲線Kc=0.8圖10.3 Ti=1000，Kc=0.8時(shí)的液位變化曲線Kc=1圖10.4 Ti=1000，Kc=1時(shí)的液位變化曲線由圖10.3得，當(dāng)Kc=1時(shí)，衰減比為4:1。然后將Kc適當(dāng)減小，選擇Kc=0.8。(2) 保持Kc=0.8不變，改變Ti的值：Ti=1000圖10.5 Kc=0.8，Ti=1000時(shí)的液位變化曲線Ti=100圖10.6 Kc=0.8，Ti=100時(shí)的液位變化曲線Ti=10圖10.7 Kc=0.8，Ti=10時(shí)的液位變化曲線Ti=1圖10.8 Kc=0.

24、8，Ti=1時(shí)的液位變化曲線通過(guò)觀察圖10.5至圖10.8可以得出，當(dāng)Kc=0.8時(shí)，選擇Ti=1000會(huì)使液位變化曲線的衰減比最接近4:1。綜上所述，蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器參數(shù)整定結(jié)果取Kc=0.8，Ti=1000。結(jié)論相對(duì)于單沖量液位控制，雙沖量液位控制控制品質(zhì)有很大提高。雙沖量液位控制系統(tǒng)在單沖量液位控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，利用蒸氣流量變化信號(hào)對(duì)給水量進(jìn)行補(bǔ)償控制，減小甚至消除了“虛假水位”現(xiàn)象對(duì)于液位的影響，是一個(gè)前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。但雙沖量液位控制系統(tǒng)存在以下問(wèn)題：調(diào)節(jié)閥的工作特性不一定為線性特性，要做到完全靜態(tài)補(bǔ)償比較困難；給水壓力擾動(dòng)對(duì)于液位的影響不能及時(shí)消除。因此，可在

25、雙沖量液位控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將給水流量信號(hào)作為副參數(shù)，構(gòu)成三沖量液位控制系統(tǒng)。三沖量液位控制系統(tǒng)的主沖量是液位，副參數(shù)是給水流量，前饋補(bǔ)償?shù)闹饕獢_動(dòng)是蒸氣流量。它是一個(gè)前饋-串級(jí)復(fù)合控制系統(tǒng)。副調(diào)節(jié)器通過(guò)副回路快速消除給水環(huán)節(jié)的擾動(dòng)對(duì)液位的影響，主調(diào)節(jié)器通過(guò)副調(diào)節(jié)器對(duì)水位進(jìn)行校正，使水位保持在設(shè)定值。心得體會(huì)自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，科技以及人們的日常生活中發(fā)揮著重要的作用。作為信息科學(xué)的重要分支，自動(dòng)化技術(shù)本身及其應(yīng)用領(lǐng)域得到了迅速的提高和發(fā)展。過(guò)程控制通常是指連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制，是自動(dòng)化技術(shù)最重要的組成部分之一。過(guò)程控制的主要任務(wù)是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行控制，使其保持恒定或按一定規(guī)律

26、變化，在保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全的前提下，使連續(xù)型生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)地進(jìn)行下去。大型的連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)十分復(fù)雜的大系統(tǒng)，存在不確定性，時(shí)變性以及非線性因素，控制相當(dāng)困難。實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程千變?nèi)f化，要解決生產(chǎn)過(guò)程中各種控制問(wèn)題必須采用有針對(duì)性的特殊方法與途徑。例如本次課內(nèi)實(shí)踐的內(nèi)容蒸汽發(fā)生器的生產(chǎn)過(guò)程控制影響因素有很多，該系統(tǒng)主要分為液位控制系統(tǒng)，過(guò)熱蒸氣溫度控制系統(tǒng)和燃燒控制系統(tǒng)。由于控制對(duì)象的特殊性，過(guò)程控制系統(tǒng)相對(duì)于其他控制系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：控制對(duì)象復(fù)雜，控制要求多樣；控制方案豐富；控制過(guò)程多屬于慢過(guò)程參數(shù)控制；定值控制是過(guò)程控制的一種主要控制形式；過(guò)程控制系統(tǒng)由規(guī)范化的過(guò)程檢測(cè)控制儀表組成。蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)被控對(duì)象