锅炉汽包水位串级三冲量控制系统的设计毕业论文

《锅炉汽包水位串级三冲量控制系统的设计毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锅炉汽包水位串级三冲量控制系统的设计毕业论文（35页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、山东大学本科毕业论文毕 业 论 文（设 计）论文（设计）题目：锅炉汽包水位串级三冲量控制系统的设计姓 名 赵文涛 学 号 085135214005 学 院 控制科学与工程学院专 业 自动化 年 级 2012级 指导教师 杨西侠 2015年 7月12日摘 要 锅炉是化工、炼油、发电、造纸和制糖等工业生产过程中必不可少的重要动力设备。锅炉往往成了不少工厂不可或缺的一部分。因而，对锅炉设备中的自动控制系统进行分析研究是必要的。 锅炉是工业生产过程中重要的动力设备。锅炉水位控制系统是锅炉生产控制系统中重要的环节，对锅炉生产操作如果不合理往往会引起事故。这些事故中大部分是由于锅炉水位控制不当引起的，可见

2、锅炉汽包水位控制在锅炉设备控制系统中的重要性；汽包水位过高或者过低的后果都非常严重，因此对汽包水位必须进行严格控制。 汽包水位的控制大多采用PID控制方式，PID控制器参数的整定是在获取对象数学模型的基础上，根据某一整定规则来确定的，能进行在线调整，以适应锅炉汽包水位这样一个复杂多变的控制系统。 本文应用控制技术，设计了一种三冲量PID控制器，对锅炉汽包水位进行控制，实现了锅炉汽包水位的自动调节。并利用 MATLAB对控制系统进行仿真；结果表明，PID控制技术响应速度快、精度高，同时对虚假水位有较好的控制效果。关键词：PID控制；MATLAB；仿真；锅炉汽包水位 TitleAbstract T

3、he boiler is absolutely necessary significant power plant of industry productions process such as the chemical industry,heat edible oil,generation of electrical energy,papermaking and refines sugar and so on .As a result,it is indispensable systematically to analyze research to the automatic control

4、 in the boiler installation.The boiler is the Power Plant that the whole factory,.Segment that the boiler water level control system is the most significant in the boiler.To boiler production operation,if unreasonable will often cause the accident. The majority of these accidents are boiler water mo

5、nitor causing improper, obviously the importance of boiler drum water level control in the Boiler device control system.Drum water level is too high or too low,the consequences are very serious,so the water level must be tightly controlled.The traditional control mode of the drum water level mostly

6、uses PID.PID tuning parameters to obtain the object is based on the mathematical model,based on a tuning rules to determine,on-line can be adjusted to suit the boiler drum level control such a complex system.In this paper,control technology,the design of a three impulse PID on boiler drum level cont

7、rol to achieve the automatic adjustment of boiler feed water.And control systems using MATLAB simulating;results show,PID technology,fast response,high accuracy,while false water level has good control effect.Keyword:PID;MATLA;boiler feed water;simulating目 录 1、概述 .12、给水被控对象的动态特性.3 2.1 汽包水位的动态特性.3 2.

8、2 各种扰动下水位变化的动态特性.3 2.2.1 给水流量扰动下对象的动态特性.3 2.2.2 蒸汽流量扰动下对象的动态特性.43、串级三冲量给水控制系统的设计7 3.1 锅炉给水设备及管路连接.7 3.2串级三冲量给水控制系统.7 3.2.1 给水控制系统概况7 3.2.2 串级三冲量给水控制系统的工作原理8 3.2.3 串级三冲量给水控制系统的SAMA图9 3.3 调节器的选择.10 3.4 串级三冲量给水控制系统的参数整定.10 3.4.1 主、副调节器的参数整定.10 3.4.2 前馈通路的设计.134、串级三冲量给水控制系统的仿真15 4.1 MATLAB概述.15 4.2 串级三冲

9、量给水控制系统的仿真.15 4.2.1副回路的仿真16 4.2.2主回路的仿真17 4.2.3外扰下的仿真分析20 4.3仿真结果分析.235、结 论.25参考文献26附录27致谢28引言电厂热工自动化水平的高低是衡量电厂生产技术的先进与否和企业现代化的重要标志。其中，汽包锅炉给水及水位的调节已经完全采用自动的方式加以控制，在不需要操作人员干预的情况下，可以很好的完成生产过程中的给水及水位控制，大大提高了生产效率。汽包锅炉给水控制系统的任务是使给水量适应锅炉蒸发量，并使汽包中水位保持在一定的范围内。只有保证汽包水位的波动在允许范围内，才能实现机组安全经济运行。因此，汽包水位是影响整个机组安全经

10、济运行的重要因素，所以就要有一套较好的控制方案，来实现汽包水位的控制。 目前工业汽包锅炉的给水调节系统有三种基本结构：单冲量调节系统结构、单级三冲量调节系统结构、串级三冲量调节系统结构。其中，串级三冲量调节方式，采用主、副两个调节器。两调节器任务分工明确，整定相对容易，而且不要求稳态时给水流量信号与蒸汽流量信号完全相等，易于得到较好的调节品质，因此现场多采用此控制方式。在串级控制系统中，参数的整定也是非常重要的，由于在系统中所设计的对象是确定的，所以只有对调节器进行整定，控制系统的参数整定有理论计算方法和工程整定方法，理论计算方法是基于一定的性能指标，结合组成系统各环节的动态特征，通过理论计算

11、求得调节器的动态参数设定值；而工程整定法，则是源于理论分析，结合实验、工程实际经验等一套工程上的方法，其具体方法将在本设计中体现。本设计的目的是采用串级三冲量给水控制系统控制汽包水位，使其平稳运行，并通过MATLAB仿真，证明所设计的系统可以很好的克服系统的内外扰动，实现汽包锅炉水位控制的要求。 第一章 概 述电能由于其固有的优点而成为国民经济各领域最广泛使用的能量，从而成为人类社会生产和生活中时刻不能离开的二次能源。热力发电厂是电力工业的重要组成部分,我国的火力发电占70%左右，目前的大型燃煤电厂都已经有了非常先进的自动控制系统.电厂热工自动化水平的高低是衡量电厂生产技术的先进与否和企业现代

12、化的重要标志。锅炉由汽锅和炉子组成。炉子是指燃烧设备，为化石烯料的化学能转换成热能提供必要的燃烧空间。汽锅是为汽水循环和汽水吸热以及汽水分离提供必要的吸热和分离空间。从系统角度看，现代工业锅炉包括燃烧负荷控制系统、送引风系统、给水控制系统和辅助控制系统。其结构如图1-1：图1-1 锅炉控制系统总图锅炉汽包水位是锅炉安全运行的一个主要参数，水位过高会使蒸汽带水带盐，严重的将引起整体品质下降，严重影响生产和安全；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损坏，尤其是大型锅炉，一旦控制不当，容易使汽包满水或汽包内的水全部汽化，造成重大事故。故锅炉汽包给水控制系统的任务是保证汽包水位在允

13、许的范围内，并兼顾锅炉的稳定运行.随着锅炉朝大容量、高参数的发展，给水系统采用自动控制是必不可少的，它可以大大减轻运行人员的劳动强度，保证锅炉的安全运行。给水自动调节也叫水位自动调节，其主要任务是：(1)维持锅炉水位在允许的范围内，使锅炉的给水量适应于蒸发量。水位过高会影响汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增加，使过热器管壁和气轮机叶片结垢，造成事故。水位过低，则会破坏汽水正常循环，以致烧坏受热面。所以，正常运行时汽包水位应在给定值的15mm上下范围波动。(2)保持给水量稳定。给水量稳定，有助于省煤器和给水管道的安全运行。上述两个任务中，第一个任务尤为重要。实践证明，无论是电站锅炉，

14、或者是工业锅炉，用人工操作调节水位，既不安全，也不经济，其最有效的方法是实现给水自动调节。第二章给水被控对象的动态特性水位调节对象是没有自平衡能力的，而影响汽包水位变化的因素主要有：蒸汽流量D,给水量W，炉膛热负荷（燃料量M）,汽包压力P等。2.1 汽包水位的动态特性影响汽包水位变化的因素很多，主要有燃煤量、给水量和蒸汽流量。燃煤量对水位变化的影响是非常缓慢的，比较容易克服。因此，我们主要考虑给水量和蒸汽流量对水位的影响。锅炉水位调节对象的原理结构如图2-1所示。图2-1 给水调节对象结构图1-给水母管；2-调节阀；3-省煤器；4-汽包；5-管路；6-过热器；7-蒸汽管给水调节对象的动态特性是

15、指各种扰动下的汽包水位随时间变化的特性。当扰动为阶跃扰动时，对象的动态特性称为阶跃响应曲线。2.2 各种扰动下水位变化的动态特性2.2.1 给水流量扰动下对象的动态特性图2-2为给水量扰动下水位阶跃响应曲线。图2-2中曲线1为沸腾式省煤器情形下水位的动态特性，曲线2为非沸腾式省煤器情形下水位的动态特性。图2-2 给水量扰动下水位阶跃响应曲线水位在给水扰动下的传递函数可表示为：其扰动传递函数方框图如图2-3所示，可近似认为是一个积分环节和一个惯性环节的并联或串联的两种形式。其扰动传递函数方框图如图2-3所示，可近似认为是一个积分环节和一个惯性环节的并联或串联的两种形式。图2-3 给水扰动传递函数

16、方框图2.2.2 蒸汽流量扰动下对象的动态特性蒸汽流量扰动下水位的阶跃起反应曲线如图2-4所示。当蒸汽流量突然增加（假定供热量及时跟上）时，锅炉的蒸发量大于给水流量，汽包的贮水量应等速下降，又因为汽包是无自平衡对象，所以水位的变化曲线应如图中曲线H1所示：实际上当蒸发量突然增加时，在汽水循环系统中的蒸发强度也将成比例的增大，使汽水混合物中汽泡的容积增大；又因炉膛内的发热量并不能及时增加，从而使汽包压力不断下降，降低了饱和温度，促使蒸发速度加快，汽泡膨胀，加大了汽水混合物的总体积，使水位变化过程如图中曲线H2所示。水位实际变化曲线是H1和H2 之和。 图2-4 蒸汽流量扰动下水位阶跃响应曲线H1

17、-只考虑贮水量变化的水位反应曲线；H2-只考虑水面下汽泡容积变化的水位反应曲线；H-实际水位反应曲线（H=H1+H2）两曲线的叠加，即图中的曲线H，由图可知，负荷变化时汽包水位的动态特性具有特殊的形式：负荷增加时，蒸发量大于给水量，但水位不是下降反而迅速上升；负荷突然减小时，水位却先下降，然后迅速上升，这就是“虚假水位”现象。虚假水位的变化情况和锅炉的特性有关，燃料突然减小时（如锅炉灭火），“虚假水位”约在24分钟内即达到最低值。在外部负荷突然减小时（如汽轮机甩负荷），“虚假水位”约在20秒内即达到最低值，并且，“虚假水位”达到最低值的时间和负荷达到的最低值的时间基本相同。汽轮机甩负荷扰动下的

18、“虚假水位”现象是相当严重的，这给组成水位自动调节系统带来了困难。为了维持水位在允许的范围内，运行中应对负荷的一次变动量及负荷变化速度加以限制。从各种扰动下水位的动态特性可估计到水位调节的一些缺点：由于存在延迟，等到水位偏离规定值后再去进行调节，水位必然会有较大的变化（尤其是水位反应快的锅炉），水位的偏差也大；在负荷变化时，由于“虚假水位”现象，水位将迅速变化，这种变化幅度不可能用调节给水量来减小。为维持水位在允许的范围内，必须限制负荷的一次改变量和负荷变化速度；在负荷变化后的开始阶段，给水流量和负荷的变化方向相反，如果忽视“虚假水位”现象的存在，盲目根据“水位”来调节给水量，将会扩大锅炉进出

19、流量的不平衡，使水位波动加剧，实际工作中应当防止和避免。第三章 串级三冲量给水控制系统的设计3.1 锅炉给水设备及管路连接典型的锅炉给水母管连接如图3-1所示。图3-1 母管制锅炉给水系统示意图在图3-1中，#1门是主给水调节阀，#2门是备用主给水调节阀，这两个阀门允许通过100%负荷的给水量；#3门是旁路给水调节阀，允许通过25%30%左右负荷的给水量。为了防止调节阀全闭时漏流，各条管路上都安装了电动截止门#4，#5和#6。为了检修方便，在主给水管路上又安装了总的电动截门#7。此外还装有锅炉点火时省煤器用再循环门和事故放水电动截止门#8和#9。3.2串级三冲量给水控制系统3.2.1 给水控制

20、系统概况锅炉的汽包水位能够间接反映锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系，维持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口的蒸汽水分含量过多，导致过热器管壁结垢而被烧坏，也使过热蒸汽温度急剧变化，直接影响机组的稳定运行。汽包水位过低，可能破坏锅炉水循环，导致水冷壁管被烧坏。汽包锅炉给水控制系统地作用是使锅炉的给水量自动适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在规定的范围内波动。汽包水位H是汽包中储水量和水面下汽包容积的综合体现，不仅受汽包储水量变化的影响，还受汽水混合物中汽包容积变化的影响。其中主要的扰动为给水流量W、锅炉蒸发量D、汽包压力、炉

21、膛热负荷等，其对水位的影响各不相同。其中给水流量和蒸汽流量是影响汽包水位的2种主要扰动，前者来自调节侧，称为内扰，后者来自负荷侧，称为外扰。3.2.2 串级三冲量给水控制系统的工作原理国产300MW火力发电机组大型汽包锅炉的控制对象具有给水内扰动态特性延迟和惯性大的特点，且无自平衡能力，给水流量波动较大，因此，应采用三冲量给水控制系统方案。另外，控制对象在蒸汽负荷扰动（外扰）时，存在“虚假水位”现象，应此在扰动的初始阶段，调节器将使给水流量向与负荷变化相反的方向变化，加剧了锅炉的进、出流量的不平衡。因此应采用以蒸汽流量D为前馈信号的前馈控制，从而能够根据对象在外扰下虚假水位的严重程度来适当加强

22、蒸汽流量信号的作用强度，以改善蒸汽负荷扰动下的水位控制品质。串级三冲量给水控制系统的原理图如图3-2和所示。图3-2 串级三冲量给水控制系统原理方框图这个系统有三个回路，为副回路，包括给水量W、副调节器、执行器放大系数、阀门系数、给水流量变送器斜率和给水流量分压系数；为主回路，包括水位被控对象、水位变送器斜率、主调节器和副回路；位前馈通路，包括蒸汽流量变送器斜率和蒸汽流量分压系数、副回路和被控对象。这个系统中使用了两个调节器，构成串级控制系统。为保证被调量无静差，主调节器采用PI控制规律，副调节器采用PI或P控制规律，副调节器接受三个输入信号，信号之间有静态配合问题，但系统的静态特性由主调节器

23、决定，因此蒸汽流量信号并不要求与给水流量信号相等。副回路的作用主要为快速消除内扰，主回路用于校正水位偏差，而前馈通路则用于补偿外扰，主要用于克服虚假水位现象。3.2.3 串级三冲量给水控制系统的SAMA图 下图为串级三冲量给水控制系统的SAMA图：图4-3 串级三冲量给水控制系统的SAMA图3.3 调节器的选择调节规律是指调节器输出信号与其输入信号之间的动态关系，从理论上说可有各种形式的函数关系，也就是比例调节规律、积分调节规律、微分调节规律。比例调节规律的特点是控制及时，控制作用贯穿整个调节过程，因此它是基本的调节作用。然而比例调节不能保证系统无差。积分作用可以实现无差调节，只要偏差存在，积

24、分控制作用一直增加；换言之，只有偏差为零时，积分作用才停止变化，这表明系统达到再次稳定状态时，被调量的偏差必然为零.微分调节规律是调节器输出的控制作用与其偏差输入信号的变化速度成正比。微分调节作用的大小仅与偏差信号的变化速度有关，而与偏差值大小无关。比例调节作用是最基本的调节作用，而积分和微分作用为辅助调节作用。比例作用贯彻于整个调节过程之中，积分作用则体现在调节过程的后期，用于消除静态偏差，微分调节作用则体现在调节过程的初期。主、副回路调节器调节规律的选择原则：（1）主参数控制质量要求不十分严格，同时在对副参数的要求也不高的情况下，为使两者兼顾而采用串级控制方式时，主、副调节器均可采用比例控

25、制。（2）要求主参数波动范围很小，且不允许有余差（稳态误差），此时副调节器可采用比例控制，主调节器采用比例积分控制。（3）主参数要求高，副参数亦有一定的要求，这时主、副调节器均采用比例积分形式。3.4 串级三冲量给水控制系统的参数整定3.4.1 主、副调节器的参数整定在串级三冲量给水控制系统中，副回路是一个调节器，一般用试探法整定副回路的和。主回路参数整定是把副回路等效成一个比例环节，然后用经验公式进行整定；前馈通路的选择是基于“虚假水位”而定的。它主要是为了补偿“虚假水位”现象。下面分别对它们进行参数整定。副回路可看作一个随动系统，如图3-4所示。图3-4 副回路等效图把调节阀和普通管道系统

26、作为被调对象，则作为以外的环节都作为等效调节器。若采用型如的调节规律，则 （3-1）式中-副调节器比例带； -副调节器积分时间。调节器的比例带和积分时间 都应该取得很小，给水流量信号和蒸汽流量信号的分压系数、 一般均取为1。当给水被控对象“虚假水位”严重时，需加大蒸汽流量信号的作用强度，以改善控制过程品质，此时可取，并通过试验来减小，/ 最好为整数（一般为2，即=0.5）。由于内回路快速随动，故副调节器也可用纯比例型调节器。 式（3-1）表明，副回路的等效调节器也可看作一个PI规律的调节器。 （3-2）副回路的对象为，可近似为比例环节，所以调节器的比例带和积分时间都可以整定得很小，实际应用中，

27、、可通过试验获得；因此副回路也是整定和的问题，一般也用试探法求得。主回路的整定是建立在副回路可以等效为一个快速比例环节基础上的。它的示意图如图3-5所示，其中为等效副回路。图3-5 主回路等效图把看成是被控对象，其余的环节可看成是等效调节器。若： 也是一个PI调节器。 （3-3）和为已知，所以回路只要整定、和的问题，用以下经验公式整定： 所以 由式（3-2）和式（3-3）两式可知：即当增加时，内回路稳定性降低，外回路稳定性增强，反之相反。一般取=1，则只需整定、和。则有 3.4.2 前馈通路的设计 前馈通路的简化图见图4-6，通路中的选择是基于“虚假水位”情况而定的。图3-6 前馈通路等效图前

28、馈通路中完全补偿条件为： （3-4）若前馈通路的设计只考虑静态补偿，且与的静态比值为一常数，则有：其中是虚假水位现象决定的常数，虚假水位现象严重时，值大，反之值小。负号表示前馈调节方向与虚假水位方向相反。由式（3-4）可得量的关系在负荷开始变化时，为使蒸汽流量信号更好地补偿虚假水位现象，改善负荷扰动时调节过程的质量，一般使蒸汽流量信号大大高于给水流量信号，即令。这时有 若，则 第四章 串级三冲量给水控制系统的仿真4.1 MATLAB概述火电厂是高度重视安全生产的企业之一，控制系统一旦投入运行，是不允许无关人员随便乱动的。因此，对控制系统的分析研究和自动化人员生产技能的培训只能在仿真控制系统上进

29、行。MATLAB是Mathworks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境。利用MATLAB软件中的SIMULINK功能可对自动控制系统进行仿真研究。实践证明，利用MATLAB对自动控制系统进行仿真，具有安全、可靠、节省人力、物力和财力等优点，它为加快大型火电机组热工自动控制系统的调试速度，提高火电厂热工自动控制系统的投入率，又提供了一个新的方法和手段。4.2 串级三冲量给水控制系统的仿真系统参数：给水流量传函 ： 蒸汽流量传函 ： 负荷从0100t/h变化时，开方器输出0100mA调节器输

30、出从010mA变化时，阀门开度变化0%100%，即执行器放大系数 。阀门系数=2 t/h/%，给水量及蒸汽流量变送器斜率= 0.083V/t/h，水位变送器：在最大的水位波动范围mm内，变送器输出电压是010V，所以，水位变送器斜率=0.033（V/mm）4.2.1副回路的仿真由第三章的分析结果可知，可以把副回路作为一般的回路来分析，由于执行器、调节阀和都可以认为是一个比例环节，将第四章图4-4中的KZ、看作被控对象，这样副回路由调节器和广义被控对象K=KZ组成，所以可进一步等效为图5-1：图4-1 等效方框图由图我们可以算得：=10210.083=1.6根据经验法，将、取的很小，一般情况下积

31、分时间，试探过程中，可以任意设置值，就可以得到一个满意的比例带值:=副回路SINMULINK结构图及仿真图见图4-2和图4-3。图4-2 副回路的SIMULINK结构图图4-3 副回路的仿真图由仿真曲线可知，将副回路整定成快速随动系统。4.2.2主回路的仿真主回路的整定是建立在副回路可以等效为一个快速比例环节基础上的。它的示意图如图5-4所示，其中为等效副回路。图4-4 主回路等效图根据第三章的参数整定过程，带入数据可以求得： 主回路SINMULINK结构图及仿真图见图4-5和图4-6。图4-5 主回路的SIMULINK结构图图4-6 主回路的仿真图上图中纵坐标的表示相对水位，也就是期望达到的

32、稳定水位，这里稳定值设为1。从主回路SIMULINK仿真图可以看出，虽然仿真曲线最终能达到稳定值1，但是并不理想，这是因为我们在整定主回路的时候把等效副回路 中的给水流量信号的分压系数的值取为了0.5，所以下面用试探法修改参数，并进行仿真。修改参数后主回路的SIMULINK结构图如图4-7所示：图4-7 主回路的SIMULINK结构图修改参数后的主回路仿真图如图5-8所示：图4-8 主回路的仿真图修改参数后的主回路的仿真曲线是一波半，显示出很好的控制特性，并能稳定在稳定值1，这是因为在进行参数整定的时候，为了不降低副回路控制过程的快速性，同时要减小副调节器的比例带 ，为了配合方便，/ 最好为整

33、数（一般为2，即=0.5），而在一般情况下，若要求在负荷不变的情况下，水位无静差，给水流量信号的分压系数一般都取为1。动态性能分析：稳态是控制系统能够运行的首要条件，因此只有当动态过程收敛时，研究系统的动态性能才有意义。从图4-8可看出，系统能够收敛于固定值，所以我们计算下图的性能指标。图4-9 主回路仿真图从图4-9可知：延迟时间：响应曲线第一次到达其终值一半所需的时间=25s上升时间：响应从终值10%上升到终值90%所需的时间=40s峰值时间：响应超过其终值到达第一个峰值所需的时间=77s调节时间：响应到达并保持在终值内所需的时间=300s超调量：响应的最大偏离量与终值的差与终值比的百分数

34、，即从求得的性能指标看，参数修改后的系统性能要更好。4.2.3外扰下的仿真分析下面对整个系统进行仿真实验，并分析在各种扰动下系统的稳定性。图4-10和4-11分别为在给水流量扰动下，系统的SIMULINK结构图和仿真图，从物质平衡的观点来看，加大了给水量G，水位应该立即上升，但实际上并不是这样，而是经过一段迟延，甚至先下降后再上升，而仿真曲线说明了系统在克服了给水量扰动下的水位变化特性，系统在给水流量扰动下能回到期望水位0，（这里表示给水流量扰动下的相对水位）所以系统的的性能良好。图4-10 给水流量扰动下的SIMULINK结构图图4-11 给水量扰动下的水位变化仿真图图4-12和图4-13分

35、别为在蒸汽流量扰动下的SIMULINK结构图和仿真图，由仿真曲线可以看出，系统在蒸汽流量扰动下存在虚假水位现象被很好的克服。产生虚假水位的原因是由于负荷增加时，在汽水循环回路中的蒸发强度也将成比例的增加，水面下汽泡的容积增加得也很快，此时燃料量M还来不及增加，汽包中汽压下降，汽包膨胀，使汽泡体积增大而水位上升，同给水扰动一样，在经历了一段的波动后，回到了期望值，并逐渐趋于平稳。图4-12 蒸汽流量扰动下的SIMULINK结构图图4-13 蒸汽流量扰动下水位变化仿真图串级三冲量系统的SIMULINK结构图如图5-14所示：图4-14 串级三冲量系统的SIMULINK结构图串级三冲量系统的仿真图如

36、图5-15所示：图4-15 串级三冲量系统仿真图从图中我们可以看出，系统能够很快的稳定于期望的值，并且波形符合一波半，系统的稳定性很好，说明参数整定合理，符合设计要求。4.3仿真结果分析在上述的设计与仿真中，主回路是用于校正水位偏差的，副回路的作用则是快速消除内扰，前馈通路用于补偿外扰，克服虚假水位现象。在串级三冲量给水控制系统中给水流量扰动是内扰，串级三冲量给水控制系统中主调节器的任务是校正水位，这比单级三冲量给水控制系统的工作更为合理。当水位发生扰动时，汽包水位变化，系统立刻通过水位变送器将变化量反馈到主调节器，使主调节器动作，进行调节，从而消除未进入副回路的扰动，稳态时保持汽包水位等于原

37、来设定值，维持系统安全可靠的运行。前馈控制是将扰动信号经前馈控制器处理后用以消除扰动对被调量的影响，它是按扰动进行的补偿控制，所以前馈控制又叫作“扰动补偿”。由自动控制原理知道，扰动补偿属于开环控制。前馈控制对系统的稳定性无影响，只要原系统是稳定的，施以前馈控制后，系统仍然稳定。前馈控制只能对于可以测量的扰动作用进行扰动补偿。前馈控制器的结构、参数取决于被控制对象与扰动通道的特性。从仿真效果可知，串级三冲量给水控制系统对各种典型影响因素的干扰均能做出快速反应，具有较高的调节质量和调节精度，能够维持汽包水位的稳定，保障机组的安全稳定运行。第五章 结 论锅炉的汽包水位能够间接反映锅炉蒸汽负荷与给水

38、量之间的平衡关系，维持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口的蒸汽水分过多，导致过热器管壁结垢而被烧坏，也使过热蒸汽温度急剧变化，直接影响机组的稳定运行。汽包水位过低，可能破坏锅炉水循环，导致水冷壁管被烧坏。在这个基础上我们设计了一种水位的控制系统串级三冲量给水控制系统。三冲量控制系统是在双冲量控制系统的基础上引入给水流量信号，利用水位、蒸汽流量和给水流量三个参数进行液面控制。在这个控制系统中，汽包水位是被控量，是主冲量信号；蒸汽流量、给水流量是两个辅助冲量信号。该控制系统经过给水流量和蒸汽流量扰动下的仿真实验，能有效地克服

39、虚假水位和给水干扰对控制系统的影响。极大地提高了控制系统的性能，改善了高压汽包的运行状况，使高压汽包的液位波动很小，液位控制非常平稳。通过系统在校正前后的各项性能指标的比较可以得出：加入比例积分调节器的控制系统，系统的稳态误差趋于零，消除了静差，但同时却降低了原有系统的稳定性。在控制理论中我们知道，比例带增加时，系统的开环传递函数的放大系数减小，系统的稳定性提高。反之，系统的稳定性降低。因此，为了获得更好的控制效果在实际整定中适当地增大了比例带。本文在设计时由于设计者能力有限，难免有一些漏洞，希望各位老师指出错误，我将虚心的接受并加以改进。参考文献1 张本贤，热工控制与运行，中国电力出版社，2

40、0062 王沫然，MATLAB与科学计算（第三版），电子工业出版社，20123 孙传友、张一，现代检测技术及仪表（第二版），高等教育出版社，20124 王划一、杨西侠、林家恒，现代控制理论基础，国防工业出版社，20115 李正军，计算机控制系统（第二版），机械工业出版社，20097 黄忠霖，控制系统MATLAB计算机仿真，国防工业出版社，20038 王加璇、姚文达，电厂热力设备及其运行，中国电力出版社.。9979 李国勇、何小刚、闫高伟，过程控制系统，电子工业出版社（第二版），201210 刘士荣，计算机控制系统（第二版），机械工业出版社，2012 附 录本设计所用SAMA图示：致 谢毕业设计是我们大学专升本的最后一课，是给我们自己动手的一次非常好的机会，我们每个人通过查阅资料，不仅学会了设计的方法，也拓展了我们的思维，对我们即将走向社会将是一次很好的锻炼。同时非常感谢我的指导老师杨西侠，在设计过程中，她给我提供了大量的资料，并进行耐心细致的指导，在对我的设计思路、仿真实验和结果上都提出了很好的建议，为我能够及时完成设计提供了莫大的帮助。在整个过程中对我提出的问题都耐心解答，她的这种敬业精神值得我们这些即将走向工作岗位的每一个人学习，在此，再一次向杨西侠老师表示敬意和感谢。最后，十分感谢论文评审组的各位教授、老师，感谢你们在百忙之中，抽出宝贵的时间，提出你们宝贵的意见，谢谢！27