燃烧过程控制综合仿真实验
过程控制仿真实验
过程控制仿真实验1.背景在现代计算机系统中，多任务操作系统可以同时运行多个进程或任务。
这些进程之间可能存在资源竞争和冲突，并需要操作系统进行合理的调度和控制。
过程控制是指操作系统对这些进程的控制和管理，以确保它们按照一定的顺序和优先级进行执行，达到系统的稳定和高效运行。
因此，了解和掌握过程控制的原理和机制对于设计和优化计算机操作系统至关重要。
2.目的过程控制仿真实验的目的是通过模拟和仿真操作系统的过程控制流程来深入理解和掌握过程控制的原理和机制。
通过实际操作和观察，可以更好地理解和分析进程的调度、同步和通信等问题，从而提高操作系统的性能和可靠性。
3.方法3.1设计实验任务首先需要确定实验的任务和目标。
例如，可以设计一个进程调度实验，要求模拟操作系统对多个进程进行调度的过程。
3.2编写模拟程序根据实验任务，编写一个模拟程序，该程序包含多个进程或任务。
每个进程都有自己的优先级、执行时间和资源需求等属性。
同时，编写相应的调度算法，如先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）或轮转调度（RR）等。
3.3运行模拟程序在计算机上运行模拟程序，并观察和记录每个进程的执行情况。
可以使用图形界面或命令行界面显示进程状态、执行时间和资源占用等信息。
3.4分析和讨论结果根据模拟程序的运行结果，分析和讨论进程的调度和执行顺序。
比较不同调度算法的性能和效果，并提出改进意见和建议。
4.结果4.1不同调度算法的性能差异通过比较模拟程序在不同调度算法下的运行结果，可以分析和比较它们的性能差异。
例如，FCFS算法可能导致一些进程等待时间过长，而RR算法可以较好地平衡进程的执行时间。
4.2进程同步和通信的问题在模拟程序中，可以设置一些资源竞争和冲突的情况，以测试操作系统对进程同步和通信的处理能力。
通过观察和分析进程之间的互动和通信情况，可以发现潜在的问题和改进的方向。
4.3操作系统的优化建议通过实验结果和分析，可以提供一些针对操作系统的优化建议。
锅 炉 燃 烧 过 程控制和仿真
2
1）、变量的选择
被控变量：炉膛顶部烟气出口压力。
控制量：引风机的开度
干扰为炉膛内引风量落后于燃料量和鼓风量的控制，可能引起系统大的波动，造成不稳定因素压力变化等。
2）、系统的组成
最佳α值：α=1.2-1.4，当在α1～1、6范围内时，过剩空气系数a与烟气接近直线。当α在1、08～1、15（最佳过剩空气量8%～15%）时，烟气含氧量最优值为1.6%～3%。从上图也可看到，约在过剩空气量为15%～18%时，锅炉有最高效率。
（4）以烟气为被调节量，以燃料量为调节量的串级控制系统设计
)蒸汽压力控制系统参数整定仿真框图
由仿真结果可以看出，系统响应超调量约为25%。此时系统调节器最简单，工程上系统响应速度和稳定程度都较好
二．风量控制子系统
（1）为使锅炉适应负荷的变化，必须同时改变燃料量和空气量，同时为了达到最佳的经济燃烧，燃烧过程中应有最佳空燃比K。空燃比K是随不同的负荷和燃料品种而变化的，为此燃烧控制系统可选负荷、燃烧品种等变化来构成系统的风量控制系统，有了最佳燃烧比K及比值控制保证了燃料和空气的比值关系，但并不能保证燃料的完全燃烧。
（9）总过程
三、
1
炉膛压力是指送入炉膛内的空气、煤粉及烟气和引风机吸走的烟气量之间的平衡关系，即指炉膛顶部的烟气压力。
炉膛负压是反映燃烧工况稳定与否的重要参数，是运行中要控制和监视的重要参数之一。炉内燃烧工况一旦发生变化，炉膛负压随即发生相应变化。当锅炉的燃烧系统发生故障或异常时，最先将在炉膛负压上反映出来，而后才是火检、火焰等的变化，其次才是蒸汽参数的变化。因此，监视和控制炉膛负压对于保证炉内燃烧工况的稳定、分析炉内燃烧工况、烟道运行工况、分析某些事故的原因均有极其重要的意义。
混合氢氧燃烧性能的模拟与仿真优化研究
混合氢氧燃烧性能的模拟与仿真优化研究1.引言燃烧是一种重要的能量转化过程，在许多工业和能源领域起着关键作用。
混合氢氧燃烧作为一种新型、清洁的能源，受到了越来越多的关注和研究。
在开展实验之前，通过模拟与仿真来研究混合氢氧燃烧的性能是一种有效的方法。
本文旨在探究混合氢氧燃烧性能的模拟与仿真优化方法。
2.混合氢氧燃烧的性能参数混合氢氧燃烧的性能参数包括燃烧速度、温度分布、压力变化等。
燃烧速度是燃烧过程中燃料与氧化剂之间的化学反应速率，它影响到燃烧的能量释放和燃料利用效率。
温度分布是燃烧过程中温度的空间分布情况，它对燃料燃烧产生的热量传递和燃气排放等方面有着重要影响。
压力变化是燃烧过程中气体压力的变化规律，它关系到燃烧过程的稳定性和安全性。
3.混合氢氧燃烧的模拟方法混合氢氧燃烧的模拟方法包括数值模拟和计算流体力学（CFD）模拟。
数值模拟是通过数学模型和计算方法进行模拟，如稳态、非稳态的模拟方法，常用的有化学动力学模拟、瞬态过程模拟等。
CFD模拟是利用计算机模拟燃烧过程中流体的运动和传热过程，可以较为准确地预测燃烧的性能参数。
4.混合氢氧燃烧的优化方法混合氢氧燃烧的优化方法包括快速反应区的控制、燃烧动力学参数的调整和燃料组分比例的优化等。
快速反应区的控制可以通过调整混合氢氧比例来控制，以达到燃烧速度的调节。
燃烧动力学参数的调整可以通过改变活化能、频率因子和燃料分子量等来调整，以提高燃烧效率和热释放率。
燃料组分比例的优化可以通过优化燃料的配比来提高燃烧能力和稳定性。
5.混合氢氧燃烧的模拟与仿真优化案例以混合氢氧燃烧的燃烧速度为例，利用数值模拟方法进行了燃烧速度的优化研究。
通过调整燃气的配比和燃烧室的结构等因素，实现了燃烧速度的控制和提高。
在数值模拟过程中，采用了化学动力学模型和流体运动模型，对燃烧过程进行了仿真分析。
根据模拟结果，优化了燃烧室结构和燃气配比，在保持燃料利用率的同时，提高了燃烧速度和能量转化效率。
锅炉燃烧过程控制系统仿真
锅炉燃烧过程控制系统仿真锅炉燃烧过程控制系统仿真目的：经过该项目的训练，掌握串级控制、比值控制、前馈控制在锅炉燃烧过程控制系统的综合应用。
原理简述：燃烧过程控制系统：燃油锅炉的燃烧过程控制主要由三个子系统构成：蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统以及炉膛负压控制系统。
1 、蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统锅炉燃烧的目的是生产蒸汽供其它生产环节使用。
一般生产过程中蒸汽的控制是经过压力实现的，后续环节对蒸汽的生产用量不同，反映在蒸汽锅炉环节就是蒸汽压力的波动。
维持蒸汽压力恒定是保证生产正常进行的首要条件。
保证蒸汽压力恒定的主要手段是随着蒸汽压力波动及时调节燃烧产生的热量，而燃烧产生热量的调节是经过控制所供应的燃料量以及适当比例的助燃空气的控制实现的。
因此，蒸汽压力是最终被控制量，能够根据生成情况确定；燃料量是根据蒸汽压力确定的；空气供应量根据空气量与燃料量的合理比值确定。
2 、炉膛负压控制系统锅炉炉膛负压过小时，炉膛内的热烟、热气会外溢，造成热量损失，影响设备安全运行甚至会危及工作人员安全；当炉膛负压太大时，会使外部大量冷空气进入炉膛，改变燃料和空气比值，增加燃料损失、热量损失和降低热效率。
控制方案：某锅炉燃烧系统要求对系统进行蒸汽压力控制。
本项目采用燃烧炉蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统，并辅以炉膛负压控制的方案，控制系统框图如图所示。
已知控制系统传递函数：燃料流量系统的数学模型：G(s)=se s 31122-+空气流量模型：G(s)=s e s 21102-+引风量与负压关系模型：G(s)=se s -+156送风量对负压的干扰模型：G(s)=122+s并取：燃料流量至蒸汽压力关系约为：G(s)=4蒸汽压力至燃料流量关系约为：G(s)=1/4燃料流量与控制流量比值：G(s)=2空气流量与燃料流量比值：G(s)=1实现步骤：1、系统稳定性分析作出伯德图，如果相角裕度Pm>0°或幅值裕度Gm>1，表示系统稳定。
内燃机燃烧过程的仿真和研究
内燃机燃烧过程的仿真和研究内燃机作为现代化机械工业的主要产品之一，其燃烧过程的优化是提高其效率和降低排放的重要手段。
在工程领域，燃烧仿真是一种有效的研究内燃机燃烧过程的方法。
本文将介绍内燃机燃烧过程的仿真和研究的相关内容。
第一部分：内燃机燃烧过程简介内燃机是利用燃烧热能将能量转化为机械能的一种发动机。
其基本原理是将混合气体输送到燃烧室中，在高温高压气体的作用下将燃料氧化反应，并在气体膨胀的推动下传递动能。
内燃机的燃烧过程主要可以分为四个阶段：吸气、压缩、爆燃和排气。
在吸气和排气阶段，活塞运动从而改变容积，使气体流动。
在压缩阶段，活塞向缸头移动，使气体被压缩。
在爆燃阶段，由于点火，燃料开始燃烧，气体温度和压力迅速上升，推动发动机的活塞做功。
第二部分：内燃机燃烧仿真的目的燃烧过程仿真是内燃机工程设计过程中必不可缺的一部分。
它的目的是为了更好地了解内燃机燃烧过程的物理本质，为设计优化提供理论依据和实验验证，并促进内燃机技术的进步。
与传统的实验测量方法相比，燃烧仿真具有以下优点：1. 节省时间和成本。
仿真过程可以通过计算机模拟，不必进行实际测试，从而避免耗费时间和成本。
2. 增强研究深度。
仿真技术可以分析燃烧过程中的微观特性和复杂反应机理，从而深入理解内燃机燃烧过程的本质。
3. 提高设计效率。
仿真技术可以模拟不同设计参数对内燃机燃烧过程的影响，为设计优化提供科学依据。
第三部分：内燃机燃烧仿真工具及方法内燃机燃烧仿真涉及多个领域，包括流体力学、热力学、化学动力学等多种学科。
当前，常见的内燃机燃烧仿真方法主要有以下几种：1. CFD仿真。
CFD是一种基于计算机模拟的流体力学和热力学仿真技术，可以模拟内燃机运行过程中的气流、燃料喷射、燃烧等细节，评估发动机性能。
2. 化学动力学仿真。
化学动力学仿真是一种基于内燃机燃烧过程化学反应机理和反应速率的仿真技术，能够预测不同燃料在不同内燃机工作条件下的燃烧过程特性。
3. 燃烧诊断仿真。
内燃动力装置燃烧与热力学循环虚拟仿真实验报告
内燃动力装置燃烧与热力学循环虚拟仿真实验报告一、引言1.1 任务背景内燃动力装置是一种利用燃料燃烧产生热能，并将热能转化为功的装置。
其燃烧与热力学循环是内燃动力装置的核心部分，研究内燃动力装置的燃烧与热力学循环对于提高内燃动力装置的效率和性能具有重要意义。
虚拟仿真实验是一种通过计算机模拟真实实验过程的方法，具有时间和空间的优势，可以对内燃动力装置的燃烧与热力学循环进行深入研究。
1.2 实验目的本实验旨在通过虚拟仿真实验，探索内燃动力装置的燃烧与热力学循环特性，研究其工作原理及影响因素，为内燃动力装置的性能优化提供理论依据。
二、实验方法2.1 虚拟仿真实验平台本实验采用XXX虚拟仿真实验平台进行研究。
该平台基于XXX原理，使用XXX算法，能够准确模拟内燃动力装置的燃烧与热力学循环过程。
2.2 实验流程本实验主要步骤如下：1.设定燃烧室的初始条件，包括燃料类型、空气燃料比、压力和温度等参数。
2.模拟燃烧室内燃料的燃烧过程，计算燃料的燃烧效率、燃烧产物的成分及其排放情况。
3.根据燃烧产物的温度和压力，计算内燃动力装置的热力学循环参数，包括压缩比、循环效率等。
4.分析燃烧与热力学循环的特性，研究影响因素，如压缩比、空燃比、点火提前角等。
5.优化内燃动力装置的燃烧与热力学循环，提高其效率和性能。
三、实验结果与讨论3.1 燃烧过程分析经过模拟计算，得到不同燃料类型和空气燃料比下的燃烧效率和燃烧产物的成分及其排放情况。
结果表明，燃料的选择和空气燃料比对燃烧效率和排放物的生成有重要影响。
在一定范围内，燃料的燃烧效率随空气燃料比的增加而增加，但当空气燃料比过高时，燃烧效率开始下降。
3.2 热力学循环分析根据燃料燃烧产生的温度和压力，计算得到内燃动力装置的压缩比和循环效率。
结果表明，压缩比的增加可以提高内燃动力装置的循环效率，但当压缩比过高时，会导致燃烧不稳定和发动机故障的风险增加。
3.3 影响因素分析通过对燃烧与热力学循环过程的模拟和分析，发现压缩比、空燃比和点火提前角是影响内燃动力装置效率和性能的重要因素。
锅炉燃烧过程控制系统的Simulink仿真 (2)解析
锅炉燃烧过程控制系统的Simulink仿真燃烧过程控制系统概述燃烧蒸汽锅炉的燃烧过程主要由三个子系统构成：蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统和炉膛负压控制系统。
[6]如图1是燃烧过程控制系统示意图，图2是原理方框图，图3是燃烧过程控制特点。
图1燃烧过程控制系统示意图图2原理方框图图3 燃烧过程控制特点2.1蒸汽压力控制系统和燃料空气比值系统燃油蒸汽锅炉燃烧的目的是为后续的生产环节提供稳定的压力。
一般生产过程中蒸汽的控制是通过调节压力实现的，随着后续环节的蒸汽用量不同，会造成燃油蒸汽压力的波动，蒸汽压力的波动会给后续的生产造成不良的影响，因此，维持蒸汽压力恒定是保证生产正常进行的首要条件。
保证蒸汽压力恒定的主要手段是随着蒸汽压力波动及时调节燃料产生的热量，而燃烧产生热量的调节是通过控制所供应的燃料量以及适当比例的助燃空气实现的。
因此，各个控制环节的关系如下：蒸汽压力是最终被控量，根据生成量确定；燃料量根据蒸汽压力确定；空气供应量根据空气量与燃料量的比值确定。
控制量如图4所示。
图5为燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统结构简图。
图6为燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统框图。
图4控制量示意图图5燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统框图图6燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统框图2.2炉膛负压控制系统所谓炉膛负压：即指炉膛顶部的烟气压力。
炉膛负压是反映燃烧工况稳定与否的重要参数，是运行中要控制和监视的重要参数之一。
炉内燃烧工况一旦发生变化，炉膛负压随即发生相应变化。
当锅炉的燃烧系统发生故障或异常时，最先将在炉膛负压上反映出来，而后才是火检、火焰等的变化，其次才是蒸汽参数的变化。
因此，监视和控制炉膛负压对于保证炉内燃烧工况的稳定、分析炉内燃烧工况、烟道运行工况、分析某些事故的原因均有极其重要的意义。
大多数锅炉采用平衡通风方式，使炉内烟气压力低于外界大气压力，即炉内烟气负压，炉膛内烟气压力最高的部位是炉堂顶部。
锅炉燃烧过程控制系统的Simulink仿真_毕业设计
本科生毕业论文存档编号湖北文理学院毕业论文(设计)论文(设计)题目: 锅炉燃烧过程控制系统的Simulink仿真English Topic：Simulink simulation of the boiler combustionprocess control system系院物理与电子工程学院专业自动化锅炉燃烧过程控制系统的Simulink仿真摘要：过程控制作为自动化的重要方向和组成部分，已广泛应用于石油、化工、电力、冶金、机械、轻工等许多国民经济的重要领域。
根据实际应用领域和工艺过程的不同，所采用的控制方式及其侧重点也不相同。
在大量的工业生产中,锅炉是重要的动力设备，燃烧是必要的一环，从燃烧角度来说，有燃油、燃煤、燃气的区别。
燃烧过程的控制包括压力控制、温度控制、燃烧程度控制、安全性控制、节能控制等。
本文根据火电厂锅炉燃烧过程的生产工艺和流程，利用单回路、串级、比值等控制系统的特点，分别设计锅炉燃烧过程控制系统的三个子系统：蒸汽压力控制系统，燃料与空气的比值控制，炉膛负压控制系统。
在仿真软件MATLAB/Simulink中，根据控制系统原理方框图，作出仿真模型图，分别进行相应的仿真。
经PID参数整定后，得出仿真结果，并进行分析总结。
关键词：燃烧过程控制；MATLAB仿真；SIMULINKSimulink simulation of the boiler combustion process controlsystemAbstract：Process control as an important direction of automation technology and components, has been widely used in petroleum, chemical, electric power, metallurgy, machinery, light industry, and many other important areas of the national economy. Depending on the field of practical application and process, using the control and its focus is not the same. Burning are an essential part in a large number of industrial production from the combustion point of view, the difference between fuel oil, coal and gas. Although the applications and fuel burning may be different, but the control of the combustion process is not outside the combustion control, temperature control, combustion degree of control, safety control, energy-saving control. Based on the thermal power plant boiler combustion process production technology and processes, the use of single-loop, the characteristics of the cascade, ratio control system were designed boiler combustion control system consists of three subsystems: the steam pressure control system, fuel and air ratio control, the negative pressure in furnace control system. In the simulation software MATLAB / Simulink block diagram of control system theory to make the simulation model diagram, simulation, respectively. After PID controller parameters obtained simulation results and analysis.Key words: Combustion process control; MATLAB simulation; SIMULINK引言 (1)1控制系统及MATLAB语言的应用基础 (3)1.1控制系统性能要求 (3)1.2控制系统的时域分析 (3)1.3控制系统的频域分析 (4)1.3.1 频域性能指标： (4)1.3.2 频域分析的三种分析方法 (4)1.4控制系统的根轨迹分析 (5)1.5MATLAB软件认识 (5)1.5.1MATLAB 的特点 (5)1.5.2 MATLAB在控制系统分析中的应用 (6)1.5.3根轨迹绘制 (6)1.5.4控制系统的频域分析 (7)1.6MATLAB环境下的S IMULINK简介 (9)2 燃烧过程控制系统概述 (11)2.1蒸汽压力控制系统和燃料空气比值系统 (12)2.2炉膛负压控制系统 (14)3 锅炉燃烧控制系统辨识 (17)3.1燃烧炉蒸汽压力控制和燃料空气比值控制 (17)3.2炉膛负压控制 (17)4 系统稳定性分析 (18)4.1燃料控制系统 (18)4.2空气流量控制系统 (19)4.3负压控制系统 (19)5 锅炉燃烧控制各子系统仿真 (21)5.1燃料控制系统 (21)5.2蒸汽压力控制系统 (24)5.3空气流量控制系统 (26)5.4负压控制系统前馈补偿整定 (27)6 锅炉燃烧控制系统SIMULINK仿真 (30)7 总结 (32)[参考文献] (33)附录 (34)致谢 (1)过程控制系统是工业中控制系统的主要表现形式，一般指工业生产过程中自动控制系统的被控变量为温度、压力、流量、液位、成分等变量的系统。
锅炉燃烧过程控制系统仿真
锅炉燃烧过程控制系统仿真目的：通过该项目的训练，掌握串级控制、比值控制、前馈控制在锅炉燃烧过程控制系统的综合应用。
原理简述：燃烧过程控制系统：燃油锅炉的燃烧过程控制主要由三个子系统构成：蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统以及炉膛负压控制系统。
1 、蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统锅炉燃烧的目的是生产蒸汽供其他生产环节使用。
一般生产过程中蒸汽的控制是通过压力实现的，后续环节对蒸汽的生产用量不同，反映在蒸汽锅炉环节就是蒸汽压力的波动。
维持蒸汽压力恒定是保证生产正常进行的首要条件。
保证蒸汽压力恒定的主要手段是随着蒸汽压力波动及时调节燃烧产生的热量，而燃烧产生热量的调节是通过控制所供应的燃料量以及适当比例的助燃空气的控制实现的。
因此，蒸汽压力是最终被控制量，可以根据生成情况确定；燃料量是根据蒸汽压力确定的；空气供应量根据空气量与燃料量的合理比值确定。
2 、炉膛负压控制系统锅炉炉膛负压过小时，炉膛内的热烟、热气会外溢，造成热量损失，影响设备安全运行甚至会危及工作人员安全；当炉膛负压太大时，会使外部大量冷空气进入炉膛，改变燃料和空气比值，增加燃料损失、热量损失和降低热效率。
控制方案：某锅炉燃烧系统要求对系统进行蒸汽压力控制。
本项目采用燃烧炉蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统，并辅以炉膛负压控制的方案，控制系统框图如图所示。
已知控制系统传递函数： 燃料流量系统的数学模型：G(s)=s e s 31122-+ 空气流量模型：G(s)=s e s 21102-+ 引风量与负压关系模型：G(s)=s e s -+156送风量对负压的干扰模型：G(s)=122+s并取：燃料流量至蒸汽压力关系约为：G(s)=4 蒸汽压力至燃料流量关系约为：G(s)=1/4 燃料流量与控制流量比值：G(s)=2 空气流量与燃料流量比值：G(s)=1 实现步骤：1、系统稳定性分析作出伯德图，如果相角裕度Pm>0°或幅值裕度Gm>1，表示系统稳定。
内燃动力装置燃烧与热力学循环虚拟仿真实验报告
内燃动力装置燃烧与热力学循环虚拟仿真实验报告一、前言内燃动力装置是现代机械工程中的重要组成部分，其燃烧与热力学循环是内燃动力装置的核心。
为了更好地理解内燃动力装置的运行原理，本实验采用虚拟仿真技术，模拟了内燃动力装置的燃烧与热力学循环过程，并进行了详细的实验报告。
二、实验目的1. 深入了解内燃动力装置的工作原理及其关键技术；2. 熟悉虚拟仿真技术在机械工程领域中的应用；3. 掌握内燃动力装置的燃烧与热力学循环过程；4. 分析不同参数对内燃动力装置性能的影响。
三、实验原理1. 内燃动力装置的基本结构：由气缸、活塞、曲轴等组成；2. 内部循环过程：进气、压缩、点火、爆发和排气等五个阶段；3. 理论循环过程：由四个阶段组成，即吸气、压缩、膨胀和排气；4. 热力学循环过程：由等压、等容、等温和绝热四个过程组成。
四、实验内容1. 模拟不同参数下的内燃动力装置的燃烧与热力学循环过程；2. 分析不同参数对内燃动力装置性能的影响；3. 记录实验数据，分析实验结果。
五、实验步骤1. 打开虚拟仿真软件，选择内燃动力装置模型；2. 设置不同参数，如进气量、点火时间和排气量等；3. 开始模拟，记录数据并分析结果。
六、实验结果1. 不同参数下的内燃动力装置性能表现不同；2. 进气量越大，功率越大；点火时间越早，功率越大；排气量越小，功率越大；3. 内部循环过程和理论循环过程存在差异，但总体上保持一致；4. 理论循环过程中膨胀阶段对性能影响最大。
七、实验分析1. 内部循环过程和理论循环过程存在差异的原因是内部循环过程中存在一定的能量损失；2. 理论循环过程中膨胀阶段对性能影响最大的原因是在此阶段内燃动力装置向外做功，产生了较大的压力；3. 实验结果表明，进气量、点火时间和排气量是影响内燃动力装置性能的重要因素。
八、实验总结本次虚拟仿真实验通过模拟内燃动力装置的燃烧与热力学循环过程，深入了解了内燃动力装置的工作原理及其关键技术。
项目一-锅炉燃烧过程控制系统仿真
项目一 锅炉燃烧过程控制系统仿真姓名：张晓晓 学号：2 专业：电气工程及其自动化已知控制系统传递函数：实现步骤：1、系统稳定性分析作出伯德图，如果相角裕度Pm>0°或幅值裕度Gm>1，表示系统稳定。
（1） 燃料流量系统数学模型：G(s) =s e s 31122的伯德图：求它在不同的Kp （0.1,0.3,0.5,1,2,3）取值下闭环系统的单位阶跃响应曲线，（2）、（3）同理。
G0=tf(54,[12,1]); %分子数值54：e 的四舍五入取整为3 P=[0.1 0.3 0.5 1 2 3]; figure, hold on for i=1:length(P)G=feedback(P(i)*G0,1); step(G) end（2） 空气流量数学模型G(s) = s e s 21102-+的伯德图：G0=tf(-0.22,[10,1]); P=[0.1 0.3 0.5 1 2 3]; figure, hold on for i=1:length(P)G=feedback(P(i)*G0,1); step(G) end（3）引风量与负压关系模型G(s) = s e s -+156的伯德图： G0=tf(6,[5,1]);P=[0.1 0.3 0.5 1 2 3]; figure, hold on for i=1:length(P)G=feedback(P(i)*G0,1); step(G) end2、控制系统参数整定（1）燃料控制系统参数整定为使系统无静差，燃料流量调节器采用PI 形式 ，即： Gc(s) = Kp+sKi，其中，参数Kp 和Ki 采用稳定边界法整定。
先让Ki = 0，调整Kp 使系统等幅震荡，即系统临界稳定状态。
系统临界振荡仿真框及其振荡响应如图所示：调节Kp=1，Ki=0.08，系统响应如图所示，可见系统有约5%的超水量。
思路：先使ki=0，在单位阶跃信号下，调整Kp使系统等幅震荡，即系统处于临界稳定状态。
过程控制虚拟仿真实验报告
过程控制虚拟仿真实验报告实验名称：过程控制虚拟仿真实验实验目的：1. 掌握过程控制系统的基本模型；2. 具备使用模拟软件进行过程控制系统仿真实验的能力；3. 了解过程控制系统在工业生产中的应用。
实验原理：过程控制系统是现代化工、制造业等领域中必不可少的重要系统。
它是一种涉及多种工程学科的复杂系统，其基本功能是对工业生产过程中的各种参数进行监测、数据采集、控制和调节，实现对产品质量、生产效率、成本等方面的控制。
过程控制系统通常包含传感器、执行器、控制器和数据采集系统等组成部分，其中控制器是核心设备之一，其作用是读取传感器数据，并利用控制算法实现对各个执行机构的控制。
虚拟仿真软件是目前较为常用的过程控制系统建模和仿真工具之一，可模拟出不同类型的过程控制系统，并对其进行虚拟实验。
在本实验中，我们将使用 软件模拟出一个简单的加热反应过程，利用PID控制算法对反应温度进行控制，观察PID控制系统在控制反应温度时的表现。
实验步骤：1. 启动软件，并创建一个新的控制系统模型；2. 在模型界面中创建一个加热反应室，即将容器内的反应物加热至设定的温度；3. 设置温度传感器，并将其连接到PID控制器上；4. 设置执行器，控制加热反应室内的加热器；5. 设置控制算法，利用PID控制算法对反应温度进行控制；6. 设置数据采集系统，观察反应过程中各项参数的变化；7. 进行虚拟仿真实验，观察PID控制算法的控制效果；8. 改变PID控制参数，观察控制效果的变化，并分析原因。
实验结果：通过对PID控制参数的改变，我们发现当Kp=1、Ki=0.1、Kd=0时，PID控制系统对反应温度的控制效果最佳，并能够在较短的时间内将反应温度控制在目标温度范围内。
实验结论：本实验通过虚拟仿真的方式，实现了对过程控制系统的模拟和控制，提高了学生的实践能力和理论掌握能力，具备了相关过程控制系统的建模与仿真能力。
同时，通过分析实验结果，我们可以了解到PID控制算法在过程控制系统中的应用和控制效果。
燃烧过程控制综合仿真控制
目录1 控制系统简介 (1)2 控制系统工作原理分析 ...................................................... 错误！未定义书签。
2.1燃料流量子系统工作原理 (3)2.2燃料流量子系统辨识 (4)2.3燃料流量子系统参数整定 (4)3 利用Matlab或应用稳定性判据对系统稳定性分析 (8)3.1稳定判定 (8)3.2 引风量与负压关系 (8)3.3 送风量对负压的干扰 (9)4利用Simulink建立控制系统各部分参数整定仿真框图 (10)4.1 燃料控制系统临界振荡仿真框图 (10)4.2 蒸汽压力控制系统参数整定仿真框图 (12)4.3空气流量控制系统参数整定 (13)4.4负压控制系统参数整定 (14)5利用Simulink建立燃烧炉控制系统仿真框图以得到仿真结果 (15)6总结 (16)参考文献 (17)1 控制系统简介燃烧控制系统是使炉膛内燃料燃烧的能量适应锅炉负荷的需要，同时维持锅炉安全、经济运行的模拟量控制系统的总称。
通常由燃料量控制系统、送风量控制系统、氧量校正系统和炉膛压力控制系统组成。
现代燃烧控制系统指在无人直接参与情况下通过自动化仪表和自动控制装置（包括计算机和计算机网络）完成热力过程参数测量，信息处理，自动控制，自动报警和自动保护。
它的范围极其广泛，包括了主机，辅助设备，公用系统的自动化。
而其中最重要的是锅炉，汽轮发电机组运行的自动化，它大致包含四个基本内容：自动检测指热力过程中温度，压力，流量，液位，成分等热工参数的测量由自动化仪表来完成。
自动检测的热工参数是监督火电厂机组是否正常运行的依据，是随时调整自动控制作用的依据，也是机组进行积极核算，事故分析，自动报警等的数据来源。
自动调节一般指正常运行时，操作的自动化，即在一定范围内，自动地适应外界负荷变化或其他条件变化，使生产过程自动进行。
锅炉的自动调节，主要包括以下四个部分的控制：汽包液位的控制：控制汽包液位高度在一个能保证锅炉安全运行的位置，水位过高会影响汽水分离，产生汽带水现象；水位过低会影响水汽循环，使金属局部过热而爆管，导致重大事故。
固定床燃烧器燃烧控制策略的仿真与实验研究
固定床燃烧器燃烧控制策略的仿真与实验研究固定床燃烧器是一种常见的热能设备，其主要作用是将固体燃料燃烧产生的热能转化为其他形式的能量，如蒸汽、热水等。
目前，燃烧技术已经相当成熟，但是在实际应用中，如何保证燃烧效率和环境友好程度，依然是一大挑战。
本文将探讨固定床燃烧器燃烧控制策略的仿真与实验研究。
一、固定床燃烧器的基本原理固定床燃烧器是一种通过燃料在一定的空气流量和条件下自由燃烧，产生热量并向外散发的设备。
其基本结构包括燃料库、燃料进料口、风机、空气进气口、燃烧室、灰渣出口等部分。
固定床燃烧器的燃烧过程包括燃料干燥、燃烧催化、燃料反应和热传递。
其中，燃料干燥主要是将水分蒸发，将燃料的表面冷却，因此需要更长时间；燃烧催化是指燃料逐渐升温至省自燃温度，放出气体和吸氧进入固体燃料中的燃烧反应；燃料反应是属于爆炸性反应，会放出大量的热能；热传递主要是将产生的热量向外传导，从而进行能量转化。
二、固定床燃烧器燃烧控制策略的仿真研究为了提高固定床燃烧器的燃烧效率和环保性，需要采用合适的燃烧控制策略。
为了在实际应用中更好地实施这些策略，可以利用仿真技术进行模拟分析，以此来优化操作。
1、利用MATLAB程序模拟固定床燃烧器燃烧过程MATLAB可以模拟燃烧器燃烧过程，当然也可以模拟固定床燃烧器的燃烧过程。
通过计算机程序的模拟，可以研究不同区域的气体温度和密度分布、反应物的表面反应控制等内容。
同时，根据计算结果可以得出不同燃料温度、输出功率、排放物浓度等参数，用于燃烧器的优化控制。
2、利用ANSYS Fluent应用软件模拟固定床燃烧器ANSYS Fluent程序是一个流体动力学模拟软件，可以将三维几何体操作和荷载贸易的仿真和分析工具应用到流场中，进而准确仿真燃烧器的内部气体动态和传热过程，用以分析固定床燃烧器的温度分布和热量分布，以及不同燃料在燃烧过程中受到的影响等问题，而这些信息可以为燃烧器的设计和优化提供帮助。
三、固定床燃烧器燃烧控制策略的实验研究实验是燃烧器研究不可或缺的环节。
煤气内燃机代用燃料的燃烧过程建模与仿真
煤气内燃机代用燃料的燃烧过程建模与仿真燃烧是煤气内燃机的核心过程，它将燃料的化学能转化为机械能，驱动发动机运转。
对于煤气内燃机来说，使用代用燃料的需求日益增加，因为传统燃料供应的稳定性和可持续性受到挑战。
因此，建立煤气内燃机代用燃料的燃烧过程模型，以及进行仿真分析，对于能源转化和环境保护具有重要意义。
一、煤气内燃机代用燃料的特性分析代用燃料通常是指替代传统燃料使用的燃料，在煤气内燃机中，煤气、生物质和废弃物等都被广泛用作代用燃料。
在建立燃烧过程模型之前，我们需要先对代用燃料的特性进行充分的分析。
首先，煤气内燃机代用燃料的成分通常是复杂的。
不同种类的代用燃料具有不同的化学成分，包括氢气、甲烷、气体烃类、酯类、醇类、醚类等。
这些组分会直接影响燃烧过程中的燃烧速率、能量释放和温度分布等关键参数。
其次，代用燃料的燃烬特性也需要考虑。
与传统燃料相比，代用燃料的燃烬特性通常具有一定的差异。
燃热值、燃烧温度、点火特性和燃烧产物等方面都可能存在差异，这些差异会直接影响到煤气内燃机的性能和排放。
最后，代用燃料的物理性质也是建模与仿真过程中不可忽视的因素。
不同的代用燃料具有不同的密度、粘度、热导率和热容等物理性质，这些参数将直接影响到燃烧过程中的传热性能和流动特性。
二、煤气内燃机代用燃料燃烧过程建模煤气内燃机代用燃料的燃烧过程建模是指利用数学模型对燃烧过程进行描述和分析。
燃烧过程模型通常基于质量守恒、能量守恒和动量守恒等基本原理，并结合代用燃料的特性参数进行建立。
1. 燃烧速率模型燃烧速率模型是煤气内燃机代用燃料燃烧过程建模中的关键环节。
燃烧速率模型通常基于燃烧反应速率以及质量传递和热传递等因素。
通过考虑代用燃料的化学反应路径、反应速率常数和燃烧温度等参数，可以建立代用燃料在煤气内燃机中的燃烧速率模型。
2. 温度分布模型温度分布模型用于描述煤气内燃机中的温度分布情况。
代用燃料的燃烧过程会放出大量的热能，这些热能将会引起温度分布的变化。
燃烧控制系统辨识技术研究及其控制系统仿真
摘要目前机组的负荷增减相当频繁，现有燃煤锅炉大部分采用常规仪表和人工手动控制，平均热效率偏低，造成能源的大量浪费和环境的污染。
为了适应节能需求，实现锅炉的高效燃烧，降低能耗，是迫切需要解决的问题。
采用火焰监测技术和智能自动化计算机技术对燃煤锅炉进行监测和自动化控制，实现锅炉系统的自动化控制后，能使锅炉安全、可靠、经济的运行。
作为对锅炉控制系统分析的前提条件，首先需要分析锅炉过程的动态特性，建立相关环节的数学模型，利用系统辨识技术便可以很好的从实际测量数据中提炼出对象的数学模型。
本文在介绍了系统辨的发展概况，基本原理和理论的基础上，对系统辨识常用到的最小二乘理论进行了描述，并分析最小二乘法和牛顿迭代的特点，介绍了将二者结合的综合辨识算法，并分别对这种算法进行了预设模型和实际数据下的验证。
该方法综合了上述两种方法的优点，改善最小二乘法对噪声的敏感，给迭代算法提供较好的初值，最后得到的模型精确程度得到提高，具有很好的实际应用价值。
为进一步分析算法在实际中的应用，本文结合火电机组中燃料量、辐射能、和主蒸汽压力环节，利用综合算法对这些环节进行了辨识，并构成不同方式的仿真控制系统，对这些控制系统的动态特性以及各自的优缺点给予了分析比较。
关键词：系统辨识数学模型最小二乘法牛顿迭代AbstractCurrently, load of a power generation units increases and reduces frequently, most of the existing coal fired boiler usually adopt routine meter and manpower manual controlling, average thermal efficiency is comparatively low, which bring about large amount of dissipation of the energy sources and the environment contaminating .Need for adapting to economize energy, realize the boiler high-effect combustion and reduce energy consumption is a problem which need solving urgently. Adopt a flame watch and intelligence automation computer technology apply in the coal fired boiler actualize monitoring and control automatically, after realize boiler system automatic control, can make a boiler work safely, reliably, economically, be a premise condition to control system analysis, need calculate the dynamic mathematic model of boiler's relative link at first. We use identification technology to solve the problem.This paper introduced the development and basic theoretical of the system identification, have described the least squares method which is a general arithmetic of system identification. After analysis the characteristic of least squares method and Newton iteration algorithm, the paper give a colligate algorithm which distill their merit, and then separately tested this algorithm under supposed model and actual measurement data. This method has synthesized their merit, make least squares method resist colored noise, simultaneity provided good initial value to Newton iteration algorithm, finally enhance the degree of the model's precision, which have good reality applying value.For further analysis practical application of the algorithm, paper combine the fuel, energy and steam pressure link of boiler unit,using the colligate algorithm identified this links, composed different forms of simulation control system, then compared the dynamic characteristic and advantages of these different systems.Keywords:system identification mathematical model least squares method Newton iteration algorithm独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
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09/10学年第一学期《过程控制综合实验》实习任务书指导教师：班级：自动化地点：机房课程设计题目（范围）：燃烧过程控制综合仿真实验一、实习目的：《过程控制综合实验》是自动化专业专业课《过程控制工程》的后续实践性教学环节，是自动化专业的必修课。
本综合实验是为自动化专业《过程控制工程》课程服务的实践性教学环节，可以帮助学生完成从专业理论到工程实践的认识过程。
是培养学生综合运用《过程控制工程》的有关理论和技术知识解决实际问题，使学生初步体验过程控制系统的设计过程、设计要求、完整的工作内容和具体的设计方法，以达到巩固、充实和综合运用所学知识解决实际问题的目的。
《过程控制综合实验》是自动化专业专业课《过程控制工程》的后续实践性教学环节，是自动化专业的必修课。
通过综合实验，应能加强学生如下能力的培养：1、独立工作能力和创造力；2、综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力；3、查阅图书资料和各种工具书的能力；4、提高学生有关控制系统的程序设计能力；5、编写技术报告和编制技术资料的能力。
二、实习内容（包括技术指标）1、查找资料，确定控制系统物理模型，建立数学模型，确定性能指标；1（1）建立燃烧炉蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统统数学模型。
燃料流量被控对象：1132)(+=s s G s e 3- 燃料流量至蒸汽压力关系约为：3)(=s G蒸汽压力至燃料流量关系约为：3/1)(=s G蒸汽压力检测变换系统数学模型：1)(=s G燃料流量检测变换系统数学模型：1)(=s G燃料流量与控制流量比值：2/1)(=s G 空气流量被控对象：1113)(+=s s G s e 2- （2）建立炉膛负压控制系统数学模型。
引风量与负压关系：1710)(+=s s G s e - 送风量对负压的干扰：132)(+=s s G 2、利用Matlab 或应用稳定性判据对系统稳定性分析；用matlab 画出被控对象的bode 图，计算出相位裕量与增益裕量3、利用Simulink 建立控制系统各部分参数整定仿真框图（1）燃料控制系统临界振荡仿真框图。
为使系统无静差，燃烧流量调节器采用PI 形式，即:sK K S G I P C +=)(,其中，参数P K 和I K 采用稳定边界法整定。
图2 系统临界振荡仿真框图图3 燃料流量闭环控制系统单位阶跃输入的仿真框图（2）蒸汽压力控制系统参数整定仿真框图。
在燃料流量控制系统整定的基础上，整定蒸汽压力控制系统参数。
系统整定仿真框图如图4所示。
图4 蒸汽压力控制系统参数整定仿真框图（3）空气流量控制系统参数整定。
（4）负压控制系统参数整定。
负压控制系统的整定方法和燃料流量控制参数整定方法类似，此处不再赘述。
（5）负压控制系统前馈补偿整定。
采用动态前馈整定，其前馈补偿函数为：51517)(++=s s s G 4、利用Simulink 建立燃烧炉控制系统仿真框图，得到仿真结果。
利用各整定参数对控制系统仿真，其框图如图5所示。
假定蒸汽压力设定值为10，炉膛负压设定值为5，系统受幅值±0.1的随机干扰。
图5 燃烧炉控制系统仿真框图三、成果要求1. 写出不少于5000字的综合设计实验说明书，统一用A4纸手工书写，字迹工整。
2.主要内容及装订顺序：封面、进度计划完成情况、成绩考核表、目录、正文、主要参考文献。
3.正文部分应包含以下几项内容：（1）控制系统简介（2）控制系统分析（3）控制系统参数整定仿真框图的建立（4）整个控制系统仿真框图的建立（5）写出设计工作小结。
对在完成以上设计过程所进行的有关步骤：如设计思想、指标论证、方案确定、参数计算、原理分析等作出说明，并对所完成的设计作出评价，对自己整个设计工作中经验教训，总结收获。
（6）设计报告严禁抄袭，如有雷同，按不及格处理。
四、时间安排目录1 控制系统简介 (1)2控制系统分析 (2)2.1 燃烧量控制 (2)2.2 送风量控制 (2)2.3 引风量控制（负压控制） (3)3利用Matlab或应用稳定性判据对系统稳定性分析 (4)3.1 稳定判定 (4)3.2 空气流量被控对象 (5)3.3 引风量与负压关系 (7)3.4 送风量对负压的干扰 (8)3.5 前馈补偿函数 (9)4利用Simulink建立控制系统各部分参数整定仿真框图 (11)4.1 燃料控制系统临界振荡仿真框图 (11)4.2蒸汽压力控制系统参数整定仿真框图 (17)4.3 空气流量控制系统参数整定 (19)4.4 负压控制系统参数整定 (21)5 利用Simulink建立燃烧炉控制系统仿真框图以得到仿真结果 (23)6 总结 (25)主要参考文献 (26)燃煤锅炉的控制过程会受到许多不可测扰动的影响,加之过程含有时滞,故仅采用常规反馈控制很难有效地消除这些不可测扰动的影响。
目前常用的解决方法是估计扰动的模型,采用补偿的办法。
但锅炉实际运行中的扰动是无法完全估测或不易测量的。
简单的扰动模型不能对扰动作出完全的估计,因而给其控制带来很大困难。
而利用燃烧过程中可测量的输出量,推断不可测扰动对过程主要控制量影响的控制思想———推理控制正好可解决上述问题。
因此本系统的设计框图如下：图1.1控制系统图任务：使锅炉的燃烧工况与锅炉的蒸汽负荷要求相适应，同时保证锅炉燃烧过程安全经济的运行。
2.1 燃烧量控制目的：使进入锅炉的燃料燃烧所产生的蒸汽量满足的外部负荷要求信号。
燃料量控制方案：燃料量控制采用单回路控制方式，副调节器燃料控制调节器接受蒸汽压力的信号。
燃料量控制系统为串级系统，主调节器接受反馈压力信号和压力定值信号比较后所得偏差经过主调节器运算后输出校正信号，该信号作用于副调节器入口作为定值信号。
副调节器输出调节信号去改变燃料量的值，以适应负荷要求，调节结束后，系统应保证机前压力恢复到给定值。
燃料量信号反馈到调节器入口，用以克服来自燃料侧的内扰。
2.2 送风量控制任务：保证锅炉燃烧过程的经济性控制方案：燃料流量与控制流量的比值G(s)=1/2。
采用单回路控制送风量。
2.3 引风量控制（负压控制）任务：引风量控制应使引风量与送风量相适应，并保持炉膛压力在要求的范围内。
控制方案：引风量调节器入口接受炉膛压力反馈信号和给定信号。
炉膛压力信号为被控量，正常时取两侧炉膛压力测量值得平均值，异常时两侧炉膛压力偏差超过允许范围，取两侧中的较大值。
炉膛压力控制为单回路控制系统，给煤量采用比例微分的形式作为前馈信号加到调节器PI算法的输出上对引风量进行校正。
测量值经过一阶惯性环节处理的目的是为减少信号波动的影响，使得执行机构减少波动，执行机构动作相对平稳对控制设备安全有利。
在这个系统中，高低负荷时控制的变化时调节器中自动改变比例来实现的。
前馈补偿信号：送风量调节器的输出。
目的是为了稳定炉膛压力，减小其动态偏差，更好地协调送，引风之间的关系。
3 利用Matlab 或应用稳定性判据对系统稳定性分析3.1 稳定判定1132)(+=s s G s e 3- s=tf('s');num=2;den=[13 1];G=tf(num,den);G.iodelay=3;bode(G)计算出相位裕量与增益裕量[Gw, Pw, Wcg, Wcp]=margin(G) Gw =3.7283Pw =97.1000Wcg =0.5684Wcp =0.13323.2 空气流量被控对象1113)(+=s s G s e 2->> g=tf([3],[11 1],'inputdelay',2) Transfer function:3exp(-2*s) * --------11 s + 1>> bode(g)计算出相位裕量与增益裕量>> [Gw, Pw, Wcg, Wcp]=margin(g) Gw =3.0956Pw =80.0063Wcg =0.8393Wcp =0.25713.3 引风量与负压关系1710)(+=s s G s e - >> g=tf([10],[7 1],'inputdelay',1)Transfer function: 10 exp(-1*s) * ------- 7 s + 1 >> bode(g)计算出相位裕量与增益裕量 >> [Gw, Pw, Wcg, Wcp]=margin(g)Gw = 1.1641Pw = 14.3208 Wcg = 1.6568 Wcp = 1.42103.4 送风量对负压的干扰132)(+=s s G >> g=tf([2],[3 1]) Transfer function: 2 ------- 3 s + 1 >> bode(g)计算出相位裕量与增益裕量 >> [Gw, Pw, Wcg, Wcp]=margin(g) Gw = Inf Pw = 120.0007 Wcg = NaN Wcp = 0.57733.5 前馈补偿函数51517)(++=s s s G>> g=tf([7 1],[15 5])Transfer function: 7 s + 1 -------- 15 s + 5 >> bode(g)计算出相位裕量与增益裕量>> [Gw, Pw, Wcg, Wcp]=margin(g) Gw =InfPw =InfWcg =NaNWcp =NaN4 利用Simulink 建立控制系统各部分参数整定仿真框图4.1 燃料控制系统临界振荡仿真框图为使系统无静差，燃烧流量调节器采用PI 形式，即:sK K S G IP C +=)(,其中，参数P K 和I K 采用稳定边界法整定。
从PID 控制器的3个参数的作用可以看出3个参数直接影响控制效果的好坏,所以要取得较好的控制效果,就必须对比例、积分、微分3种控制作用进行调节. 总之,比例主要用于偏差的“粗调”,保证控制系统的“稳”；积分主要用于偏差的“细调”,保证控制系统的“准”；微分主要用于偏差的“细调”,保证控制系统的“快”。
过程控制系统中常用的P ID 校正装置传递函数为：()IP D K G s K K s s=++ 4-1 其中P K 、I K 、D K 分别是比例系数、积分系数、微分系数.Simulink 环境仿真的优点是:框图搭建非常方便、仿真参数可以随便修改。
表4-1 稳定边界法参数整定的计算公式使用稳定边界法整定PID 参数分为以下几步。
1)将积分系数I K 和微分系数D K 设为0，P K 置较小的值，使系统投入稳定运行。
2)逐渐增大比例系数P K ， 直到系统出现稳定振荡,即所谓临界振荡过程. 记利用各整定参数对控制系统仿真，其框图如图5所示。