燃煤锅炉燃料与空气的比值控制系统Simulink仿真

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9-基于MATLAB_Simulink的燃烧过程控制系统仿真

2012年3月郑州大学学报（工学版）Mar.2012第33卷第2期Journal of Zhengzhou University （Engineering Science ）Vol.33No.2收稿日期：2011－10－22；修订日期：2011－12－29基金项目：河南省重大公益性科研项目（0811********）；河南省自然科学研究计划项目（2011A480004）．作者简介：周俊杰（1974－），男，河南太康人，郑州大学副教授，博士，主要研究方向为数值计算技术及其在过程设备中的应用，E-mail ：zhoujj@zzu．edu．cn．文章编号：1671－6833（2012）02－0051－04基于MATLAB /Simulink 的燃烧过程控制系统仿真周俊杰，房全国，王定标（郑州大学化工与能源学院，河南郑州450001）摘要：通过仿真软件MATLAB /Simulink 利用Ziegler-Nichols 整定法确定了燃料控制系统、蒸汽压力控制系统、空气流量控制系统的PID 控制器的参数，并建立了燃烧过程控制系统的仿真模型．仿真结果表明，在燃料流量、空气流量受chip 信号干扰时，系统控制的蒸汽压力最大超调量为0．36%，响应时间为46．5s ，系统的稳定程度和响应速度都比较好．MATLAB /Simulink 仿真软件为燃烧过程控制系统的分析、评估研究提供了有效途径．关键词：燃烧过程控制系统；MATLAB /Simulink ；系统仿真中图分类号：TP273；TK224文献标志码：Adoi ：10．3969/j．issn．1671－6833．2012．02．0130引言燃烧过程在许多工业过程中都是必要的一环，如电厂锅炉的燃烧问题、流化床生产过程的燃烧问题等．燃烧过程的控制是燃烧过程的重要环节，控制系统的性能直接关系到设备和工作人员的安全问题及节能问题，提高燃烧过程的自动控制水平，对当前技术改造和节能工作具有重要意义．目前燃烧过程控制系统的研究受到许多人的关注．姚若玉［1］、杨长亮［2］采用模糊自整定PID 的控制方法，对锅炉的燃烧系统进行了控制规律的设计．薛福珍等［3］针对锅炉燃烧系统多变量、强耦合、大时滞的复杂性，提出一种多变量时滞对象的控制方法，解决了在负荷变化时对象模型的参数不确定性．吕剑虹等［4］结合燃烧控制系统实际工程，提出了优化送、引风控制系统的方法，改善了控制系统质量．吴明永［5］对燃烧控制系统进行了仿真和性能分析，提出了蒸汽压力控制系统采用模糊自适应PID 串级控制能增强系统的抗干扰能力．笔者利用MATLAB /Simulink 工具箱［6－7］对燃油锅炉燃烧过程控制系统进行仿真并对控制系统的性能进行分析，确保燃烧系统安全、经济地运行，为燃烧过程控制系统的分析、评估研究提供有效途径．1燃烧过程的主要控制系统燃烧控制主要由蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统组成［8］．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，随着后续环节的生产用量不同，反映在燃油蒸汽锅炉环节就是蒸汽压的波动．蒸汽压力是衡量蒸汽供求关系是否平衡的重要指标，是蒸汽的重要参数．蒸汽压力过低或过高，对于金属导管和负荷设备都是不利的．在锅炉运行过程中，蒸汽压力降低，说明负荷设备的蒸汽消耗量大于锅炉的蒸发量；蒸汽压力升高，表明负荷设备的蒸汽消耗量小于锅炉的蒸发量．因此，控制蒸汽压力，是安全生产的需要，是维持负荷设备正常工作的需要，也是保证燃烧经济性的需要．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．蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统结构简图及框图的方案如图1、图2所示．52郑州大学学报（工学版）2012年图1蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统的简图Fig．1Structure diagram of stream pressure control and fuel air ratio control system2燃烧过程控制系统的仿真2．1数学模型燃料流量被控对象：G（s）=213s+1e－3s；（1）燃料流量至蒸汽压力关系约为：G（s）=3；（2）蒸汽压力至燃料流量关系约为：G（s）=13；（3）蒸汽压力检测变换系统数学模型：G（s）=1；（4）燃料流量检测变换系统数学模型：G（s）=1；（5）燃料流量与控制流量比值：G（s）=12；（6）空气流量被控对象：G（s）=28s+1e－2s．（7）2．2控制系统PID控制器的参数整定PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容，它根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间．工程整定方法［9］主要有：Ziegler-Nichols整定法、临界比例度法、衰减曲线法．这3种方法各有特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定．但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善．图2蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统框图Fig．2Scheme of steam pressure control and fuel air ratio control system在Simulink中建立燃料流量闭环控制系统、蒸汽压力闭环控制系统、空气流量闭环控制系统的单位阶跃输入仿真框图，如图3所示．利用Zie-gler-Nichols整定法初步整定燃料控制系统、蒸汽压力控制系统、空气流量控制系统中的PID控制器的参数，在仿真框图中调整完善后得最终参数整定结果见表1，此时对应的燃料流量闭环控制系统、蒸汽压力控制系统、空气流量闭环控制系统的单位阶跃系统响应如图4所示．2．3控制系统的仿真模型利用以上PID控制器参数，建立燃烧过程控制系统的仿真模型．假设蒸汽压力设定值为20，燃料流量、空气流量受外界干扰，干扰信号为chip 信号（幅值为ʃ0．1的随机干扰），如图5所示，则燃烧过程控制系统的仿真模型如图6所示．表1控制器参数整定结果Tab．1Controller parameter setting results控制系统PID控制器K P K I K D 燃料流量控制系统燃料流量调节器1．150．100蒸汽压力控制系统蒸汽压力调节器1．0000空气流量控制系统空气流量调节器1．000．1502．4仿真结果在MATLAB/Simulink中建立燃烧过程控制系统仿真图，仿真结果如图7所示．由仿真结果图可以看出，当燃料流量、空气流量受chip信号干扰时，系统控制的蒸汽压力最大超调量为0．36%，响应时间为46．5s，系统的稳定程度和响应速度都比较好，满足控制系统的性能要求．第2期周俊杰，等：基于MATLAB/Simulink的燃烧过程控制系统仿真533结束语通过对燃烧过程控制系统的分析，建立了控制系统的数学模型．通过仿真软件MATLAB/Sim-ulink利用Ziegler-Nichols整定法确定了PID控制器的参数，并建立了燃烧过程控制系统的仿真模型．通过仿真结果分析得到当燃料流量、空气流量受chip信号干扰时，系统控制的蒸汽压力最大超调量为0．36%，响应时间为46．5s，系统的稳定程度和响应速度都比较好．MATLAB/Simulink仿真软件为燃烧过程控制系统的分析、评估研究提供了有效途径．54郑州大学学报（工学版）2012年图7燃烧过程控制系统仿真结果Fig．7Simulation results of combustionprocess control system参考文献：［1］姚若玉．基于模糊控制理论的锅炉燃烧系统控制［D］．西安：西安建筑科技大学机电工程学院，2003．［2］杨长亮．基于模糊PID控制的燃气热水锅炉燃烧控制系统研究［D］．成都：电子科技大学自动化工程学院，2010．［3］薛福珍，刘涛，尹君，等．电厂锅炉燃烧过程改进方案及实现［J］．控制工程，2008，15（2）：124－126．［4］吕剑虹，王建武，杨榕，等．电厂锅炉燃烧控制系统优化［J］．中国电力，2001，34（10）：34－38．［5］吴明永．工业锅炉控制策略研究与控制系统设计［D］．兰州：兰州理工大学电气工程与信息工程学院，2009．［6］王正林，王胜开．MATLAB/Simulink与控制系统仿真［M］．北京：电子工业出版社，2008．［7］夏玮，李朝晖．MATLAB控制系统与实例详解［M］．北京：人民邮电出版社，2008．［8］郭阳宽，王正林．过程控制工程及仿真———基于MATLAB/Simulink［M］．北京：电子工业出版社，2009．［9］王毅，张早校．过程装备控制技术及应用［M］．北京：化学工业出版社，2007．Simulation of Combustion Process Control System Based on Matlab/SimulinkZHOU Jun-jie，FANG Quan-guo，WANG Ding-biao（School of Chemical Engineering＆Energy，Zhengzhou University，Zhengzhou450001，China）Abstract：Through simulation software Matlab/Simulink，this paper gets the PID controller parameters of fuel flow、steam pressure and air flow control system by using the method of Ziegler-Nichols，establishes the simula-tion model of combustion process control system．Simulation results show that if the fuel flow and air flow are disturbed by chip signal，steam pressure maximum overshoot is0．36%，and the response time is46．5s，sta-bility and response speed of control system are quite good．MATLAB/Simulink software provides an effective way for the analysis and evaluation study of combustion process control system．Key words：combustion process control system；Matlab/Simulink；system simulation（上接第50页）Study on the Vapor-Liquid Equilibrium for Cyclohexane-CyclohexanoneBinary System under Normal Atmospheric PressureWANG Xun-qiu，WANG Hui，YAN Bing-li，JIANG Deng-gao（School of Chemical and Energy Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou450001，China）Abstract：In order to calculate the vapor-liquid equilibrium（VLE）data of the multicomponent system，the VLE data of cyclohexane-cyclohexanone system were determined under normal atmospheric pressure（101．3 kPa）by using an improved Rose vapor-liquid equilibrium still，and the thermodynamic consistencies of the obtained data were examined．The results show that the experimental data satisfy the examination of the ther-modynamic consistencies．Then the VLE data obtained were correlated with Wilson equation and NRTL equa-tion respectively，and the model parameters of interaction energies between the molecules were determined by using the error sum squares of vapor phase composition as target function．The comparison of the experimental VLE data with those calculated with Wilson equation and NRTL equation shows that the deviations are little，which indicates that the models are suitable to be used for the engineering separation design．Key words：vapor-liquid equilibrium；cyclohexane；cyclohexanone；Wilson equation；NRTL equation。

锅炉燃烧过程控制和仿真

炉膛负压太小，炉膛向外喷火和外泄漏高炉煤气，危及设备与运行人员的安全。负压太大，炉膛漏风量增加，排烟损失增加，引风机电耗增加。
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。

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。

基于Matlab_Simulink的微型燃气轮机动态仿真研究_严志远向文国张士杰

第 27 卷第 1 期 2014 年 3 月
《燃气轮机技术》 GAS TUＲBINE TECHNOLOGY
Vol. 27 No. 1 Mar．， 2014
基于 Matlab / Simulink 的微型燃气轮机动态仿真研究
1 1 2 2 向文国，张士杰，肖云汉严志远，
（ 1．东南大学 2．中国科学院
n ［5 ］折合转速之间的关系：比 βC 、 θ 槡 ga 槡 θ n n = f1 β C ，，（ 4） η is， C = f2 β C ， δ θ θ 槡槡 P in T in δ= 分别为压气机入口空气的式中： θ = ， T0 P0 温度和压力与设计工况环境参数之比。在燃气轮机的动态仿真过程中，转速为状态变量，压气机和容积
(
)
(
)
d（ m cc u cc ） dt g g， out h g， out
= g a，－ in h a， in + g f （ h f + η cc LHV ）（ 8）
式中： m cc 和 u cc 分别为燃烧室中烟气质量和单 h f 和 h g，位质量烟气的内能； h a， in 、 out 分别为燃烧室入口空气、燃料和出口烟气的焓值； LHV 为燃料净比
( )
式中： M k 为该组分的摩尔质量。假定空气为 O2 （ 21% ）和 N2 （ 79% ）的混合物，使用 CH4 作燃料，且在燃烧室中完全燃烧，则空气和烟气的定压比热容分别为： c p， a = 0. 21 · c p， O2 + 0. 79 · c p， N2 （ 2） 36 1 c + 44 · c 64 c p， · α－ · g = p， a p， CO2 + 16 16 16 0. 21 64 0. 79 c c p，（ 3） · H2 O + p， N2 16 0. 21

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。

燃油蒸汽锅炉的燃烧控制系统的设计和仿真

燃油蒸汽锅炉的燃烧控制系统的设计和仿真摘要工业自动化涉及的范围很广，过程控制是其中最重要的一个分支。

它主要针对工业过程的五大参数，即温度、压力、流量、液位(或物位)、成分和特性等参数的控制问题。

过程控制覆盖了很多工业部门，例如石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织等部门，在国民经济中所占有的地位极其重要。

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。

而在大量的工业生产中燃烧都是必要的一环，从燃烧角度来说，有燃油、燃煤、燃气的区别。

虽然燃烧的应用场合和燃料可能不同，但燃烧过程的控制都不外是燃烧控制、温度控制、燃烧程度控制、安全性控制、节能控制等。

本文仅以燃油蒸汽锅炉为例说明燃烧系统中具有一定普遍性的控制问题。

本次课题的目的就是基于生产实际的需求，针对蒸汽压力控制、燃料空气比值控制和炉膛负压控制进行系统框架设计并在MATLAB环境下建立模型、进行控制算法的实现研究。

其主要采用了MATLAB中的SIMULINK工具箱进行仿真，通过模拟示波器中的波形来调节参数，改良控制效果。

关键字：燃烧控制系统，MATLAB，过程控制，SIMULINKTHE DESIGN AND SIMULATION OF THE COMBUSTION CONTROL SYSTEM BASED ON FUEL STEAM BOILERABSTRACTIndustrial automation involve a very wide range, while process control is one of the most important branches. It mainly refer to control techniques of five industrial processes parameters which are temperature, pressure, and flow, liquid level (or bits), composition and characteristics. Process control covers many industries, such as petroleum, chemical industry, electric power, metallurgy, light industry and textile department.It occupied an extremely important position of the national economy.The control modes and their emphasis depend on the different actual application and process bustion is essential in the industrial production.Burning speaking, it can be divide into fuel, coal and gas. Although burning applications and fuel combustion process may be different, the control of burning process all involve burning control, temperature control and burning level control, safety control, degree of saving energy control etc. This paper only to take fuel steam boiler combustion system as an example,it illustrates the control problems with certain universality in the combustion system. The purpose of this subject is to design the system framework for steam pressure control, fuel air ratio control and hearth negative pressure based on the actual production needs, also make model in the MATLAB environment as well as research for the algorithm of control . It mainly uses the MATLAB and SIMULINK toolbox, adjusting the parameters in terms of the waveform of oscilloscope.As a result, the control effect improved.Key words:,combustion control system,MATLAB, process control, SIMULINK目录摘要 (I)ABSTRACT (II)前言 (1)1绪论-------------------------------------------------------------------------------------------------61.1 研究目的及意义-------------------------------------------------------------------------------------------61.2相关领域的研究现状--------------------------------------------------------------------------------------61.2.1燃油蒸汽锅炉发展和现状-----------------------------------------------------------------61.2.2燃烧控制系统的简介--------------------------------------------------------------------------------81.3 论文的章节安排2 燃油蒸汽锅炉燃烧控制系统控制原理---------------------------------------------------------62.1 系统基本结构与设备--------------------------------------------------------------------------------------62.2 主要控制技术及要求-----------------------------------------------------------------------------102.2.1稳定蒸汽母管的压力-------------------------------------------------------------------------------122.2.2维持锅炉燃烧的最佳状态和经济性-------------------------------------------------------------122.2.3维持炉膛负压在一定范围------------------------------------------------------------------------ 122.2.4锅炉燃烧系统控制对象的特性-------------------------------------------------------------------123 蒸汽压力控制、燃料空气比值控制和炉膛负压控制的基本模型建立-------------------143.1蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统基本模型--------------------------------------------143.2炉膛负压控制系统----------------------------------------------------------------------------------------154 MATLAB环境下控制算法的研究---------------------------------------------------------------184.1系统辨识---------------------------------------------------------------------------------------------------184.2控制系统参数整定---------------------------------------------------------------------------------------184.3控制系统SIMULINK仿真-----------------------------------------------------------------------------245 结论-------------------------------------------------------------------------------------------------28 参考文献-------------------------------------------------------------------------------------------------28 致谢-------------------------------------------------------------------------------------------------------29附录-------------------------------------------------------------------------------------------------------46 译文及原文----------------------------------------------------------------------------------------------501 绪论1.1 引言锅炉是重要的工业设备，应用于炼油、冶金、化工、轻工等行业。

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。

锅炉燃烧过程控制系统的Simulink仿真

2012届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班级 0811班学生指导教师2012 年 5 月 15 日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。

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 (37)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。

基于Simulink的锅炉温度流量串级控制系统设计与仿真

基于Simulink的锅炉温度流量串级控制系统设计与仿真Design and Simulation of Concatenation Control Systems for Water Tank Level andTemperature Based on Simulink天时海洋工程及石油装备研究院（青岛）有限公司蔡大伟（Cai Dawei）摘要: 本文采用过程控制理论及Simulink仿真技术、计算机控制系统，设计了一套锅炉温度流量串级控制系统。

通过实验法建立出锅炉数学模型，从而得出锅炉进水流量与温度间传递函数，通过现代控制理论设计的控制方案进行仿真，测量响应曲线。

通过仿真软件对其进行验证，基本准确，通过对参数进行整定，得到较好现场控制效果。

最后，为了体现串级控制的优势，将串级控制系统的抗干扰能力和单回路控制系统的抗干扰能力加以比较。

关键词: 温度；流量；PID控制；串级控制系统Abstract:In this paper, a set of boiler temperature flow cascade control system is designed by using process control theory, Simulink simulation technology and computer control system. The mathematical model of the boiler was established by experiment, and the transfer function between the water inflow and the temperature was obtained. It is verified by simulation software, which is basically accurate, and good control effect can be obtained by setting parameters. Finally, in order to embody the advantages of cascade control, the anti-interference ability of the cascade control system is compared with that of the single-loop control system.Key words: Temperature; Flow; PID control; Concatenation control systems【中图分类号】TP13 【文献标识码】B 【文章编号】1561-0330(2019)02-093-051 引言现代化过程工业向着连续化和大型化的方向发展，生产过程也随之日趋复杂，而对生产经济效益﹑质量的要求，对生产的可靠、安全性的要求以及对生态环境保护的要求也越来越高。

matlab simulink 锅炉节能

使用MATLAB Simulink 进行锅炉节能的建模和仿真可以帮助分析和优化锅炉的运行策略，以减少能源消耗和提高效率。

以下是一个基本的步骤指南，用于在Simulink 中创建锅炉节能模型：1. 启动Simulink:打开MATLAB，然后转到"Simulink" 开始创建模型。

2. 创建模型:1) 在Simulink 库中，从"Simscape" 库中选择"Simscape Fluids" 库，然后拖动必要的组件（例如泵、管道、热交换器、控制阀等）到模型画布中。

2) 为锅炉创建模型，包括燃烧器、蒸汽发生器、水循环系统等。

3. 设置参数:1) 为每个组件设置适当的参数，如流量、压力、温度等。

2) 考虑锅炉的运行模式和所需的控制逻辑，以确保模拟的准确性。

4. 定义控制逻辑:1) 在模型中，你可能需要包括控制逻辑，例如PID 控制器或更高级的优化算法，以调节锅炉的运行参数，如燃料流量、空气流量等，以实现节能目标。

2) 你可以使用Simulink 的Control Design 工具箱来帮助设计控制器。

5. 连接组件:1) 使用管道和连接器将各个组件连接起来，形成一个完整的锅炉系统。

2) 确保所有的连接都是逻辑上合理的，并且符合物理定律。

6. 运行仿真:1) 在模型准备好后，设置仿真参数（如仿真时间、步长等），然后运行仿真。

2) 观察仿真结果，检查锅炉的运行状态和性能指标。

7. 分析和优化:1) 分析仿真结果，找出可能的节能点。

2) 通过调整控制逻辑或修改组件参数来优化锅炉的运行，以达到节能的目的。

3) 重复运行仿真，直到达到满意的节能效果。

8. 报告和文档:1) 记录你的建模过程、仿真结果和优化策略。

2) 准备一份详细的报告或文档，以便将来参考或与他人分享。

请注意，这只是一个基本的指南，实际的锅炉节能建模可能会更加复杂，取决于锅炉的具体类型、运行环境和节能目标。

煤粉工业锅炉燃烧控制策略的优化与仿真研究

煤粉工业锅炉燃烧控制策略的优化与仿真研究煤粉工业锅炉是一种重要的热能转换设备，广泛应用于发电厂、化工厂、制药厂等工业生产过程中。

煤粉工业锅炉的燃烧过程对于锅炉的热效率、环境排放以及设备寿命等方面都有着重要的影响。

因此，如何优化煤粉工业锅炉的燃烧控制策略成为一个研究热点。

为了提高煤粉工业锅炉的燃烧效率，减少环境污染，并延长设备寿命，研究人员进行了大量的探索与实践。

优化燃烧控制策略的重要手段之一是仿真研究。

通过建立煤粉工业锅炉的数学模型进行仿真，可以快速准确地评估不同控制策略的效果，为实际应用提供参考。

煤粉工业锅炉的燃烧过程涉及到多个参数的调节和控制，例如煤粉供给量、风量控制和过剩空气系数等。

优化燃烧控制策略的目标是实现煤粉的完全燃烧，最大限度地提高燃烧效率，并保证烟气排放符合环保要求。

具体的优化策略和方法包括但不限于以下几个方面：首先，合理控制煤粉的供给量是优化燃烧控制策略的关键。

通过准确测量锅炉内的温度、压力、流量等参数，可以实时监测燃烧状况，从而精确计算煤粉的耗量。

根据实际情况，调节煤粉的供给量，以保证燃烧的稳定性和效率。

其次，合理调节风量也是优化燃烧控制策略的重要方面。

风量的大小直接影响锅炉内燃气的供给和烟气的排放。

过大的风量将造成煤粉的过度氧化和能量的浪费，同时也会增加烟气中的氮氧化物（NOx）排放。

过小的风量则会导致燃烧不充分、煤粉积灰等问题。

因此，通过实时监测燃烧状况，合理调节风量，是保证煤粉工业锅炉燃烧效率和环境排放的关键。

另外，过剩空气系数也是影响燃烧控制策略的重要因素之一。

过剩空气系数表示燃烧空气中氧气供给与理论需要的氧气供给之间的比值。

过大的过剩空气系数将导致烟气中氧气含量过高，并增加烟气中的氮氧化物排放；过小的过剩空气系数则会导致燃烧不充分，煤粉积灰等问题。

因此，确定合适的过剩空气系数，可以在保证煤粉完全燃烧的同时，最大程度地减少烟气中的污染物排放。

对于煤粉工业锅炉燃烧控制策略的优化与仿真研究，目前已经有了一些实践经验和研究成果。

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一、燃烧过程控制系统的基本理论燃油锅炉的燃烧控制主要有三个子系统构成：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。

1．蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统燃油蒸汽锅炉燃烧的目的是生产蒸汽供应其他生产环节使用。

一般生产过程中蒸汽的控制是通过压力实现的，随着后续环节的生产用量不同，反应在燃油蒸汽锅炉环节就是蒸汽压的波动。

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实现的。

如图1所示图 1 燃烧炉蒸汽压力控制与燃料比值控制系统2．炉膛负压控制系统锅炉炉膛负压力过小时，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。

保证炉膛负压的措施是引风量和送风量的平衡。

如果负压波动不大，调节引风量即可实现负压控制；当蒸汽压力波动较大时，燃料用量和送风量波动也会较大，此时，经常采用的控制方案如图2所示。

图 2 炉膛负压控制系统二、燃烧过程控制任务燃烧过程自动调节系统的选择虽然与燃料的种类和供给系统、燃烧方式以及锅炉与负荷的联接方式都有关系，但是燃烧过程自动调节的任务都是一样的。

归纳起来，燃烧过程调节系统有三大任务。

第一个任务是维持汽压恒定。

汽压的变化表示锅炉蒸汽量和负荷的耗汽量不相适应，必须相应地改变燃料量，以改变锅炉的蒸汽量。

第二个任务是保证燃烧过程的经济性。

当燃料量改变时，必须相应地调节送风量，使它与燃料量相配合，保证燃烧过程有较高的经济性。

第三个任务是调节引风量与送风量相配合，以保证炉膛压力不变。

对于一台锅炉，燃烧过程的这三项调节任务是不可分隔的，对调节系统设计时应加以注意。

三、燃烧系统调节对象的特性锅炉燃烧过程自动控制的基本任务是既要提供热量适应蒸汽负荷的需要，又要保证燃烧的经济性和锅炉运行的安全性。

燃煤锅炉燃料与空气的比值控制系统Simulink仿真

9-基于MATLAB_Simulink的燃烧过程控制系统仿真

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