两种主汽温控制系统的设计及性能比较

河北工程大学水电学院

毕业设计指导书

两种主汽温控制系统的设计及性能比较

指导教师：

适用专业：热能动力工程

年月日

一、题目：两种主汽温控制系统的设计及性能比较

二、设计目的：

1.动态系统计算机仿真的目的是通过对动态系统仿真模型运行过程的观察和统计获得系统仿真输出和掌握模型基本特性，推断被仿真对象的真实参数，以期获得对仿真对象实际性能的评估和预测，进而实现对真实系统设计与结构的改善或优化。此次设计的目的就是利用MATLAB进行电厂过热汽温自动调节系统的参数进行整定。

MATLAB语言是MathWorks公司在80年代推向市场的一种数值型计算软件。MATLAB具有编程效率高、程序设计灵活、图形功能强等优点,它已经发展成为适合多学科、多种工作平台的功能强劲的大型软件。

MATLAB提供的Simulink工具箱是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包,它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统,也支持多种采样速率的多速率系统。Simulink为用户提供了用方框图进行建模的模型接口。它与传统的仿真软件包用微分方程和差分方程建模相比,具有更直观、方便、灵活的优点。并且用Simulink创建的模型可以具有递阶结构,用户可以用从上到下或从下到上的结构创建模型。

2．目前电厂过热汽温控制系统主要使用的是常规PID控制。PID控制是控制理论中技术成熟，在过程控制中广泛应用的一种控制。PID控制器的结构简单，参数易于调整，在长期的工程实践中，人们己经积累了有关PID控制的丰富经验。特别是在工业过程控制中，由于建立控制对象的精确数学模型很困难，系统参数又经常发生变化，运用现代控制理论进行分析、综合要耗费很大代价进行模型辩识，且往往不能得到预期的效果。而PID控制器具有很大的灵活性和适用性，所以 PID控制仍然是首选的控制策略之一。我们可以通过MATLAB工具箱中的一些模块对过热汽温控制系统进行仿真实验，仿真结果非常理想，主气温在扰动下的偏差只有3℃左右且调节时间在三分钟左右就可达到稳态，从而可以出色完成锅炉蒸汽温度自动调节任务。

一、设计内容

过热蒸汽的温度是锅炉运行质量的重要指标之一，过热蒸汽的温度过高或

者过低都会显著影响电厂运行的经济性和安全性。过热蒸汽的温度过高可能造成过热器、蒸汽管道、汽轮机的高压部分损坏；过热蒸汽的温度过低，会引起电厂热耗上升并使汽轮机轴向推力增大造成推力轴承过载，还会引起汽轮机末级蒸汽湿度增加，其内效率降低，加剧对叶片的侵蚀。所以。锅炉运行中必须保持过热汽温在稳定值附近。一般要求过热汽温与规定值的暂时偏差不超过10℃，长期偏差不超过5℃。

从过热气温温度的动态特性的角度考虑，改变烟气侧参数的调节手段是比较理想的，但具体实现比较困难，所以一般很少采用；喷水减温对过热器的安全运行比较有利，所以尽管对象的调节特性不够理想，但还是目前被广泛采用的过热蒸汽温度调节方法。采用喷水减温时，由于对象调节通道有较大的延迟和惯性及运行中要求有较小的气温控制偏差，所以采用单回路调节系统往往不能获得较好的调节品质。应该从对象的调节通道中找出一个比被调量反映快的中间点信号作为调节器的补充反馈信号，以改善对象调节通道的动态特性，提高调节系统的质量。

采用导前气温微分信号作为补充信号的调节系统方案和串级调节系统的调节品方案，在热工自动控制中得到广泛的应用。通过防真图来比较两种调节系统在调节质量、系统构成和整定调试等各方面的特点。

1 采用导前汽温微分信号的双回路过热汽温控制系统图

如果不加这个导前

信号，调节系统只根据过

调节的单回路

热汽温θ

2

系统。加了这个导前信

号，在动态时调节器根据

θ1的微分和θ2这两个信

号而动作，但在静态时θ

不再变化，则微分器的

1

输出消失，这时过热汽温

θ2必然恢复到给定值。

2 采用导前汽温微分信号的调节系统的分析和整定

加入导前汽温微分信号的作用是改变了调节对象的动态特性，仍可将调节系统看作是单回路。

3串级调节系统原理图

一发生变化，调节器就改变减温水量，而过热汽温串级调节系统，只要θ

1

θ2则起校正作用。只要θ2不恢复到给定值，则PID调节器就不断地改变校正信号去改变减温水量，直到θ

恢复到给定值为止。所以，调节结束后，导前汽温

2

θ1可能稳定在与原来不同的数值上，而过热汽温θ2则等于给定值。

4 串级调节系统结构图

5 串级调节系统的分析和整定

副调节器的参数可按一般单回路调节系统的整定方法进行整定。整定主回路时副回路看作是一个快速随动系统，也按单回路来整定。

6 使用MATLAB/Simulink建立仿真系统图

四、设计要求

1 熟悉MATLAB常用操作和命令；

2 了解采用中间被调量微分信号的调节系统；

3 熟悉过热汽温调节的任务、调节对象的动态特性及调节方案；

4 熟悉采用导前汽温微分信号调节系统和串级汽温调节系统；

5 熟悉导前汽温调节系统和串级汽温调节系统子模块；

6 使用MATLAB/Simulink建立仿真系统图；

7 根据要求输出仿真结果；

8 写出设计说明书。

五、提交成果：

1 设计说明书1份；

2 仿真结果数据（软盘）；

3 翻译一篇英文资料。