热工控制系统课程设计

热工控制系统课程设计题目燃烧控制系统

专业班级：能动1307

姓名：毕腾

学号：201302400402

指导教师：建强

时间：2016.12.30—2017.01.12

目录

第一部分多容对象动态特性的求取 (1)

1.1、导前区 (1)

1.2、惰性区 (2)

第二部分单回路系统参数整定 (3)

2.1、广义频率特性法参数整定 (3)

2.2、广义频率特性法参数整定 (5)

2.3分析不同主调节器参数对调节过程的影响 (6)

第三部分串级控制系统参数整定 .......................................................................... (10)

3.1 、蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统 (10)

3.2 、炉膛负压控制系统 (10)

3.3、系统分析 (12)

3.4有扰动仿真 (21)

第四部分万盛电厂燃烧控制系统SAMA图分析 (24)

4.1、送风控制系统SAMA图简化 (24)

4.2、燃料控制系统SAMA图简化 (25)

4.3、引风控制系统SAMA图简化 (27)

第五部分设计总结 (28)

第一部分 多容对象动态特性的求取

某主汽温对象不同负荷下导前区和惰性区对象动态如下： 导前区：136324815.02++-S S 惰性区：1

110507812459017193431265436538806720276

.123456++++++S S S S S S 对于上述特定负荷下主汽温导前区和惰性区对象传递函数，可以用两点法求上述主汽温对象的传递函数，传递函数形式为 w(s)= n TS K )1(+,再利用 Matlab 求取阶跃响应曲线，然后利用两点法确定对象传递函数。

1.1 导前区

利用MATLAB 搭建对象传递函数模型如图所示：

曲线放大系数K=0.815

y(t1)=0.4*0.815=0.326； t1=25.885;

y(t2)=0.8*0.815=0.652； t2=55.000;

则：n=(1.075t1t2-t1+0.5) 2=2.1192≈2 T=t1+t22.16n

≈18.723 则有：2)1723.18(815.0W(s)+=

s

1.2 惰性区

利用MATLAB 搭建对象传递函数模型如图所示：

曲线放大系数K=1.276

y(t1)=0.4*1.276=0.51； t1=94.66;

y(t2)=0.8*1.276=1.02； t2=146.10;

则：n=(1.075t1t2-t1+0.5) 2=6.11≈6 T=t1+t22.16n

≈18.4 则有：61.276W(s)(18.41)

s =

+ 2、单回路系统参数整定

2.1 广义频率特性法参数整定

根据)(10n ctg m T

πω+= n

p n n m K k )cos sin (10ππ+=

采用等幅振荡法确定调节器参数时相当于m 0=0

（1） W(s)=

61.276(18.41)S +为对象进行参数整定 61

1.8561.5(cos )6p k π

== 在matlab 中进行仿真分析，过程如下：

其中In1Ou1模块如下图：

仿真后系统输出为：

根据等幅振荡是比例增益（Kpk=1.856）和系统输出输出曲线确定的等幅振荡周期（Tk=200）,可以查表确定当系统衰减率Φ=0.75时调节器参数K p=1.1114 K I=0.011114 K D=27.785。投入闭环运行，观察运行效果。代入上述图中在matlab中进行仿真分析，实际系统效果图形为：

2.2 广义频率特性法参数整定

单回路控制系统的原理方框图如下所示

若采用等幅振荡法确定比例调节器的参数，其传递函数为

100%负荷时汽温对象惰性区传递函数为

用代入，等幅振荡时，，则

由广义频率特性法可得

即

事实上对于阶多容惯性环节，可用如下简化公式进行整定参数的计算[1]

则当等幅振荡时，，对于100%负荷惰性区传递函数可得

2.3分析不同主调节器参数对调节过程的影响

1、增大和减少Kp对调节过程的影响

Kp增大时，当Kp=1.444时，系统阶跃相应曲线如下图：

Kp减小时，当Kp=0.8时，系统阶跃相应曲线如下图：

K I增大时，当K I=0.0122时，系统阶跃相应曲线如下图：

K I减小时，当K I=0.01时，系统阶跃相应曲线如下图：

K D增大时，当K D=30时，系统阶跃相应曲线如下图：

K D减小时，当K D=25时，系统阶跃相应曲线如下图：

4、 同时改变p K i K d K 对调节过程的影响，系统阶跃响应曲线的

输出如下：

如p K =1.2 K I =0.02 K D =30时：

通过改变P K ,I K ,D K 的大小，观察阶跃响应曲线，可知比例作用可使调节过程趋于稳定，但在单独使用时，使被调量产生静态偏差；积分作用能使被调量无静态偏差，但单独使用时，会使调节过程变成振荡甚至不稳定；微分作用能有效地减少动态偏差，但不能单独使用。

3 串级控制系统参数整定

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。

3.1 、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。

3.2 、炉膛负压控制系统

锅炉炉膛负压过小时，炉膛的热烟、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，会增加燃料损失、热量损失和降低热效率。使外部大量冷空气进入炉膛，改变燃料和空气比值。