過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)--鍋爐主蒸汽溫度控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　(2011 -- 2012 年度第 1學(xué)期)</p><p>　　名 稱：過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題 目：鍋爐主蒸汽溫度控制系統(tǒng) </p><p>　　院 系：自動(dòng)化 </p>

2、;<p>　　設(shè)計(jì)周數(shù)：1周 </p><p>　　日期： 2011年 12月29日</p><p>　　《過(guò)程控制》課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　任 務(wù) 書(shū)</b></p><p><b>　　一、 目的與要求</b></p>

3、<p>　　“過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)”是“過(guò)程控制”課程的一個(gè)重要組成部分。通過(guò)實(shí)際工業(yè)過(guò)程對(duì)象控制方案的選擇、控制功能的設(shè)置、工程圖紙的繪制等基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)說(shuō)明的撰寫(xiě)，培養(yǎng)學(xué)生基本控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新意識(shí)，完成工程師基本技能訓(xùn)練。</p><p><b>　　二、 主要內(nèi)容</b></p><p>　　1．根據(jù)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行的分析，確定系統(tǒng)自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)

4、，給出控制系統(tǒng)原理圖；</p><p>　　2．根據(jù)確定控制設(shè)備和測(cè)量取樣點(diǎn)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，繪制控制系統(tǒng)工藝流程圖（PID圖）；</p><p>　　3．根據(jù)確定的自動(dòng)化水平和系統(tǒng)功能，選擇控制儀表，完成控制系統(tǒng)SAMA圖（包括系統(tǒng)功能圖和系統(tǒng)邏輯圖）；</p><p>　　4．對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真試驗(yàn)并進(jìn)行系統(tǒng)整定；</p><p>　　5．

5、編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。</p><p><b>　　三、 進(jìn)度計(jì)劃</b></p><p>　　四、 設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）成果要求</p><p>　　繪制所設(shè)計(jì)熱工控制系統(tǒng)的的SAMA圖；</p><p>　　根據(jù)已給對(duì)象，用MATABL進(jìn)行控制系統(tǒng)仿真整定，并打印整定效果曲線；</p><p><b&

6、gt;　　撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p><b>　　五、 考核方式</b></p><p><b>　　提交設(shè)計(jì)報(bào)告及答辯</b></p><p><b>　　學(xué)生姓名：****</b></p><p>　　指導(dǎo)教師：**** </p>

7、<p>　　2011年 12月30日 </p><p>　　課程設(shè)計(jì)(綜合實(shí)驗(yàn))的目的與要求</p><p><b>　　1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　影響過(guò)熱蒸汽溫度的主要擾動(dòng)有三種：蒸汽流量（負(fù)荷）擾動(dòng)；煙氣熱量擾動(dòng)（燃燒器運(yùn)行方式、燃料量變化、風(fēng)量變化等）；減溫水流量擾動(dòng)。本次課程設(shè)計(jì)的目的就是通過(guò)控制鍋爐的減

8、溫水流量維持過(guò)熱器出口蒸汽溫度在允許范圍內(nèi)，并且保護(hù)過(guò)熱器，使管壁溫度不超過(guò)允許的工作溫度。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)要求</b></p><p>　?。?）被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性分析；</p><p>　?。? 選擇控制系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，畫(huà)控制原理圖；</p><p>　?。?）選擇測(cè)點(diǎn)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)畫(huà)控制系統(tǒng)工藝流程圖；

9、</p><p>　?。?）選擇控制儀表，畫(huà)SAMA圖（標(biāo)出調(diào)節(jié)器作用方向）；</p><p>　?。?）根據(jù)控制原理圖，進(jìn)行控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)，控制器參數(shù)整定；</p><p><b>　　設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）正文 </b></p><p>　　蒸汽溫度自動(dòng)控制包括過(guò)熱蒸汽溫度的自動(dòng)控制和再熱蒸汽溫度的自動(dòng)控制。對(duì)于某一確定的機(jī)

10、組，其過(guò)熱蒸汽溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)和再熱汽溫自動(dòng)控制系統(tǒng)是針對(duì)機(jī)組的具體特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的。一般而言，汽溫控制系統(tǒng)種類較多，各有特點(diǎn)。</p><p>　　1.過(guò)熱蒸汽溫度控制的任務(wù)</p><p>　　過(guò)熱汽溫是鍋爐汽水通道中溫度最高的地方，過(guò)熱器的材料是耐高溫的合金材料，正常運(yùn)行時(shí)過(guò)熱器溫度一般接近于材料所允許的極限溫度。過(guò)熱蒸汽溫度偏高，不僅會(huì)燒壞過(guò)熱器，同時(shí)也會(huì)使蒸汽管道，汽輪機(jī)主汽門、調(diào)節(jié)

11、閥、汽缸、前級(jí)噴嘴和葉片等部件機(jī)械強(qiáng)度降低，影響機(jī)組安全。過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)低，則會(huì)降低機(jī)組熱效率，同時(shí)還會(huì)使汽輪機(jī)末級(jí)蒸汽濕度增加，加速葉片侵蝕。若過(guò)熱蒸汽溫度波動(dòng)過(guò)大，還會(huì)使材料產(chǎn)生疲勞，危及機(jī)組安全運(yùn)行。</p><p>　　為了保證機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，過(guò)熱蒸汽溫度必須加以精確控制。過(guò)熱蒸汽溫度控制的任務(wù)是維持過(guò)熱器出口蒸汽溫度在允許的范圍內(nèi)。一般要求過(guò)熱蒸汽溫度與給定值的偏差不超過(guò)士5℃甚至更小?？刂浦髡羝麥?/p>

12、度的手段都是在過(guò)熱器上安裝噴水減溫器，將帶有一定過(guò)冷度的給水噴人，以控制主蒸汽溫度。</p><p>　　亞臨界鍋爐主汽溫度設(shè)計(jì)值一般為540℃左右，超臨界鍋爐主汽溫度設(shè)計(jì)值為560~570℃左右，超超臨界鍋爐主汽溫度設(shè)計(jì)值為600℃左右。對(duì)于這樣的傳熱對(duì)象，采用任何控制作用都顯得有較大的遲延和慣性，要達(dá)到這樣小的溫度偏差是很不容易的。</p><p>　　2.被控對(duì)象特性分析</p

13、><p>　　2.1過(guò)熱汽溫控制對(duì)象的靜態(tài)特性</p><p>　　根據(jù)傳熱方式分：過(guò)熱器可分為對(duì)流式、輻射式和半輻射式過(guò)熱器三種。對(duì)于不同的過(guò)熱器，蒸汽流量對(duì)蒸汽溫度的影響圖1所示：</p><p>　　2.2過(guò)熱汽溫控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性</p><p>　　引起過(guò)熱蒸汽溫度變化的因素可分為三類:蒸汽負(fù)荷擾動(dòng)，煙氣側(cè)擾動(dòng)和減溫水側(cè)擾動(dòng)。蒸汽負(fù)荷擾

14、動(dòng)主要是蒸汽流量;煙氣側(cè)擾動(dòng)包括燃料成份、受熱面清潔變、煙氣流量、火焰中心位置、燃燒器運(yùn)行方式等等;減溫水側(cè)擾動(dòng)如減溫水流量、減溫水溫度等。煙氣側(cè)擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性與蒸汽負(fù)荷擾動(dòng)類似，汽溫響應(yīng)較快，也可以用作控制汽溫的手段，在再熱汽溫的控制中普遍采用。</p><p>　　（1）蒸汽流量（負(fù)荷）擾動(dòng)</p><p>　　以對(duì)流式過(guò)熱器為例，在蒸汽流量D產(chǎn)生階躍擾動(dòng)下，過(guò)熱汽溫θ變化響的應(yīng)曲線如

15、圖2所示，可用傳遞函數(shù)（1-1）表示。其特點(diǎn)為：有遲延，有慣性，有自平衡能力 ，且τ和TD均較小。 </p><p><b>　?。?）煙氣熱量擾動(dòng)</b></p><p>　　在煙氣熱量Qy（煙氣溫度和流速變化）產(chǎn)生階躍擾動(dòng)下，過(guò)熱汽溫θ變化的響應(yīng)曲線如圖3所示，可用傳遞函數(shù)（1-3）表示。特點(diǎn)為：有遲延、有慣性、有自平衡能力。遲延時(shí)間約：10-20s，慣性時(shí)間常數(shù)

16、：<100s</p><p><b>　　（3）減溫水量擾動(dòng)</b></p><p>　　在減溫水量WB產(chǎn)生階躍擾動(dòng)下，過(guò)熱汽溫θ 變化的響應(yīng)曲線如圖4所示，可用傳遞函數(shù)（1-4）表示.。特點(diǎn)是：有遲延、有慣性、有自平衡能力（遲延較大，與減溫器的位置和過(guò)熱器管道的長(zhǎng)短有關(guān)）。一般鍋爐：遲延時(shí)間：30-60s，慣性時(shí)間常數(shù)：>100s</p>

17、<p><b>　　3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1過(guò)熱汽溫控制的基本方案</p><p>　　為了在控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作后能及時(shí)影響到汽溫(即控制機(jī)構(gòu)擾動(dòng)時(shí)，汽溫動(dòng)態(tài)特性的τ、T和τ/ T應(yīng)盡可能小)，因此正確選擇控制汽溫的手段是非常重要的，目前廣泛采用噴水減溫作為控制汽溫的手段。即使這樣，對(duì)于滿足汽溫的高精度要求，控制對(duì)象在控制作用下的遲延時(shí)間

18、τ和時(shí)間常數(shù)T還是太大。如果只根據(jù)汽溫偏差來(lái)改變噴水量往往不能保證汽溫在允許的范圍內(nèi)。因此，在設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該引人一些比過(guò)熱蒸汽溫提前反映擾動(dòng)的補(bǔ)充信號(hào)，使擾動(dòng)發(fā)生后，過(guò)熱汽溫還沒(méi)有發(fā)生明顯變化的時(shí)刻就進(jìn)行控制，消除擾動(dòng)對(duì)主汽溫的影響，而有效地控制汽溫的變化。電站鍋爐應(yīng)用最廣泛的是串級(jí)過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)和采用導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的雙回路控制系統(tǒng)。</p><p>　　本文采用串級(jí)過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)方案。</

19、p><p>　　3.2串級(jí)控制方案論證</p><p>　　串級(jí)控制是隨著工業(yè)的發(fā)展，新工藝不斷出現(xiàn)，生產(chǎn)過(guò)程日趨強(qiáng)化，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求越來(lái)越高，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)已不能滿足工藝要求的情況下產(chǎn)生的。</p><p>　　圖5 串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖</p><p>　　由上圖可知，主控制器的輸出即副控制器的給定，而副控制器的輸出直接送往控制閥。主控制器的給定

20、值是由工藝規(guī)定的，是一個(gè)定制，因此，主環(huán)是一個(gè)定值控制系統(tǒng)；而副控制器的給定值是由主控制器的輸出提供的，它隨主控制器輸出變化而變化，因此，副環(huán)是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)。</p><p>　　串級(jí)控制系統(tǒng)中，兩個(gè)控制器串聯(lián)工作，以主控制器為主導(dǎo)，保證主變量穩(wěn)定為目的，兩個(gè)控制器協(xié)調(diào)一致，互相配合。若干擾來(lái)自副環(huán)，副控制器首先進(jìn)行“粗調(diào)”，主控制器再進(jìn)一步進(jìn)行“細(xì)調(diào)”。因此控制質(zhì)量?jī)?yōu)于簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。</p>

21、<p><b>　　串級(jí)控制有以下優(yōu)點(diǎn)</b></p><p>　?、?由于副回路的存在，減小了對(duì)象的時(shí)間常數(shù)，縮短了控制通道，使控制作用更加及時(shí)；</p><p>　　② 提高了系統(tǒng)的工作頻率，使振蕩周期減小，調(diào)節(jié)時(shí)間縮短，系統(tǒng)的快速性增強(qiáng)了；</p><p>　　③ 對(duì)二次干擾具有很強(qiáng)的克服能力，對(duì)客服一次干擾的能力也有一定的提高

22、；</p><p>　　④ 對(duì)負(fù)荷或操作條件的變化有一定的自適應(yīng)能力。</p><p>　　一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)設(shè)計(jì)合理的串級(jí)控制系統(tǒng)，當(dāng)干擾從副回路進(jìn)入時(shí)，其最大偏差將會(huì)較小到控制系統(tǒng)的1%~10%，即便是干擾從主回路進(jìn)入，最大偏差也會(huì)縮小到單回路控制系統(tǒng)的1/3~1/5。但是，如果串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)得不合理，其優(yōu)越性就不能夠充分體現(xiàn)。因此，串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理性十分重要。</p>

23、<p>　　3.3 系統(tǒng)控制參數(shù)確定</p><p>　　3.3.1 主變量的選擇</p><p>　　串級(jí)控制系統(tǒng)選擇主變量時(shí)要遵循以下原則：在條件許可的情況下，首先應(yīng)盡量選擇能直接反應(yīng)控制目的的參數(shù)為主變量；其次要選擇與控制目的有某種單值對(duì)應(yīng)關(guān)系的間接單數(shù)作為主變量；所選的主變量必須有足夠的變化靈敏度。</p><p>　　綜合以上原則，在本系統(tǒng)中

24、選擇送入負(fù)荷設(shè)備的出口蒸汽溫度作為主變量。該參數(shù)可直接反應(yīng)控制目的。</p><p>　　3.3.2副變量的選擇</p><p>　　副回路的設(shè)計(jì)質(zhì)量是保證發(fā)揮串級(jí)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)的關(guān)鍵。副變量的選擇應(yīng)遵循以下原則：</p><p>　?、?應(yīng)使主要干擾和更多的干擾落入副回路；</p><p>　?、?應(yīng)使主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)匹配；</p>

25、;<p>　?、?應(yīng)考慮工藝上的合理性、可能性和經(jīng)濟(jì)型</p><p>　　綜合以上原則，選擇減溫器和過(guò)熱器之間的蒸汽溫度作為副變量。</p><p>　　3.3.3操縱變量的選擇</p><p>　　工業(yè)過(guò)程的輸入變量有兩類：控制變量和擾動(dòng)變量。其中，干擾時(shí)客觀存在的，它是影響系統(tǒng)平穩(wěn)操作的因素，而操縱變量是克服干擾的影響，使控制系統(tǒng)重新穩(wěn)定運(yùn)行的因

26、素。操縱變量的基本原則為：</p><p>　?、?選擇對(duì)所選定的被控變量影響較大的輸入變量作為操縱變量；</p><p>　　② 在以上前提下，選擇變化范圍較大的輸入變量作為控制變量，以便易于控制；</p><p>　?、?在①的基礎(chǔ)上選擇對(duì)被控變量作用效應(yīng)較快的輸入變量作為控制變量，使控制系統(tǒng)響應(yīng)較快；</p><p>　　綜合以上原則，

27、選擇減溫水的輸入量作為操縱變量。</p><p>　　3.4 調(diào)節(jié)閥的選擇</p><p>　　在本系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是按照控制器所給定的信號(hào)大小和方向，改變閥的開(kāi)度，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)流體流量的裝置。</p><p>　　調(diào)節(jié)閥的口徑的大小，直接決定著控制介質(zhì)流過(guò)它的能力。為了保證系統(tǒng)有較好的流通能力，需要使控制閥兩端的壓降在整個(gè)管線的總壓降中占有較大的比例

28、。</p><p>　　調(diào)節(jié)閥的開(kāi)、關(guān)形式需要考慮到以下幾種因素：</p><p>　?、?生產(chǎn)安全角度：當(dāng)氣源供氣中斷，或調(diào)節(jié)閥出故障而無(wú)輸出等情況下，應(yīng)該確保生產(chǎn)工藝設(shè)備的安全，不至發(fā)生事故；</p><p>　　② 保證產(chǎn)品質(zhì)量：當(dāng)發(fā)生控制閥處于無(wú)源狀態(tài)而恢復(fù)到初始位置時(shí)，產(chǎn)品的質(zhì)量不應(yīng)降低；</p><p>　?、?盡可能的降低原料、

29、產(chǎn)品、動(dòng)力損耗；</p><p>　?、?從介質(zhì)的特點(diǎn)考慮。</p><p>　　綜合以上各種因素，在鍋爐過(guò)熱蒸汽控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥選擇氣開(kāi)閥。</p><p>　　調(diào)節(jié)閥的流量特性的選擇，在實(shí)際生產(chǎn)中常用的調(diào)節(jié)閥有線性特性、對(duì)數(shù)特性和快開(kāi)特性三種，在本系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇線性特性。</p><p>　　閥門定位器的選用，閥門定位器是調(diào)

30、節(jié)閥的一種輔助裝置，與調(diào)節(jié)閥配套使用，它接受控制器來(lái)的信號(hào)作為輸入信號(hào)，并以其輸出信號(hào)去控制調(diào)節(jié)閥，同時(shí)將調(diào)節(jié)閥的閥桿位移反饋到閥門定位器的輸入端而構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)隨動(dòng)系統(tǒng)，閥門定位器可以消除閥膜頭和彈簧的不穩(wěn)定以及各運(yùn)動(dòng)部件的干摩擦，從而提高調(diào)節(jié)閥的精度和可靠性，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位；閥門定位器增大了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出功率，減少了系統(tǒng)的傳遞滯后，加快閥桿的移動(dòng)速度；閥門定位器還可以改變調(diào)節(jié)閥的流量特性。</p><p><

31、;b>　　3.5 控制器設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.5.1 控制器控制規(guī)律的選擇</p><p>　　串級(jí)主汽溫控制系統(tǒng)中，副回路應(yīng)盡快地消除擾動(dòng)對(duì)主汽溫的影響，對(duì)主汽溫起粗調(diào)作用，因此副控制器一般采用P或PD控制器;主控制器的作用是對(duì)主汽溫起細(xì)調(diào)作用，因此應(yīng)采用PI或PID控制器。</p><p>　　3.3.2 控制器正、反作用選擇&

32、lt;/p><p>　　對(duì)于串級(jí)控制系統(tǒng)，主、副控制器正、反作用的選擇順序應(yīng)該是先副后主。</p><p>　　副控制器的正、反作用要根據(jù)副環(huán)的具體情況決定，而與主環(huán)無(wú)關(guān)。為了使副環(huán)回路構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)，副環(huán)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)的符號(hào)必須為“負(fù)”，即副環(huán)內(nèi)所有各環(huán)節(jié)放大倍數(shù)符號(hào)的乘積應(yīng)為“負(fù)”。在本設(shè)計(jì)中隨著調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度增加，減溫水量增加，副對(duì)象即減溫器后端蒸汽溫度會(huì)降低，所以調(diào)節(jié)閥對(duì)副對(duì)象的作用

33、為“負(fù)”；而調(diào)節(jié)閥為氣開(kāi)閥，即其控制作用為“正”，所以負(fù)調(diào)節(jié)器的控制作用應(yīng)為負(fù)作用。</p><p>　　主控制器的正、反作用要根據(jù)主環(huán)所包括的各個(gè)環(huán)節(jié)的情況來(lái)確定，同時(shí)可將副回路視為一放大倍數(shù)為“正”的環(huán)節(jié)來(lái)看待，因?yàn)楦被芈肥且噪S動(dòng)系統(tǒng)。這樣只要根據(jù)主對(duì)象與主變送器放大倍數(shù)的符號(hào)及整個(gè)主環(huán)開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)的符號(hào)為“負(fù)”的要求，就可以確定主控制器的正、反作用。在本系統(tǒng)中，主對(duì)象的放大倍數(shù)為的符號(hào)為“正”，所以主控制器

34、應(yīng)選“負(fù)”作用。</p><p>　　3.4控制儀表的選擇</p><p>　　控制儀表的主要類型大致分為電動(dòng)或氣動(dòng)，電動(dòng)I型、II型、III型，單元組合儀表或是基地是儀表等。常用的控制儀表有電動(dòng)II型、III型。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，選用的儀表不同，具體的實(shí)施方案也不同。</p><p>　　電動(dòng)III型和電動(dòng)II型儀表就其功能來(lái)說(shuō)基本相同，但是其控制信號(hào)不相同，控制

35、II型典型信號(hào)為，而電動(dòng)III型儀表的典型信號(hào)為，此外。III型儀表較II型儀表操作、維護(hù)更為方便、簡(jiǎn)捷，同時(shí)III型儀表還具有完善的跟蹤、保持電路，使得手動(dòng)切換非常方便，隨時(shí)都可以進(jìn)行切換，且保證無(wú)擾動(dòng)。所以在本設(shè)計(jì)中選用電動(dòng)III型儀表。</p><p>　　由電動(dòng)III型儀表構(gòu)成的串級(jí)控制系統(tǒng)的基本方案有如下兩種：</p><p>　　圖6 用電動(dòng)III型儀表組成的串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖

36、</p><p>　　該方案中采用了兩臺(tái)控制器，主、副變量通過(guò)一臺(tái)雙筆記錄儀進(jìn)行記錄。由于副控制器輸出的是，而控制閥只能接受氣壓信號(hào)，所以在副控制器與控制閥之間設(shè)置了一個(gè)電氣轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　圖7用電動(dòng)III型儀表組成的主控-串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖</p><p>　　該方案較于上一方案多設(shè)置了一個(gè)主控-串級(jí)控制切換開(kāi)關(guān)，可以根據(jù)不同情況使控制系統(tǒng)工作于主控

37、方式和串級(jí)控制方式下。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中采用第二種方式可以是控制系統(tǒng)更好的工作，得到更穩(wěn)定的控制輸出。</p><p>　　3.5 系統(tǒng)流程及方案</p><p>　　圖8是過(guò)熱蒸汽溫度串級(jí)控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)的方框圖如圖9所示。</p><p>　　串級(jí)主汽溫控制系統(tǒng)的兩個(gè)回路為:</p><p>

38、;　　①由對(duì)象的導(dǎo)前區(qū)Gp1(s)、導(dǎo)前汽溫變送器ml、副控制器Gc2(s)、執(zhí)行器Kz和噴水控制閥Kf組成副回路;</p><p>　?、谟蓪?duì)象的惰性區(qū)Gp2(s)、過(guò)熱汽溫(主汽溫)變送器m、主控制器Gc1(s)及副回路組成主回路。</p><p>　　導(dǎo)前汽溫θ1對(duì)于噴水量變化的反應(yīng)比主汽溫θ及時(shí)，一旦導(dǎo)前汽溫θ1發(fā)生變化，副控制器Gc2就改變減溫水流量，及時(shí)消除干擾使主汽溫變化較小

39、。主控制器Gc1對(duì)過(guò)熱汽溫θ起校正作用。當(dāng)主汽溫θ偏離給定值時(shí)，由主控制器Gc1發(fā)出校正信號(hào)u1，通過(guò)副控制器Gc2及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，使主汽溫最終恢復(fù)到給定值。主控制器的輸出u1相當(dāng)于改變導(dǎo)前汽溫θ1的給定值。所以控制過(guò)程結(jié)束時(shí)，導(dǎo)前汽溫θ1可能穩(wěn)定在與原來(lái)不同的數(shù)值上，而過(guò)熱汽溫θ則等于給定值。</p><p>　　一般汽溫控制中導(dǎo)前區(qū)動(dòng)態(tài)特性Gpl(s)的遲延和慣性要比整個(gè)控制對(duì)象GPl (s) GP2

40、(s)的遲延和慣性小得多，在這種情況下副回路的控制過(guò)程比主回路的控制過(guò)程快得多。當(dāng)副回路消除噴水量擾動(dòng)時(shí)，主汽溫基本上不受影響。即當(dāng)副回路動(dòng)作時(shí)，主回路可以看作開(kāi)路;而當(dāng)主回路動(dòng)作時(shí)，副回路可以看作是快速隨動(dòng)的比例環(huán)節(jié)。</p><p>　　4．控制系統(tǒng)仿真機(jī)參數(shù)整定</p><p>　?。?）Matlab2011b環(huán)境下應(yīng)用Simulink搭建系統(tǒng)如圖所示。</p><

41、;p>　　（2）應(yīng)用兩步法整定串級(jí)控制系統(tǒng)，得到內(nèi)環(huán)和系統(tǒng)整體響應(yīng)曲線如圖11、12所示。其中主副調(diào)節(jié)器參數(shù)分別為：主調(diào)節(jié)器P=0.06，I=0.0024，副調(diào)節(jié)器P=15.92 D=92.09。系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的超調(diào)量為20%，衰減率約為75%，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　（3）系統(tǒng)干擾測(cè)試</b></p><p>　　系統(tǒng)在蒸汽流量和5%內(nèi)擾

42、作用下的響應(yīng)曲線分別如圖所示。</p><p>　　通過(guò)擾動(dòng)測(cè)試，可以看出系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)具有較強(qiáng)的抑制能力，但同時(shí)由于大慣性和延時(shí)，以致系統(tǒng)對(duì)較強(qiáng)擾動(dòng)抑制效果有限。</p><p>　　5.繪制SAMA圖（見(jiàn)附錄）</p><p><b>　　6總結(jié)體會(huì)</b></p><p><b>　　6.1 設(shè)計(jì)總結(jié)<

43、/b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是基于串級(jí)控制系統(tǒng)的鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)爐溫過(guò)熱蒸汽的良好控制是保證系統(tǒng)輸出蒸汽溫度穩(wěn)定的前提。采用串級(jí)控制系統(tǒng)，主回路采用PID運(yùn)算，副回路采用PD運(yùn)算。在主回路串級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)采用微分作用，對(duì)于延遲和慣性較大的對(duì)象調(diào)節(jié)質(zhì)量較好。同時(shí)，可以極大地消除控制系統(tǒng)工作過(guò)程中的各種擾動(dòng)，使系統(tǒng)工作在良好的狀態(tài)下。 </p><p>　　過(guò)熱汽

44、溫串級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，過(guò)熱汽溫串級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)中主、副調(diào)節(jié)回路相對(duì)獨(dú)立，因此在投運(yùn)時(shí)，參數(shù)整定、調(diào)試直觀方便。</p><p>　　串級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)運(yùn)算較復(fù)雜，對(duì)運(yùn)算設(shè)備要求高。（DCS具有豐富的運(yùn)算功能和較快的運(yùn)算速度，軟、硬件完全能夠滿足算法要求）。</p><p>　　總之，在火力發(fā)電機(jī)組中過(guò)熱汽溫采用串級(jí)自動(dòng)控制方案比較理想。</p><p><b

45、>　　6.2心得體會(huì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了自動(dòng)控制理論以及過(guò)程控制理論，在為期一周的時(shí)間里，我們每個(gè)人都有很多收獲。</p><p>　　為完成本次課程設(shè)計(jì)，我們又重新溫習(xí)了一下相關(guān)的理論和課程資料，查閱了很多文獻(xiàn)，通過(guò)這些前期準(zhǔn)備工作，我們基本熟悉了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程及方法，為接下來(lái)的課設(shè)以及日后的工作奠定了基礎(chǔ)。</p><

46、p>　　我們經(jīng)過(guò)討論確定了本課題，然后，明確成員分工，一絲不茍的開(kāi)展設(shè)計(jì)，這期間，我們不僅主動(dòng)去研究現(xiàn)有的理論，而且還參考了工程實(shí)際的方案，雖然，我們每個(gè)人都很努力，但是，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還是遇到了一些棘手的問(wèn)題，有的通過(guò)查閱資料得以解決，有的是在與同學(xué)的討論中豁然開(kāi)朗，有的在老師的幫助下順利攻克。在解決問(wèn)題的過(guò)程中，我們對(duì)相關(guān)理論的理解更深刻了，應(yīng)用理論解決問(wèn)題的能力更強(qiáng)了。可以說(shuō)本次課程設(shè)計(jì)，使我們的工程素養(yǎng)得到了大幅度的鍛煉和

47、提高。</p><p>　　在此，我們誠(chéng)摯的向組織指導(dǎo)本次課程設(shè)計(jì)的各位老師表示感謝，對(duì)答辯的老師由衷地說(shuō)句：“您辛苦了！”。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]巨林倉(cāng). 電廠熱工過(guò)程控制系統(tǒng).西安：西安交通大學(xué)出版社，2009</p><p>　　[2]夏澤中，施三寶．主蒸汽溫度預(yù)