過程控制課程設計報告---汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)設計與仿真

1、<p>　　汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)設計與仿真</p><p><b>　　基本任務和要求</b></p><p>　　任務：1.維持汽包水位在一定的范圍內。</p><p>　　2.維持穩(wěn)定的給水量。</p><p>　　要求： 1.了解實現給水全程控制的關鍵技術；</p><p>　　2

2、. 能夠進行汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的設計、仿真與工程實現(畫出SAMA圖)。</p><p>　　二．給水控制對象的動態(tài)特性</p><p>　　給水量擾動下水位變化的動態(tài)特性 ：</p><p>　　蒸汽流量擾動下水位的動態(tài)特性：</p><p>　　爐膛熱負荷擾動下水位變化的動態(tài)特性：</p><p><b&g

3、t;　　設計內容和要求</b></p><p>　　1.了解實現給水全程控制的關鍵技術</p><p>　　2.了解單元制鍋爐給水全程控制方案</p><p>　　某汽包鍋爐，根據給水流量W做單位階躍擾動時的汽包水位H的響應曲線可知</p><p>　　根據蒸汽流量D做單位階躍擾動時的汽包水位H的響應曲線可知</p>

4、<p>　　已知：給水流量測量變送器的傳遞函數為 </p><p>　　蒸汽流量測量變送器的傳遞函數為 </p><p>　　水位測量變送器的傳遞函數為 </p><p>　　執(zhí)行器系數為：；閥門放大系數為：</p><p>　　3.設計單級三沖量給水控制系統(tǒng)（其中調節(jié)器采用PI調節(jié)），敘述控制系統(tǒng)整定過程對系統(tǒng)進行仿真，分別給

5、出在蒸汽流量D、給水流量W和汽包水位設定值階躍擾動下汽包水位H的響應曲線。</p><p>　　4.設計串級三沖量給水控制系統(tǒng)（其中主副調節(jié)器分別采用PI和P調節(jié)），敘述控制系統(tǒng)整定過程；對系統(tǒng)進行仿真，分別給出在蒸汽流量D、給水流量W和汽包水位設定值階躍擾動下汽包水位H的響應曲線；</p><p>　　5.對比分析單級三沖量給水系統(tǒng)和串級三沖量給水系統(tǒng)。</p><p

6、><b>　　設計正文</b></p><p>　　設計單級三沖量給水控制系統(tǒng)（其中調節(jié)器采用PI調節(jié)），敘述控制系統(tǒng)整定過程對系統(tǒng)進行仿真，分別給出在蒸汽流量D、給水流量W和汽包水位設定值階躍擾動下汽包水位H的響應曲線。</p><p>　　單級三沖量控制系統(tǒng)原理圖：</p><p><b>　　PID圖：</b>

7、</p><p><b>　　SAMA圖附后</b></p><p><b>　　系統(tǒng)整定過程：</b></p><p>　　調節(jié)器使用比例積分控制規(guī)律，其傳遞函數為，且給水流量反饋裝置和蒸汽流量前饋裝置，均為比例環(huán)節(jié)，整定、、、，得到滿意曲線即可得到較為合適的PI控制器。</p><p><

8、b>　　（1）內回路的整定</b></p><p>　　內回路的方框圖如下：</p><p><b>　　PID圖：</b></p><p>　　如果把調節(jié)器、分壓系數以外的環(huán)節(jié)看作是調節(jié)對象，那么廣義調節(jié)對象：</p><p>　　是一個近似的比例環(huán)節(jié)，因此調節(jié)器的比例帶和積分時間都可以取得很小，他們

9、的具體值可以通過試湊法來決定，以保證內回路不振蕩為目的。一般取積分時間，試探過程中，可將設為1，調節(jié)比例帶的值。</p><p>　　整定過后的參數：, ,/=1/6 , ,</p><p>　　整定后的階躍響應曲線：</p><p><b>　?。?）外回路的整定</b></p><p>　　外回路等效方框圖如下&l

10、t;/p><p><b>　　PID圖：</b></p><p>　　在整定外回路時保證與比例帶的比值不變，以保證內外回路的穩(wěn)定性。用試湊法，得到=0.0125時，調節(jié)過程最佳，整定后響應曲線如下：</p><p>　　當確定后，調整，使不變，保持內回路整定效果；=0.014，所以=0.893，=6，=6.719</p><p&

11、gt;　　前饋部分對系統(tǒng)穩(wěn)定性沒有影響，因此在整定前饋通路時可以獨立考慮，一般按靜態(tài)特性進行整定：，所以=0.893</p><p>　　對系統(tǒng)進行仿真，蒸汽流量D階躍擾動下汽包水位H的響應曲線：</p><p>　　給水流量W階躍擾動下汽包水位H的響應曲線：</p><p>　　汽包水位設定值階躍擾動下汽包水位H的響應曲線：</p><p>

12、;　　設計串級三沖量給水控制系統(tǒng)（其中主副調節(jié)器分別采用PI和P調節(jié)），敘述控制系統(tǒng)整定過程； 對系統(tǒng)進行仿真，分別給出在蒸汽流量D、給水流量W和汽包水位設定值階躍擾動下汽包水位H的響應曲線；</p><p>　　串級三沖量給水控制系統(tǒng)原理圖：</p><p><b>　　PID圖 ：</b></p><p><b>　　SAMA圖附

13、后</b></p><p>　　主調節(jié)器采用PI控制規(guī)律，其傳遞函數為；</p><p>　　副調節(jié)器采用P調節(jié)規(guī)律，其傳遞函數為；</p><p>　　給水流量反饋裝置和蒸汽流量前饋裝置，均為比例環(huán)節(jié)，整定、、T、、過程如下(一般取=1)：</p><p>　　采用兩步整定法，首先整定副環(huán)，主環(huán)、副環(huán)都閉合，主副調都為P調節(jié)器，

14、主調=100%，整定副調得到和()</p><p>　　試湊結果為=1/8，整定后的階躍曲線為:</p><p>　　下一步進行主環(huán)的整定，主環(huán)副環(huán)都閉合，主副調都為P調節(jié)器，副調，整定主調得到和（）</p><p>　　試湊結果為=0.9,整定后的階躍曲線:</p><p><b>　　由圖得，=68s</b><

15、/p><p>　　查表。求主副調參數，并修正。</p><p>　　, ,，, ,代入PID中。根據靜態(tài)補償原理得，。仿真結果如下：</p><p>　　蒸汽流量D階躍擾動對汽包水位的響應曲線</p><p>　　給水流量W階躍擾動對汽包水位的響應曲線</p><p>　　汽包水位設定值階躍擾動對汽包水位的響應曲線<

16、;/p><p>　　對比分析單級三沖量給水系統(tǒng)與串級三沖量給水控制系統(tǒng)。</p><p>　?。?）整定：串級：整定回路相對獨立，容易整定；</p><p>　　單級：內外回路相互影響，兼顧內外回路。</p><p>　?。?）在單級，串級中的作用不同；</p><p>　　是單級中的等效比例帶，在串級中可為=1</

17、p><p>　?。?）靜態(tài)配合：單級需要需要考慮，串級不需要考慮。</p><p>　?。?）串級可附加前饋沖量。</p><p>　?。?）汽機甩負荷，鍋爐仍要維持低負荷運行時，水位H要保持給定值，串級調節(jié)時間長</p><p><b>　　思考題</b></p><p>　　實現給水全程控制的關鍵

18、技術是什么？</p><p>　　引入三沖量信號，即汽包水位H，蒸汽流量D，給水流量W。D信號為前饋信號，直接克服虛假水位現象，W信號為反饋信號，克服因給水閥自發(fā)擾動對H（t）影響，并保持穩(wěn)定，可以增強調節(jié)過程的穩(wěn)定性（使閥門動作不過調）。H信號為反饋信號，起校正作用，使汽包水位為給定值。從而保持鍋爐水位保持在一定范圍。</p><p>　　2.什么是三沖量？什么是虛假水位現象？</

19、p><p>　　三沖量是指汽包水位H，蒸汽流量D，給水流量W。</p><p>　　虛假水位，即暫時不真實的水位。當汽包壓力突然降低，由于爐水飽和溫度下降到相對應壓力下的飽和溫度而放出大量熱量用于蒸發(fā)，使爐內氣泡增加，體積膨脹，水位上升，形成虛假水位。當汽包壓力突然升高，則對應飽和溫度提高，一部分熱量被用于爐水加熱，使蒸發(fā)量減小，爐內氣泡減少，體積收縮，水位下降，亦形成虛假水位。</p&

20、gt;<p>　　3.如何整定單級三沖量參數？</p><p>　?。?）根據快速消除內擾以及保證給水量穩(wěn)定的要求，先采用試湊法，一般先設定αw=1，調節(jié)器積分時間Ti≤10，比例系數Kp≥3.</p><p>　　（2）按照給水擾動下的動態(tài)特性，整定外回路，得到等效比例帶δ外 即αw，并在過程中保證δ/αw不變。</p><p>　　（3）最后根據無

21、靜差要求，整定。即。</p><p>　　4如何整定單串級三沖量參數？</p><p><b>　　一般取αw=1</b></p><p>　　整定內外回路按串級控制系統(tǒng)整定（內外回路相對獨立）。</p><p><b>　　設計總結</b></p><p><b>