過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)報(bào)告---汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

1、<p>　　汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真</p><p><b>　　基本任務(wù)和要求</b></p><p>　　任務(wù)：1.維持汽包水位在一定的范圍內(nèi)。</p><p>　　2.維持穩(wěn)定的給水量。</p><p>　　要求： 1.了解實(shí)現(xiàn)給水全程控制的關(guān)鍵技術(shù)；</p><p>　　2

2、. 能夠進(jìn)行汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真與工程實(shí)現(xiàn)(畫出SAMA圖)。</p><p>　　二．給水控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性</p><p>　　給水量擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性 ：</p><p>　　蒸汽流量擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特性：</p><p>　　爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性：</p><p><b&g

3、t;　　設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求</b></p><p>　　1.了解實(shí)現(xiàn)給水全程控制的關(guān)鍵技術(shù)</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(jù)給水流量W做單位階躍擾動(dòng)時(shí)的汽包水位H的響應(yīng)曲線可知</p><p>　　根據(jù)蒸汽流量D做單位階躍擾動(dòng)時(shí)的汽包水位H的響應(yīng)曲線可知</p>

4、<p>　　已知：給水流量測(cè)量變送器的傳遞函數(shù)為 </p><p>　　蒸汽流量測(cè)量變送器的傳遞函數(shù)為 </p><p>　　水位測(cè)量變送器的傳遞函數(shù)為 </p><p>　　執(zhí)行器系數(shù)為：；閥門放大系數(shù)為：</p><p>　　3.設(shè)計(jì)單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)（其中調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)），敘述控制系統(tǒng)整定過(guò)程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)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(shè)定值階躍擾動(dòng)下汽包水位H的響應(yīng)曲線。</p><p>　　4.設(shè)計(jì)串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)（其中主副調(diào)節(jié)器分別采用PI和P調(diào)節(jié)），敘述控制系統(tǒng)整定過(guò)程；對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，分別給出在蒸汽流量D、給水流量W和汽包水位設(shè)定值階躍擾動(dòng)下汽包水位H的響應(yīng)曲線；</p><p>　　5.對(duì)比分析單級(jí)三沖量給水系統(tǒng)和串級(jí)三沖量給水系統(tǒng)。</p><p

6、><b>　　設(shè)計(jì)正文</b></p><p>　　設(shè)計(jì)單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)（其中調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)），敘述控制系統(tǒng)整定過(guò)程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，分別給出在蒸汽流量D、給水流量W和汽包水位設(shè)定值階躍擾動(dòng)下汽包水位H的響應(yīng)曲線。</p><p>　　單級(jí)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(guò)程：</b></p><p>　　調(diào)節(jié)器使用比例積分控制規(guī)律，其傳遞函數(shù)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(nèi)回路的整定</b></p><p>　　內(nèi)回路的方框圖如下：</p><p><b>　　PID圖：</b></p><p>　　如果把調(diào)節(jié)器、分壓系數(shù)以外的環(huán)節(jié)看作是調(diào)節(jié)對(duì)象，那么廣義調(diào)節(jié)對(duì)象：</p><p>　　是一個(gè)近似的比例環(huán)節(jié)，因此調(diào)節(jié)器的比例帶和積分時(shí)間都可以取得很小，他們

9、的具體值可以通過(guò)試湊法來(lái)決定，以保證內(nèi)回路不振蕩為目的。一般取積分時(shí)間，試探過(guò)程中，可將設(shè)為1，調(diào)節(jié)比例帶的值。</p><p>　　整定過(guò)后的參數(shù)：, ,/=1/6 , ,</p><p>　　整定后的階躍響應(yīng)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(shí)保證與比例帶的比值不變，以保證內(nèi)外回路的穩(wěn)定性。用試湊法，得到=0.0125時(shí)，調(diào)節(jié)過(guò)程最佳，整定后響應(yīng)曲線如下：</p><p>　　當(dāng)確定后，調(diào)整，使不變，保持內(nèi)回路整定效果；=0.014，所以=0.893，=6，=6.719</p><p&

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

12、;　　設(shè)計(jì)串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)（其中主副調(diào)節(jié)器分別采用PI和P調(diào)節(jié)），敘述控制系統(tǒng)整定過(guò)程； 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，分別給出在蒸汽流量D、給水流量W和汽包水位設(shè)定值階躍擾動(dòng)下汽包水位H的響應(yīng)曲線；</p><p>　　串級(jí)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(diào)節(jié)器采用PI控制規(guī)律，其傳遞函數(shù)為；</p><p>　　副調(diào)節(jié)器采用P調(diào)節(jié)規(guī)律，其傳遞函數(shù)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(guò)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(diào)都為P調(diào)節(jié)器，

14、主調(diào)=100%，整定副調(diào)得到和()</p><p>　　試湊結(jié)果為=1/8，整定后的階躍曲線為:</p><p>　　下一步進(jìn)行主環(huán)的整定，主環(huán)副環(huán)都閉合，主副調(diào)都為P調(diào)節(jié)器，副調(diào)，整定主調(diào)得到和（）</p><p>　　試湊結(jié)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(diào)參數(shù)，并修正。</p><p>　　, ,，, ,代入PID中。根據(jù)靜態(tài)補(bǔ)償原理得，。仿真結(jié)果如下：</p><p>　　蒸汽流量D階躍擾動(dòng)對(duì)汽包水位的響應(yīng)曲線</p><p>　　給水流量W階躍擾動(dòng)對(duì)汽包水位的響應(yīng)曲線</p><p>　　汽包水位設(shè)定值階躍擾動(dòng)對(duì)汽包水位的響應(yīng)曲線<

16、;/p><p>　　對(duì)比分析單級(jí)三沖量給水系統(tǒng)與串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)。</p><p>　?。?）整定：串級(jí)：整定回路相對(duì)獨(dú)立，容易整定；</p><p>　　單級(jí)：內(nèi)外回路相互影響，兼顧內(nèi)外回路。</p><p>　　（2）在單級(jí)，串級(jí)中的作用不同；</p><p>　　是單級(jí)中的等效比例帶，在串級(jí)中可為=1</

17、p><p>　?。?）靜態(tài)配合：?jiǎn)渭?jí)需要需要考慮，串級(jí)不需要考慮。</p><p>　　（4）串級(jí)可附加前饋沖量。</p><p>　　（5）汽機(jī)甩負(fù)荷，鍋爐仍要維持低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，水位H要保持給定值，串級(jí)調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)</p><p><b>　　思考題</b></p><p>　　實(shí)現(xiàn)給水全程控制的關(guān)鍵

18、技術(shù)是什么？</p><p>　　引入三沖量信號(hào)，即汽包水位H，蒸汽流量D，給水流量W。D信號(hào)為前饋信號(hào)，直接克服虛假水位現(xiàn)象，W信號(hào)為反饋信號(hào)，克服因給水閥自發(fā)擾動(dòng)對(duì)H（t）影響，并保持穩(wěn)定，可以增強(qiáng)調(diào)節(jié)過(guò)程的穩(wěn)定性（使閥門動(dòng)作不過(guò)調(diào)）。H信號(hào)為反饋信號(hào)，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(xiàn)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(shí)不真實(shí)的水位。當(dāng)汽包壓力突然降低，由于爐水飽和溫度下降到相對(duì)應(yīng)壓力下的飽和溫度而放出大量熱量用于蒸發(fā)，使?fàn)t內(nèi)氣泡增加，體積膨脹，水位上升，形成虛假水位。當(dāng)汽包壓力突然升高，則對(duì)應(yīng)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(nèi)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(jí)三沖量參數(shù)？</p><p>　?。?）根據(jù)快速消除內(nèi)擾以及保證給水量穩(wěn)定的要求，先采用試湊法，一般先設(shè)定αw=1，調(diào)節(jié)器積分時(shí)間Ti≤10，比例系數(shù)Kp≥3.</p><p>　?。?）按照給水?dāng)_動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性，整定外回路，得到等效比例帶δ外 即αw，并在過(guò)程中保證δ/αw不變。</p><p>　?。?）最后根據(jù)無(wú)

21、靜差要求，整定。即。</p><p>　　4如何整定單串級(jí)三沖量參數(shù)？</p><p><b>　　一般取αw=1</b></p><p>　　整定內(nèi)外回路按串級(jí)控制系統(tǒng)整定（內(nèi)外回路相對(duì)獨(dú)立）。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p><b>