热工控制系统课程设计热工控制系统课程设计题 目 燃烧控制系统目 录第一部分 多容对象动态特性的求取.11.1、导前区.11.2、惰性区.2第二部分 单回路系统参数整定.32.1、广义频率特性法参数整定.32.2、广义频率特性法参数整定.52.3 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.103.1 、蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统.103.2 、炉膛负压控制系统.103.3、系统分析.123.4 有扰动仿真.21第四部分 四川万盛电厂燃烧控制系统 SAMA 图分析.244.1、送风控制系统 SAMA 图简化 .244.2、燃料控制系统 SAMA 图简化 .254.3、引风控制系统 SAMA 图简化 .27第五部分 设计总结.280第一部分第一部分 多容对象动态特性的求取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 SS惰性区：对于上述1110507812459017193431265436538806720276. 123456SSSSSS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)= ,再利nTSK ) 1(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 导前区导前区利用 MATLAB 搭建对象传递函数模型如图所示： 1曲线放大系数 K=0.815y(t1)=0.4*0.815=0.326； t1=25.885;y(t2)=0.8*0.815=0.652； t2=55.000;则：n=(Error!Error!2=2.11922 T=18.723t1 + t2 2.16n则有：2) 1723.18(815. 0W(s)s1.2 惰性区惰性区利用 MATLAB 搭建对象传递函数模型如图所示：曲线放大系数 K=1.2762y(t1)=0.4*1.276=0.51； t1=94.66;y(t2)=0.8*1.276=1.02； t2=146.10;则：n=(Error!Error!2=6.116 T=18.4t1 + t2 2.16n则有：61.276W(s)(18.41)s2、单回路系统参数整定、单回路系统参数整定2.1 广义频率特性法参数整定广义频率特性法参数整定根据 )(10nctgmT npnnmKk )cossin(10采用等幅振荡法确定调节器参数时相当于 m0=0（1） W(s)= 为对象进行参数整定61.276 (18.41)S 611.856 1.5(cos)6pk在 matlab 中进行仿真分析，过程如下：其中 In1Ou1 模块如下图：3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 =0.75 时调节器参数 Kp=1.1114 KI=0.011114 KD=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：42.2 广义频率特性法参数整定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15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：62、增大和减少 KI对调节过程的影响KI增大时，当 KI=0.0122 时，系统阶跃相应曲线如下图：KI减小时，当 KI=0.01 时，系统阶跃相应曲线如下图：73、增大和减少 KD对调节过程的影响KD增大时，当 KD=30 时，系统阶跃相应曲线如下图：KD减小时，当 KD=25 时，系统阶跃相应曲线如下图：84、同时改变 对调节过程的影响，系统阶跃响应曲线的pKiKdK输出如下：如=1.2 KI=0.02 KD=30时：pK9通过改变,的大小，观察阶跃响应曲线，可知比例作用可PKIKDK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。 3.13.1 、蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统、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。 103.23.2 、炉膛负压控制系统、炉膛负压控制系统锅炉炉膛负压过小时，炉膛内的热烟、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。控制方案：某锅炉燃烧系统要求对系统进行蒸汽压力控制。本项目采用燃烧炉蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统，并辅以炉膛负压控制的方案，控制系统框图如图所示。11已知控制系统传递函数：燃料流量系统的数学模型：G(s)=ses3 1122 空气流量模型：G(s)=ses2 1102 引风量与负压关系模型：G(s)=ses 156送风量对负压的干扰模型：G(s)=122 s并取：燃料流量至蒸汽压力关系约为：G(s)=4蒸汽压力至燃料流量关系约为：G(s)=1/4燃料流量与控制流量比值：G(s)=2空气流量与燃料流量比值：G(s)=13.33.3、系统分析、系统分析1、系统稳定性分析 作出伯德图，如果相角裕度 Pm0或幅值裕度 Gm1，表示系统稳定。(1)燃料流量系统数学模型：G(s)=的伯德图：ses3 1122 12（2）空气流量数学模型 G(s)=的伯德图：ses2 1102 （3）引风量与负压关系模型 G(s)=的伯德图ses 1562、控制系统参数整定 (1)燃烧控制系统13为使系统无静差，燃烧流量调节器采用 PI 形式，即：sKiKpsGc)(其中，参数 Kp 和 Ki 采用稳定边界法整定。先让 Ki=0，调整 Kp 使系统等幅振荡，即系统临界稳定状态。系统临界振荡仿真框图及其振荡响应如图所示：记录此时的振荡周期 Tcr=10.7s 和比例参数Kcr=2,Kp=Kcr/2.2=1.613，Ki=Kp/(0.85Tcr)=0.188 在Kp=1.613，Ki=0.188 的基础上，对 PI 参数进一步整定，燃料流量14闭环控制系统单位阶跃输入的仿真框图如下所示，其中 PI 模块的结构如图所示。调节 Kp=1，Ki=0.08，系统响应如图所示，可见系统有约 5%的超调量。(2)蒸汽压力控制系统在燃料流量控制系统整定的基础上，采用试误法整定压力控制系统参数。系统整定仿真框图如图所示15由仿真结果可以看出，系统响应超调量约为 50%。此时系统调节器最简单，工程上系统响应速度和稳定程度一般。(3)空气流量控制系统空气流量控制系统的整定方法和燃料流量控制参数整定方法类似16记录此时的振荡周期 Tcr=7s 和比例参数 Kcr=5.23,则Kp=Kcr/2.2=1.93，Ki=Kp/(0.85Tcr)=0.34在 Kp=1.93，Ki=0.34 的基础上，对 PI 参数进一步整定，空气流量控制系统单位阶跃输入的仿真框图如下所示，其中 PI 模块的结构如图所示。调节 Kp=1.45，Ki=0.1，系统响应如图所示，可见系统有约 2%的超调量。17整定后空气流量控制系统阶跃响应(4)炉膛负压控制系统负压控制系统的整定方法和燃料流量控制参数整定方法类似18记录此时的振荡周期 Tcr=3.8s 和比例参数