畢業(yè)論文----燃燒過程控制綜合仿真控制

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 控制系統(tǒng)簡介1</p><p>　　2控制系統(tǒng)工作原理分析3</p><p>　　2.1燃料流量子系統(tǒng)工作原理3</p><p>　　2.2燃料流量子系統(tǒng)辨識4</p><p>　　2.3燃料流量子系統(tǒng)參

2、數(shù)整定4</p><p>　　3利用Matlab或應(yīng)用穩(wěn)定性判據(jù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性分析8</p><p>　　3.1 穩(wěn)定判定8</p><p>　　3.2 引風(fēng)量與負(fù)壓關(guān)系8</p><p>　　3.3 送風(fēng)量對負(fù)壓的干擾9</p><p>　　4 利用Simulink建立控制系統(tǒng)各部分參數(shù)整定仿真框圖

3、10</p><p>　　4.1 燃料控制系統(tǒng)臨界振蕩仿真框圖10</p><p>　　4.2 蒸汽壓力控制系統(tǒng)參數(shù)整定仿真框圖12</p><p>　　4.3 空氣流量控制系統(tǒng)參數(shù)整定13</p><p>　　4.4 負(fù)壓控制系統(tǒng)參數(shù)整定14</p><p>　　5 利用Simulink建立燃燒爐

4、控制系統(tǒng)仿真框圖以得到仿真結(jié)果15</p><p><b>　　6 總結(jié)16</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)17</b></p><p><b>　　1 控制系統(tǒng)簡介</b></p><p>　　燃燒控制系統(tǒng)是使?fàn)t膛內(nèi)燃料燃燒的能量適應(yīng)鍋爐負(fù)荷的需要，同

5、時維持鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的模擬量控制系統(tǒng)的總稱。通常由燃料量控制系統(tǒng)、送風(fēng)量控制系統(tǒng)、氧量校正系統(tǒng)和爐膛壓力控制系統(tǒng)組成。 </p><p>　　現(xiàn)代燃燒控制系統(tǒng)指在無人直接參與情況下通過自動化儀表和自動控制裝置（包括計算機(jī)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)）完成熱力過程參數(shù)測量，信息處理，自動控制，自動報警和自動保護(hù)。它的范圍極其廣泛，包括了主機(jī)，輔助設(shè)備，公用系統(tǒng)的自動化。而其中最重要的是鍋爐，汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的自動化，它大致包含

6、四個基本內(nèi)容：</p><p><b>　　自動檢測</b></p><p>　　指熱力過程中溫度，壓力，流量，液位，成分等熱工參數(shù)的測量由自動化儀表來完成。自動檢測的熱工參數(shù)是監(jiān)督火電廠機(jī)組是否正常運(yùn)行的依據(jù)，是隨時調(diào)整自動控制作用的依據(jù)，也是機(jī)組進(jìn)行積極核算，事故分析，自動報警等的數(shù)據(jù)來源。</p><p><b>　　自動調(diào)節(jié)&

7、lt;/b></p><p>　　一般指正常運(yùn)行時，操作的自動化，即在一定范圍內(nèi)，自動地適應(yīng)外界負(fù)荷變化或其他條件變化，使生產(chǎn)過程自動進(jìn)行。鍋爐的自動調(diào)節(jié)，主要包括以下四個部分的控制：</p><p>　　汽包液位的控制：控制汽包液位高度在一個能保證鍋爐安全運(yùn)行的位置，水位過高會影響汽水分離，產(chǎn)生汽帶水現(xiàn)象；水位過低會影響水汽循環(huán)，使金屬局部過熱而爆管，導(dǎo)致重大事故。因此，必須對汽包

8、水位進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，把水位嚴(yán)格控制在規(guī)定范圍內(nèi)。</p><p>　　汽包蒸汽壓力控制：維持蒸汽壓力恒定，蒸汽壓力是衡量鍋爐的蒸汽生產(chǎn)量與負(fù)荷設(shè)備的蒸汽消耗量是否平衡的重要指標(biāo)，是蒸汽的重要工藝參數(shù)。蒸汽壓力過低或過高，對于金屬導(dǎo)管和負(fù)荷設(shè)備都是不利的。壓力過高，會加速金屬的蠕變，導(dǎo)致鍋爐受損；壓力過低，就不可能提供給負(fù)荷設(shè)備負(fù)荷質(zhì)量的蒸汽。因此，控制蒸汽壓力是安全生產(chǎn)的需要，也是保證燃燒經(jīng)濟(jì)性的需要。</p

9、><p>　　最優(yōu)燃燒控制：即最優(yōu)空氣燃料比控制，在保證鍋爐汽壓穩(wěn)定的前提下，調(diào)節(jié)爐排轉(zhuǎn)速和鼓風(fēng)量的配比，以使鍋爐燃料得以充分燃燒，達(dá)到最優(yōu)燃燒。</p><p>　　爐膛負(fù)壓控制：負(fù)壓控制即控制引風(fēng)量是鍋爐運(yùn)行在負(fù)壓狀態(tài)下，避免鍋爐爐膛向外噴火，同時也避免鍋爐熱量因?yàn)檎龎憾贿^多地隨排放的尾氣排放，保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性。</p><p><b>　　遠(yuǎn)方控制

10、及程序控制</b></p><p>　　遠(yuǎn)方控制是通過開關(guān)或按鈕，對生產(chǎn)過程中重要的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和截止機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。程序控制主要是指機(jī)組（或局部系統(tǒng)，設(shè)備）在啟動，停止，增減負(fù)荷，事故處理時的一系列基于邏輯的操作。</p><p><b>　　自動保護(hù)</b></p><p>　　是利用自動化裝置，對機(jī)組（或系統(tǒng)，設(shè)備）狀態(tài)，參數(shù)

11、和自動調(diào)節(jié)進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)發(fā)生異時，送出報警信號或切除某些系統(tǒng)和設(shè)備，避免發(fā)生事故，保證生命和設(shè)備的安全?；痣姀S的自動保護(hù)對象主要有鍋爐，汽輪發(fā)電機(jī)本體，輔助設(shè)備，局部供應(yīng)系統(tǒng)以及自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。</p><p>　　燃煤鍋爐的控制過程會受到許多不可測擾動的影響 ,加之過程含有時滯 ,故僅采用常規(guī)反饋控制很難有效地消除這些不可測擾動的影響。目前常用的解決方法是估計擾動的模型 ,采用補(bǔ)償?shù)霓k法。但鍋爐實(shí)際運(yùn)行中的擾動是

12、無法完全估測或不易測量的。</p><p>　　控制系統(tǒng)的框圖如下圖1.1所示</p><p>　　圖1.1 控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　利用Matlab或應(yīng)用穩(wěn)定性判據(jù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性分析</p><p><b>　　3.1 穩(wěn)定判定</b></p><p>　　s=tf('s&#

13、39;); </p><p><b>　　num=2; </b></p><p>　　den=[13 1]; </p><p>　　G=tf(num,den); </p><p>　　G.iodelay=3;</p><p><b>　　bode(G)</b></p&g

14、t;<p>　　計算出相位裕量與增益裕量</p><p>　　[Gw, Pw, Wcg, Wcp]=margin(G)</p><p><b>　　Gw =</b></p><p><b>　　3.7283</b></p><p><b>　　Pw =</b>&l

15、t;/p><p><b>　　97.1000</b></p><p><b>　　Wcg =</b></p><p><b>　　0.5684</b></p><p><b>　　Wcp =</b></p><p><b>　

16、　0.1332</b></p><p>　　3.2 引風(fēng)量與負(fù)壓關(guān)系</p><p>　　>> g=tf([10],[7 1],'inputdelay',1)</p><p>　　Transfer function:</p><p><b>　　10</b></p>

17、<p>　　exp(-1*s) * -------</p><p><b>　　7 s + 1</b></p><p>　　>> bode(g)</p><p>　　計算出相位裕量與增益裕量</p><p>　　>> [Gw, Pw, Wcg, Wcp]=margin(g)</p

18、><p>　　Gw =1.1641</p><p>　　Pw =14.3208</p><p>　　Wcg = 1.6568</p><p>　　Wcp =1.4210</p><p>　　3.3 送風(fēng)量對負(fù)壓的干擾</p><p>　　>> g=tf([2],[3 1])</p

19、><p>　　Transfer function:</p><p><b>　　2</b></p><p><b>　　-------</b></p><p><b>　　3 s + 1</b></p><p>　　>> bode(g)</

20、p><p>　　計算出相位裕量與增益裕量</p><p>　　>> [Gw, Pw, Wcg, Wcp]=margin(g)</p><p><b>　　Gw = Inf</b></p><p>　　Pw =120.0007</p><p><b>　　Wcg = NaN<

21、/b></p><p>　　Wcp =0.5773</p><p>　　4 利用Simulink建立控制系統(tǒng)各部分參數(shù)整定仿真框圖</p><p>　　4.1 燃料控制系統(tǒng)臨界振蕩仿真框圖</p><p>　　為使系統(tǒng)無靜差，燃燒流量調(diào)節(jié)器采用PI形式，即:,其中，參數(shù)和采用穩(wěn)定邊界法整定。</p><p>

22、　　從PID控制器的3個參數(shù)的作用可以看出3個參數(shù)直接影響控制效果的好壞,所以要取得較好的控制效果,就必須對比例、積分、微分3種控制作用進(jìn)行調(diào)節(jié). 總之,比例主要用于偏差的“粗調(diào)”,保證控制系統(tǒng)的“穩(wěn)”；積分主要用于偏差的“細(xì)調(diào)”,保證控制系統(tǒng)的“準(zhǔn)”；微分主要用于偏差的“細(xì)調(diào)”,保證控制系統(tǒng)的“快”。</p><p>　　過程控制系統(tǒng)中常用的P ID校正裝置傳遞函數(shù)為：</p><p>

23、<b>　　4-1</b></p><p>　　其中、、分別是比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù).</p><p>　　Simulink環(huán)境仿真的優(yōu)點(diǎn)是:框圖搭建非常方便、仿真參數(shù)可以隨便修改。</p><p>　　表4-1　穩(wěn)定邊界法參數(shù)整定的計算公式</p><p>　　4.2 蒸汽壓力控制系統(tǒng)參數(shù)整定仿真框圖</

24、p><p>　　在燃料流量控制系統(tǒng)整定的基礎(chǔ)上，整定蒸汽壓力控制系統(tǒng)參數(shù)。系統(tǒng)整定仿真框圖如圖4所示。</p><p>　　副調(diào)節(jié)器采用比例積分調(diào)節(jié)，雙擊開副調(diào)節(jié)器PID1模塊，進(jìn)行如下參數(shù)設(shè)置：</p><p>　　4.3 空氣流量控制系統(tǒng)參數(shù)整定</p><p>　　4.4 負(fù)壓控制系統(tǒng)參數(shù)整定</p><p>　

25、　5 利用Simulink建立燃燒爐控制系統(tǒng)仿真框圖以得到仿真結(jié)果</p><p>　　利用各整定參數(shù)對控制系統(tǒng)仿真，其框圖如圖5所示。假定蒸汽壓力設(shè)定值為10，爐膛負(fù)壓設(shè)定值為5，系統(tǒng)受幅值0.1的隨機(jī)干擾。</p><p><b>　　6 總結(jié)</b></p><p>　　本文介紹了燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真的研究背景和現(xiàn)狀，并設(shè)計出了一

26、套具有普遍可行性的燃燒控制系統(tǒng)，它共分為三個子系統(tǒng)：蒸汽壓力控制系統(tǒng)，燃料空氣比值系統(tǒng)和爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)，本文分別對其做了論證和分析。同時，選擇了MATLAB中的SIMULINK工具箱對整個系統(tǒng)進(jìn)行仿真。在仿真階段，采用的控制方法是應(yīng)用最廣泛的PI控制，最終都使波形達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。仿真中分了有擾動和無擾動兩種不同的情況進(jìn)行，擾動為幅值±0.1的隨機(jī)擾動，可以看到在有擾動的情況下，穩(wěn)定性變差。但Tp,Ts和超調(diào)量均無明顯變化。系

27、統(tǒng)基本符合要求。在這樣的系統(tǒng)中，還有許多的地方值得去改良，從而達(dá)到提高燃料使用效率，減少污染，提高經(jīng)濟(jì)效益的目的，這還需要進(jìn)一步的大力研究。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　自動控制原理.胡壽松主編.北京：科學(xué)出版社，2007</p><p>　　Matlab程序設(shè)計教程.李海濤.鄧櫻主編.北京：高等教育出版社