锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真.doc

xxxx大学 本科生课程设计论文 题 目：锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真 学生姓名： 学 号： 专 业： 班 级： 指导教师： 时 间： 内蒙古科技大学课程设计任务书 课程名称 控制系统仿真 设计题目 锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真 指导教师 xx 时间 一、教学要求 1、理解锅炉汽包水位三冲量系统的组成及的工作原理； 2、掌握使用Matlab/Simulink软件对控制系统的建模与仿真的方法； 3、掌握 设计资料详见《过程控制系统的Matlab仿真》（刘文定主编）9.2.2节。 本设计涉及到的控制原理、过程控制系统等内容参考相关专业课教学内容。 设计参数：见《过程控制系统的Matlab仿真》（刘文定主编）9.2.2节。 三、设计要求及成果 1、利用Simulink建立锅炉汽包水位三冲量控制系统的仿真模型，采用3种不同的控制方案。 2、设计以上系统中控制器的参数，观察仿真结果，比较各种参数下的系统响应曲线，内容验证仿真结果的正确性，比较不同方案的优劣; 3、撰写不少于3000字的设计报告。 设计报告要求提交纸质文档，设计报告包括设计背景、设计原理、设计过程、结果分析等几个部分，要求给出设计模型图以及仿真结果图。相关Matlab/Simulink设计文件要求提交电子文档。 四、进度安排 收集和查阅资料（一天） （两天） （一天） 编写技术设计书（一天） 课程设计成绩评定依据包括以下几点：1）工作态度（占10%）；2）基本技能的掌握程度（占20%）；3）方案的设计是否可行和优化(40%)；4）课程设计技术设计书编写水平(占30%)。分为优、良、中、合格、不合格五个等级。 考核方式：期间教师现场检查；评阅设计报告。 第一章 汽包水位控制的概述 - 1 - 1.1 锅炉汽包水位的动态特性 - 1 - 1.1.1 给水流量W对汽包水位H的影响 - 1 - 1.1.2汽包水位在蒸汽流量D扰动下的影响 - 2 - 第二章 三冲量串级给水控制系统设计 - 4 - 2.1 单冲量水位控制系统的介绍 - 4 - 2.2 双冲量水位控制系统的介绍 - 5 - 2.3 三冲量汽包水位控制原理 - 5 - 2.3.1 三冲量控制方案之一 - 5 - 2.3.2三冲量控制方案之二 - 7 - 2.3.3三冲量控制方案之三 - 8 - 第三章 汽包三冲量控制算法的MATLAB仿真设计 - 10 - 3.1 控制系统模型图的绘制 - 10 - 3.1.1 Simulink模块的调用 - 10 - 3.1.2 PID子系统的建立以及封装 - 10 - 3.2 PID控制器的参数整定 - 12 - 第四章 总结 - 15 - 参考文献 - 16 - 第一章 汽包水位控制的概述 在锅炉控制工艺中，保持汽包水位在一定范围内是锅炉稳定运行的重要指标。 炉膛负压保持在一定范围内。如果水位过低，则由于汽包内的水量较少，而负荷却很大，水的汽化速度又快，因而汽包内的水量变化速度很快，如不及时控制，就会使汽包内的水全部汽化，导致锅炉烧坏或爆炸；水位过高会影响汽包的汽水分离，产生蒸汽带水现象，会使过热器管壁结构导致破坏。 汽包水位控制的任务是使锅炉给水量始终跟着蒸发量，维持汽包水位在锅炉生产允许的范围内。汽包及蒸发管储存着蒸汽和水，储存量的多少，是以被控制量水位表征的，通常情况下汽包的流入量是给水量，流出量是蒸汽量，当给水量等于蒸汽量时，汽包水位就恒定不变。引起水位变化的主要扰动式蒸汽流量和给水量的变化。当蒸汽流量突然增大，汽包压力将急剧下降，饱和水将快速蒸发，使得饱和水中产生大量的汽包致使水位上升，而此时给水量并没有增加。这就是锅炉的“虚假水位”现象，此时的水位并不能代表锅炉中水位真实情况。因此，我们有必要对汽包的水位进行控制，将其严格控制在规定的范围内。 1.1 锅炉汽包水位的动态特性 锅炉汽水系统如图所示，锅炉在运行的过程中，由于负荷、燃烧状况、给水流量等诸多干扰因素的影响；所以锅炉汽包水位是经常变化的。其中影响汽包水位的主要因素有： （1）来自给水管道和给水泵方面的压力，包括给水压力以及调节阀开度等的变化； （2）来自蒸汽负荷的扰动，包括主蒸汽调节阀开度、蒸汽管道阻力等的变化。分析汽包水位的动态特性，确定给水自动控制系统设时如何考虑这些扰动因素，是设计给水自动控制系统的主要依据。 1.1.1 给水流量W对汽包水位H的影响 汽包水位在给水流量W扰动下的动态特性给水流量W的扰动是影响汽包水位的主要因素，它来自控制侧，属于内部扰动。给水流量W作阶跃变化时，锅炉的水位H变化的阶跃响应曲线如图1.1所示。 图1.1 给水流量扰动下水位的阶跃响应曲线 图中当给水量增大时，由于给水温度必然低于锅炉内的汽