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1、1,工业锅炉汽包水位控制系统,班级：自动化065班 学号：060601140513姓名：张进,2,第1章 概述,锅炉是工业过程中不可缺少的动力设备。汽包水位是锅炉运行的主要指标，汽包水位过高过低都会影响运行的安全与经济性，必须严格加以控制。本文主要是用Matlab对锅炉汽包水位控制系统进行仿真研究。建立了锅炉汽包水位对象的数学模型和控制系统，并用Matlab语言在计算机上编制锅炉汽包水位控制系统的仿真程序。最终了解了汽包水位对象特性、整定出了最佳PID参数、总结出了各种控制方案的特点与适用场合。,3,锅炉设备的主要工艺流程图,4,给水流量作用下水位阶跃响应,第2章 锅炉汽包水位特性及其控制系统
2、分析2.1 锅炉汽包水位特性分析2.1.1汽包水位给水量作用下的动态特性,5,蒸汽流量扰动下水位阶跃响应 H1：考虑水面下汽泡容积变化时水位变化曲线H2：只考虑水面下汽泡容积变化所引起水位变化曲线,2.1.2 汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性,6,单冲量控制系统原理图及方块图,2.2 锅炉给水控制系统分析,7,双冲量控制系统原理图及方块图,a）原理图,b）方块图,8,a）原理图,b）方块图,三冲量控制系统原理图及方块图,9,MATLAB仿真软件简介 MATLAB环境下的SIMULINK是Mathworks公司开发的一个有重要影响力的软件产品。可以方便地利用鼠标在模型窗口上画出所需系统模型图，
3、来对系统进行建模、仿真和分析，从而使一个复杂系统模型的建立和仿真变得相当简单和直观。在本文中的实际控制系统中，干扰信号、给定值以及测量液位仪表的输出都是电信号，其范围都转换成15V，变化范围是4V。在仿真实验中，加入25%的干扰，即干扰值为1，表示实际的1V。在本文中液位输出显示范围都统一为-22。下面首先是对锅炉汽包水位对象的仿真研究。,10,a）控制通道仿真程序,b）干扰通道仿真程序,11,a）给水流量干扰下水位的阶跃响应 b)蒸汽流量干扰下水位的阶跃响应,12,a)K=100时仿真结果 b)K=50时仿真结果,C)K=5时仿真结果 d)K=1时仿真结果,分别取K=100，K=50，K=5
4、和K=1，仿真结果左图所示。4个图比较，可以发现K越大假液位现象越严重且持续时间越长。当K小于1时，假液位现象基本消失。,13,a)T=150时仿真结果 b)T=100时仿真结果,c)T=1时仿真结果 d)T=0.1时仿真结果,可以看出T越小，假液位上升越快，假液位现象也越严重。在T 小于100大于 1的范围内较明显。当T大于等于100时，虚假液位现象基本消失。当T小于1时，假液位对输出幅值和液位上升速度的影响没有太大区别。,14,由此可知，影响锅炉汽包液位特性的参数主要K和T和纯滞后时间。K对假水位现象影响最为明显，K越大假液位现象越严重且持续时间越长。T对假水位幅值影响较小，而对假水位上升
5、速度影响很大。对于滞后时间，越大，滞后时间越长，反之越短。,15,单冲量控制系统仿真程序,16,a）在25%蒸汽流量干扰下P=1，I=0，D=0时仿真结果,b)在25%蒸汽流量干扰下P=0.0165，I=0，D=0时仿真结果,c)在25%蒸汽流量干扰下P=0.0165，I=0.00001，D=0时仿真结果,d)在25%蒸汽流量干扰下P=0.0165，I=0.00005，D=0时仿真结果,17,a)在25%蒸汽流量干扰下P=0.0165，I=0.00005，D=0.6时仿真结果,b)25%给水流量干扰仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6,C)25%蒸汽流量和给水流量同向共同干扰
6、仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6,d)25%蒸汽流量和给水流量反向共同干扰仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6,18,双冲量控制系统的仿真程序,相比单冲量控制系统，将蒸汽流量信号引入，就构成双冲量控制系统,19,a）25%蒸汽流量干扰仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6,c)25%给水流量干扰仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6,c)25%蒸汽流量和给水流量同向共同干扰仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6,d)25%蒸汽流量和给水流量反向共同干扰仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6,
7、20,三冲量控制系统的仿真程序,相比双冲量控制系统引入了给水流量信号，构成三冲量控制系统,21,a)25%给水流量干扰副回路仿真结果P=1000，I=1000，D=0,b)25%给水流量干扰主回路仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6,c)25%蒸汽流量干扰副回路仿真结果P=1000，I=1000，D=0,d)25%蒸汽流量干扰主回路仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6,22,a)25%给水流量和蒸汽流量同向共同干扰副回路仿真结果P=1000，I=1000，D=0,b)25%给水流量和蒸汽流量同向共同干扰主回路仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6,c)25%给水流量和蒸汽流量反向共同干扰副回路仿真结果P=1000，I=1000，D=0,d)25%给水流量和蒸汽流量反向共同干扰主回路仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6,23,由以上对单、双、三冲量控制系统的仿真研究，可知：（1）单冲量控制系统不能克服给水流量和蒸汽流量的干扰。（2）双冲量控制系统引入蒸汽流量的前馈信号，能够克服蒸汽流量的干扰，改善了系统的控制品质。（3）三冲量控制系统克服了上述缺点，在蒸汽流量和给水流量共同影响下，能得到令人满意的控制效果。,24,结 论,25,谢谢,请各位老师批评指正,
