燃燒過程控制綜合仿真控制

1、目 錄1 控制系統(tǒng)簡介12控制系統(tǒng)工作原理分析32.1燃料流量子系統(tǒng)工作原理32.2燃料流量子系統(tǒng)辨識(shí)42.3燃料流量子系統(tǒng)參數(shù)整定43利用matlab或應(yīng)用穩(wěn)定性判據(jù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析83.1 穩(wěn)定判定83.2 引風(fēng)量與負(fù)壓關(guān)系83.3 送風(fēng)量對(duì)負(fù)壓的干擾94 利用simulink建立控制系統(tǒng)各部分參數(shù)整定仿真框圖104.1 燃料控制系統(tǒng)臨界振蕩仿真框圖104.2 蒸汽壓力控制系統(tǒng)參數(shù)整定仿真框圖124.3 空氣流量控制系統(tǒng)參數(shù)整定134.4 負(fù)壓控制系統(tǒng)參數(shù)整定145 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156 總結(jié)16參考文獻(xiàn)17171 控制系統(tǒng)簡介燃燒控制系統(tǒng)是使

2、爐膛內(nèi)燃料燃燒的能量適應(yīng)鍋爐負(fù)荷的需要，同時(shí)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。 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(dòng)化儀表和自動(dòng)控制裝置（包括計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)）完成熱力過程參數(shù)測量，信息處理，自動(dòng)控制，自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)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(dòng)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(dòng)化，它大致包含四個(gè)基本內(nèi)容：自動(dòng)檢測指熱力過程中溫度，壓力，流量，液位，成分等熱工參數(shù)的測量由自動(dòng)化儀表來完成。自動(dòng)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(shí)調(diào)整自

3、動(dòng)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(dòng)報(bào)警等的數(shù)據(jù)來源。自動(dòng)調(diào)節(jié)一般指正常運(yùn)行時(shí)，操作的自動(dòng)化，即在一定范圍內(nèi)，自動(dòng)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(dòng)進(jìn)行。鍋爐的自動(dòng)調(diào)節(jié)，主要包括以下四個(gè)部分的控制：汽包液位的控制：控制汽包液位高度在一個(gè)能保證鍋爐安全運(yùn)行的位置，水位過高會(huì)影響汽水分離，產(chǎn)生汽帶水現(xiàn)象；水位過低會(huì)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(duì)汽包水位進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，把水位嚴(yán)格控制在規(guī)定范圍內(nèi)。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

4、過高，對(duì)于金屬導(dǎo)管和負(fù)荷設(shè)備都是不利的。壓力過高，會(huì)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。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。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(shí)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。遠(yuǎn)方控制及程序控制遠(yuǎn)方控制是通過開關(guān)或按鈕，對(duì)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

5、局部系統(tǒng)，設(shè)備）在啟動(dòng)，停止，增減負(fù)荷，事故處理時(shí)的一系列基于邏輯的操作。自動(dòng)保護(hù)是利用自動(dòng)化裝置，對(duì)機(jī)組（或系統(tǒng)，設(shè)備）狀態(tài)，參數(shù)和自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)發(fā)生異時(shí)，送出報(bào)警信號(hào)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(dòng)保護(hù)對(duì)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(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。燃煤鍋爐的控制過程會(huì)受到許多不可測擾動(dòng)的影響 ,加之過程含有時(shí)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(dòng)的影響。目前常用的解決方法是估計(jì)擾動(dòng)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(dòng)是無法完全估測或不易測量的?？刂葡到y(tǒng)的框圖如下圖1.1所示圖1.1 控制系統(tǒng)

6、框圖3 利用matlab或應(yīng)用穩(wěn)定性判據(jù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析3.1 穩(wěn)定判定s=tf(s); num=2; den=13 1; g=tf(num,den); g.iodelay=3;bode(g)計(jì)算出相位裕量與增益裕量gw, pw, wcg, wcp=margin(g)gw = 3.7283pw = 97.1000wcg = 0.5684wcp = 0.13323.2 引風(fēng)量與負(fù)壓關(guān)系 g=tf(10,7 1,inputdelay,1)transfer function: 10exp(-1*s) * - 7 s + 1 bode(g)計(jì)算出相位裕量與增益裕量 gw, pw, wcg, wcp=m

7、argin(g)gw =1.1641pw =14.3208wcg = 1.6568wcp =1.42103.3 送風(fēng)量對(duì)負(fù)壓的干擾 g=tf(2,3 1)transfer function: 2-3 s + 1 bode(g)計(jì)算出相位裕量與增益裕量 gw, pw, wcg, wcp=margin(g)gw = infpw =120.0007wcg = nanwcp =0.57734 利用simulink建立控制系統(tǒng)各部分參數(shù)整定仿真框圖4.1 燃料控制系統(tǒng)臨界振蕩仿真框圖為使系統(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。從pid控制器的3個(gè)參數(shù)的作用可以看出3

8、個(gè)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(duì)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”。過程控制系統(tǒng)中常用的p id校正裝置傳遞函數(shù)為： 4-1其中、分別是比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù).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。調(diào)節(jié)規(guī)律參數(shù)整定kpkikdp0.5kppi0.455kp0.535kp/tpd0.6kp1.2kp/t0.075kpt表4-1穩(wěn)定邊界法參數(shù)整定的計(jì)算公式4.2 蒸汽

9、壓力控制系統(tǒng)參數(shù)整定仿真框圖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。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：4.3 空氣流量控制系統(tǒng)參數(shù)整定4.4 負(fù)壓控制系統(tǒng)參數(shù)整定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)果利用各整定參數(shù)對(duì)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。6 總結(jié)本文介紹了燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真的研究背景和現(xiàn)狀，并設(shè)計(jì)出了一套具有普遍可行性的燃燒控制系統(tǒng)，它共分為三個(gè)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(duì)其做了論證和分析。同時(shí)，選擇了matlab中的simulink工具箱對(duì)整個(gè)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(dòng)和無擾動(dòng)兩種不同的情況進(jìn)行，擾動(dòng)為幅值0.1的隨機(jī)擾動(dòng)，可以看到在有擾動(dòng)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。參考文獻(xiàn)1 自動(dòng)控制原理.胡壽松主編.北京：科學(xué)出版社，2