火電廠鍋爐燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)仿真研究畢業(yè)論文

1、 本 科 畢 業(yè) 論 文火電廠鍋爐燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)仿真研究 Simulation Study on Combustion Control System of Boiler in Thermal Power Plant 學(xué)院名稱(chēng)： 電子信息與電氣工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化2010級(jí)2班 學(xué)生姓名： 朱金鵬 學(xué) 號(hào)： 3 指導(dǎo)教師名稱(chēng)： 盧春華 指導(dǎo)老師職稱(chēng)： 講師 2014年 5月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或

2、公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得安陽(yáng)工學(xué)院及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解安陽(yáng)工學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 目 錄摘要IAbstractII引言1第

3、一章 控制系統(tǒng)及MATLAB語(yǔ)言的應(yīng)用基礎(chǔ)3 1.1 控制系統(tǒng)性能要求3 1.2 控制系統(tǒng)的時(shí)域分析3 1.3 控制系統(tǒng)的頻域分析4 1.3.1 頻域性能指標(biāo)4 1.3.2 頻域分析的三種分析方法4 1.4 控制系統(tǒng)的根軌跡分析5 1.5 MATLAB軟件認(rèn)識(shí)5 1.5.1 MATLAB 的特點(diǎn)5 1.5.2 MATLAB在控制系統(tǒng)分析中的應(yīng)用5 1.5.3 根軌跡繪制6 1.5.4 控制系統(tǒng)的頻域分析6 1.6 MATLAB環(huán)境下的Simulink簡(jiǎn)介9第二章 火電廠鍋爐燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)10 2.1 蒸汽壓力控制系統(tǒng)和燃料空氣比值控制系統(tǒng)12 2.2 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)13第三章 火電廠鍋

4、爐燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型16 3.1 蒸汽壓力控制系統(tǒng)和燃料空氣比值控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型16 3.2 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型16第四章 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析17 4.1 燃料控制系統(tǒng)17 4.2 空氣流量控制系統(tǒng)18 4.3 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)18第五章 火電廠鍋爐燃燒過(guò)程控制各子系統(tǒng)仿真20 5.1 燃料控制系統(tǒng)20 5.2 蒸汽壓力控制系統(tǒng)23 5.3 空氣流量控制系統(tǒng)25 5.4 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)28第六章 火電廠鍋爐燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)Simulink仿真31結(jié)論35致謝36參考文獻(xiàn)37火電廠鍋爐燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)仿真研究摘要：在現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程中，為保證生產(chǎn)安全順利進(jìn)行，達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益和

5、勞動(dòng)生產(chǎn)率，必須對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制，這種控制就是過(guò)程控制。過(guò)程控制是自動(dòng)化生產(chǎn)的重要方向和組成部分，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在石油、化工、輕工、冶金、機(jī)械、電力等許多國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要領(lǐng)域。鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)中的動(dòng)力設(shè)備，因而對(duì)鍋爐進(jìn)行有效的控制也就顯得至關(guān)重要。燃燒是鍋爐控制中必要的一環(huán)，從燃燒角度來(lái)看，有燃?xì)?、燃油、燃煤的分別。燃燒過(guò)程的控制包括燃燒程度控制、溫度控制、壓力控制、節(jié)能控制、安全性控制等。本文根據(jù)火電廠鍋爐燃燒過(guò)程生產(chǎn)工藝和流程，利用串級(jí)控制、比值控制等控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，分別設(shè)計(jì)火電廠鍋爐燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)的三個(gè)子系統(tǒng)：蒸汽壓力控制系統(tǒng)，燃料與空氣比值控制系統(tǒng)，爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)，并建

6、立數(shù)學(xué)模型。在仿真軟件MATLAB/Simulink中，根據(jù)控制系統(tǒng)的原理方框圖，作出仿真模型圖，分別進(jìn)行相應(yīng)的仿真。經(jīng)PID參數(shù)整定后，得出仿真結(jié)果，并進(jìn)行分析總結(jié)。關(guān)鍵詞：燃燒過(guò)程控制；MATLAB仿真；SIMULINKSimulation Study on Combustion Control System of Boiler in Thermal Power PlantAbstract: in the modern production process, to ensure safety in production smoothly,achieve the high yield and

7、 quality, enhance economic efficiency and labor productivity, must carry out the automatic control of the various parameters of production process, this control is the process control. Process control is an important direction of automated production and component, has been widely used in petroleum,

8、 chemical industry, light industry, an important field, metallurgy, machinery,electricity and many other national economy. Boiler is an dynamic equipment in industrial production, so the effective control of boiler is crucial.Combustion is a necessary link in the boiler control, from the burning poi

9、nt of view,gas, fuel, coal respectively. Control of burning process including combustion control,temperature control, pressure control, energy saving control, safety control. According to the production process and the process of combustion of boiler in thermal power plant, the cascade control, rati

10、o control system, the three subsystems were designed thermal power plant boiler combustion process control system: the steam pressure control system, ratio control system of fuel and air, hearth negative pressure control system and the establishment of mathematical model. In the simulation software

11、MATLAB/Simulink, according to the principle of control system block diagram, make a simulation model, respectively, corresponding simulation. The PID parameter tuning, simulation results obtained, analyzing and summarizing.Keywords: combustion control; MATLAB simulation; SIMULINK引 言過(guò)程控制系統(tǒng)是工業(yè)中控制系統(tǒng)的主要

12、表現(xiàn)形式，一般指工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控變量為溫度、壓力、流量、液位、成分等變量的系統(tǒng)。由于被控過(guò)程的多樣性，因此過(guò)程控制系統(tǒng)的形式也多樣，相應(yīng)的控制方案也豐富多彩。由于負(fù)荷變化從本質(zhì)上說(shuō)是非線性和時(shí)變的，鍋爐側(cè)又存在很大的延遲，負(fù)荷適應(yīng)能力和主蒸汽壓力穩(wěn)定的矛盾一直是鍋爐燃燒自動(dòng)控制中有待于進(jìn)一步解決的問(wèn)題。而且鍋爐燃燒控制系統(tǒng)不同于大多數(shù)生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)，它不僅存在動(dòng)態(tài)品質(zhì)調(diào)節(jié)的問(wèn)題還要考慮到鍋爐的經(jīng)濟(jì)燃燒。如何使主蒸汽壓力既具有良好的動(dòng)態(tài)特性，又能使入爐燃料得以充分燃燒(即高效燃燒問(wèn)題)，是燃燒優(yōu)化控制的真正內(nèi)涵，也是燃燒過(guò)程控制的關(guān)鍵。目前，主汽壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制器采用的控制規(guī)律

13、以常規(guī)的基于數(shù)學(xué)模型的PID控制為多。在實(shí)際工程中，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)往往很復(fù)雜，如果不借助專(zhuān)用的系統(tǒng)建模軟件，很難準(zhǔn)確地把一個(gè)控制系統(tǒng)的復(fù)雜模型輸入計(jì)算機(jī)，對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的分析與仿真，Simulink的出現(xiàn)給控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)帶來(lái)了福音。它有兩個(gè)主要功能：Simu（仿真）和Link（連接），即該軟件可以利用鼠標(biāo)在模型窗口上搭建出所需要的控制系統(tǒng)模型，然后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析。Simulink仿真的模型是具體的函數(shù)模型，因此，過(guò)程的建模就顯的十分的重要。過(guò)程建模方法主要有這么幾種：1機(jī)理法建模用機(jī)理法建模就是根據(jù)過(guò)程的內(nèi)在機(jī)理，寫(xiě)出各種有關(guān)的平衡方程，例如物質(zhì)平衡方程、能量平衡方程、動(dòng)量平衡方程、

14、相平衡方程，以及反映流體流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)等基本規(guī)律的運(yùn)動(dòng)方程、物性參數(shù)方程和某些設(shè)備的特性方程等，從中獲得所需的數(shù)學(xué)模型。2測(cè)試法建模測(cè)試法建模通常只用于建立輸入輸出模型。它是根據(jù)過(guò)程的輸入和輸出的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行某種數(shù)學(xué)運(yùn)算后得到的模型，其主要特點(diǎn)是把被研究的過(guò)程視為一個(gè)黑匣子，完全從外特性上描述它的動(dòng)態(tài)性質(zhì)，也稱(chēng)為“黑箱模型”。復(fù)雜過(guò)程一般都采用測(cè)試法建模。測(cè)試建模法又可分為經(jīng)典辨識(shí)法和系統(tǒng)辨識(shí)法兩大類(lèi)：（1）經(jīng)典辨識(shí)法不考慮測(cè)試數(shù)據(jù)中偶然性誤差的影響，只需對(duì)少量的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行比較簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)處理，計(jì)算工作量一般較小。經(jīng)典辨識(shí)法包括時(shí)域法、頻域法和相關(guān)分析法。（2）系統(tǒng)辨識(shí)法其特點(diǎn)是可

15、以清除測(cè)試數(shù)據(jù)中的偶然性誤差即噪聲的影響，為此就需要處理大量的測(cè)試數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)是不可缺少的工具。本文通過(guò)搜集資料得到系統(tǒng)辨識(shí)函數(shù)并以此確立數(shù)學(xué)模型，搭建仿真框圖，調(diào)整PID參數(shù)，最終使系統(tǒng)在較好的指標(biāo)內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定。第一章 控制系統(tǒng)及MATLAB語(yǔ)言的應(yīng)用基礎(chǔ)1.1 控制系統(tǒng)性能要求控制的任務(wù)是形成控制作用的變化規(guī)律，使得不管是否存在擾動(dòng)對(duì)象都能得到所期望的行為。自動(dòng)控制系統(tǒng)是在無(wú)人直接操作或干預(yù)的條件下，通過(guò)控制器使控制對(duì)象自動(dòng)的按照給定的規(guī)律運(yùn)行，使被控制量能夠按照給定的規(guī)律變化。 對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)的性能要求可以概括為三個(gè)方面：穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性。穩(wěn)定性是指動(dòng)態(tài)過(guò)程的平穩(wěn)性，就是動(dòng)態(tài)過(guò)程的

16、振蕩傾向于系統(tǒng)受干擾偏離平衡狀態(tài)后恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力。控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是系統(tǒng)使用的基礎(chǔ)，不穩(wěn)定的系統(tǒng)沒(méi)有實(shí)際意義?？焖傩允侵竸?dòng)態(tài)過(guò)程的快速性，即動(dòng)態(tài)過(guò)程的時(shí)間長(zhǎng)短，時(shí)間越短，快速性能越好。準(zhǔn)確性是指動(dòng)態(tài)過(guò)程的最終精度，即控制系統(tǒng)輸出量的期望值與實(shí)際終止值之差（即穩(wěn)態(tài)誤差），其差值越小精度越高。受控對(duì)象不同，對(duì)穩(wěn)、準(zhǔn)、快的技術(shù)要求也各有所側(cè)重。對(duì)于一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)，不能要求三項(xiàng)性能指標(biāo)都很優(yōu)良，那樣系統(tǒng)的成本會(huì)很高。而且，同一個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)、準(zhǔn)、快各個(gè)指標(biāo)往往相互制約。1.2 控制系統(tǒng)的時(shí)域分析時(shí)域分析法是根據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)微分方程，用拉普拉斯變換來(lái)求解動(dòng)態(tài)響應(yīng)的過(guò)程曲線。時(shí)域分析的目的是求解響應(yīng)的性能指

17、標(biāo)。通常將控制系統(tǒng)跟蹤或復(fù)現(xiàn)階躍輸入信號(hào)響應(yīng)的指標(biāo)作為系統(tǒng)控制性能的指標(biāo)。階躍響應(yīng)的一般性能指標(biāo)有：上升時(shí)間tr、峰值時(shí)間tp、超調(diào)量sigma(%)、調(diào)節(jié)時(shí)間ts及穩(wěn)態(tài)誤差ess。超調(diào)量%是指階躍響應(yīng)曲線h（t）中對(duì)穩(wěn)態(tài)值的最大超出量與穩(wěn)態(tài)值之比。即： （1-1）峰值時(shí)間tp：是指從0到階躍響應(yīng)曲線h(t)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值附近的誤差帶而不再超出的最小時(shí)間。恢復(fù)時(shí)間：從階躍擾動(dòng)作用開(kāi)始到輸出量基本上恢復(fù)穩(wěn)態(tài)的過(guò)程中，輸出量與新的穩(wěn)態(tài)值之差進(jìn)入某基準(zhǔn)量的范圍之內(nèi)所需的時(shí)間。在MATLAB中實(shí)現(xiàn)時(shí)域分析有兩種方法：一種是MATLAB的函數(shù)指令方式，如求取連續(xù)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)函數(shù)step()，單位沖激響

18、應(yīng)函數(shù)impulse()，零輸入響應(yīng)函數(shù)initial()等；另一種是在Simulink窗口菜單操作方式下進(jìn)行時(shí)域仿真。1.3 控制系統(tǒng)的頻域分析1.3.1頻域性能指標(biāo)峰值：幅頻特性A()的最大值。頻帶：幅頻特性A()的數(shù)值衰減到0.707A(0)時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率。相頻寬：相頻特性(j)等于/2時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率。1.3.2頻域分析的三種分析方法Bode圖（幅頻/相頻特征曲線）、Nyquist曲線、Nichols圖。（1）Bode圖：Bode圖即對(duì)數(shù)頻率特性曲線。（2）Nyquist曲線：Nyquist曲線是根據(jù)開(kāi)環(huán)頻率特性在復(fù)平面上會(huì)出的幅相軌跡。根據(jù)開(kāi)環(huán)Nyquist曲線，可判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。反

19、饋控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件是，Nyquist曲線按逆時(shí)針包圍臨界點(diǎn)（-1，j0）的圈數(shù)p等于開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)位于右半S平面的極點(diǎn)數(shù)，否則閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。當(dāng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)包含虛軸上的極點(diǎn)時(shí)，閉合曲線應(yīng)以0的半圓從右側(cè)繞過(guò)該極點(diǎn)。 （3）Nichols圖： Nichols圖又稱(chēng)為對(duì)數(shù)幅頻率特性圖，它以開(kāi)環(huán)頻率特性函數(shù)的對(duì)數(shù)幅值為縱坐標(biāo)，以相角值為橫坐標(biāo)，以角頻率為參變量繪制的頻率特性圖。通常是先畫(huà)出Bode圖，再根據(jù)Bode圖繪制Nichols圖。頻域分析法是經(jīng)典控制理論中重要的系統(tǒng)分析方法。傳統(tǒng)的頻域分析需要計(jì)算數(shù)據(jù)，繪制Bode圖，并求出頻域性能指標(biāo)。這種方法要耗費(fèi)大量時(shí)間、精力，而且繪圖、計(jì)算精確度

20、不能得到保證。應(yīng)用MATLAB軟件，運(yùn)行它提供的頻率分析函數(shù)，就能夠方便、簡(jiǎn)單、快捷的繪制三種曲線，并計(jì)算出頻域性能指標(biāo)。1.4 控制系統(tǒng)的根軌跡分析根軌跡法是一種表示特征根與某一參數(shù)的全部數(shù)值關(guān)系的圖解方法。與該參數(shù)的某一特定數(shù)值相應(yīng)的根，可在根軌跡圖上找到。上述可變參數(shù)可以是開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中任何可變參數(shù)，但通常取開(kāi)環(huán)增益作為可變參數(shù)。即當(dāng)系統(tǒng)某個(gè)可變參數(shù)有0時(shí)，系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)在s平面上所描繪出來(lái)的軌跡，根軌跡能直觀的反映系統(tǒng)參數(shù)變化對(duì)根分布位置的影響。系統(tǒng)閉環(huán)特征方程的根滿足1+G(s)H(s)=0則系統(tǒng)的根軌跡方程為： （1-2）在MATLAB中，系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)提供了繪制根軌跡有關(guān)的函數(shù)，這些函數(shù)

21、能簡(jiǎn)單快捷的繪制根軌跡或者進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算。1.5 MATLAB軟件認(rèn)識(shí)1.5.1MATLAB 的特點(diǎn)(1)超強(qiáng)的數(shù)值運(yùn)算功能。在MATLAB里，有超過(guò)500種的數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)、科學(xué)及工程方面的函數(shù)可供使用，而且使用簡(jiǎn)單快捷。(2)語(yǔ)法限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。例如，在MATLAB里，用戶不用對(duì)矩陣預(yù)定義就可以使用。(3)程序的可移植性好，基本上不做修改就可以在各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn)行。(4)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)可視化功能。在FORTRAN和C語(yǔ)言里，繪圖都很不容易，但在MATLAB里，數(shù)據(jù)可視化非常簡(jiǎn)單。MATLAB還有較強(qiáng)的編輯圖形界面的能力。(5)豐富的工具箱。由各學(xué)科領(lǐng)域水平很高的專(zhuān)家編寫(xiě)

22、的功能強(qiáng)勁的工具箱，用戶無(wú)需編寫(xiě)自己學(xué)科范圍內(nèi)的基礎(chǔ)程序，而直接進(jìn)行高、精、尖的研究。1.5.2MATLAB在控制系統(tǒng)分析中的應(yīng)用利用MATLAB可對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行如下有效分析：(1)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性；(2)求取系統(tǒng)在典型和任意輸入信號(hào)作用下的時(shí)域響應(yīng)；(3)繪制系統(tǒng)的根軌跡，在根軌跡上可確定任意點(diǎn)的根軌跡增益K值，從而得到系統(tǒng)穩(wěn)定的根軌跡增益K值范圍；(4)利用MATLAB繪制系統(tǒng)的Bode圖、Nichols圖和Nyquist圖等，并求取系統(tǒng)的幅值裕量和相位裕量；(5)分析具有時(shí)間延遲系統(tǒng)的頻率特性；(6)求取頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)，且根據(jù)頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)辯識(shí)系統(tǒng)的模型參數(shù)；(7)分析系統(tǒng)的能控性和能觀測(cè)性

23、，并能對(duì)不完全能控或不完全能觀測(cè)的系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分解。這里重點(diǎn)介紹一下利用MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)根軌跡分析和頻域分析的方法。1.5.3根軌跡繪制(1)繪制系統(tǒng)的零極點(diǎn)圖pzmap( )函數(shù)可繪制系統(tǒng)的零極點(diǎn)圖，其調(diào)用格式為：p，z=pzmap(A，B，C，D)或p，z=pzmap(p，z)；p，z=pzmap(num，den)其中列向量P為系統(tǒng)極點(diǎn)位置，列向量z為系統(tǒng)的零點(diǎn)位置?？赏ㄟ^(guò)pzmap(p，z)繪制出零極點(diǎn)圖，圖中的極點(diǎn)用 “”表示，零點(diǎn)用 “o”表示。(2)根軌跡繪制的命令閉環(huán)系統(tǒng)的特征根在s平面變化的軌跡，該函數(shù)的調(diào)用格式為：r，K=rlocus(num，den)；r，K=rlocu

24、s(num，den，K)其中返回值r為系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)，K為相應(yīng)的增益。在系統(tǒng)分析過(guò)程中，常常希望確定根軌跡上某一點(diǎn)處的增益值K，這時(shí)可利用MATLAB中的rlocfind()函數(shù)，在使用此函數(shù)前要首先得到系統(tǒng)的根軌跡，然后再執(zhí)行如下命令：K，poles=rlocfind(num，den)或K，poles=rlocfind(A，B，C，D)執(zhí)行上述命令后，將在屏幕上的圖形中生成一個(gè)十字光標(biāo)，使用鼠標(biāo)移動(dòng)它至所希望的位置，然后敲擊鼠標(biāo)左鍵即可得到該極點(diǎn)的位置坐標(biāo)值poles以及它所對(duì)應(yīng)的增益K值。1.5.4控制系統(tǒng)的頻域分析MATLAB的控制系統(tǒng)工具箱提供了多種求取線性系統(tǒng)頻率響應(yīng)曲線的函數(shù)。（1

25、）頻率向量 頻率向量可由logspace()函數(shù)來(lái)構(gòu)成。此函數(shù)的調(diào)用格式為：=logspace(m，n，npts)（2）系統(tǒng)的Bode圖連續(xù)系統(tǒng)的伯德圖可利用bode()函數(shù)來(lái)繪制，其調(diào)用格式為：mag，phase，=bode(num，den)mag，phase，=bode(num，den，)mag，phase，=bode(A，B，C，D)mag，phase，=bode(A，B，C，D，iu)mag，phase，=bode(A，B，C，D，iu，)式中num，den和A，B，C，D分別為系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)和狀態(tài)方程的參數(shù)，而為頻率點(diǎn)構(gòu)成的向量。有了這些數(shù)據(jù)就可以使用下面的MATLAB命令：su

26、bplot(2，1，1)；semilogx(w，20*log10(mag)subplot(2，1，2)；semilogx(w，phase) 此時(shí)便在一個(gè)窗口上同時(shí)顯示出系統(tǒng)的Bode圖，其中前一條命令中對(duì)幅值向量mag求取分貝(dB)值。如果只想繪制出系統(tǒng)的Bode圖，而對(duì)獲得幅值和相位的具體數(shù)值并不感興趣，則可以采用簡(jiǎn)單的調(diào)用格式：bode(num，den，)；bode(A，B，C，D，iu，）或bode(num，den)；bode(A，B，C，D，iu)（3）幅值裕量和相位裕量在判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性時(shí)，常常需要求出系統(tǒng)的幅值裕量和相位裕量。利用MATLAB控制系統(tǒng)工具箱提供的margin()函數(shù)

27、可以求出系統(tǒng)的幅值裕量與相位裕量，該函數(shù)的調(diào)用格式為：Gm，Pm，Wcg，Wcp=margin(num，den) 或Gm，Pm，Wcg，Wcp=margin(A，B，C，D)式中Gm和Pm分別為系統(tǒng)的幅值裕量和相位裕量，而Wcg和Wcp分別為幅值裕量和相位裕量處相應(yīng)的頻率值。除了根據(jù)系統(tǒng)模型直接求取幅值和相位裕量之外，MATLAB的控制系統(tǒng)工具箱中還提供了由幅值和相位相應(yīng)數(shù)據(jù)來(lái)求取裕量的方法，這時(shí)函數(shù)的調(diào)用格式為：Gm，Pm，Wcg，Wcp=margin(mag，phase，)式中頻率響應(yīng)可以是由bode()函數(shù)獲得的幅值和相位向量，也可以是系統(tǒng)的實(shí)測(cè)幅值與相位向量，為相應(yīng)的頻率點(diǎn)向量。（4）

28、頻率響應(yīng)值MATLAB也提供了直接的求取頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)的函數(shù)freqresp()，其調(diào)用格式為：F=freqresp(num，den，sqrt(-1)*) 或F=freqresp(A，B，C，D，iu，sqrt(-1)*)式中F為頻率響應(yīng)，為給定的頻率范圍向量。（5）系統(tǒng)的奈奎斯特圖（Nyquist圖）nyquist()函數(shù)的調(diào)用格式為：Re，Im，=nyquist(num，den)Re，Im，=nyquist(num，den，)Re，Im，=nyquist(A，B，C，D)Re，Im，=nyquist(A，B，C，D，iu)Re，Im，=nyquist(A，B，C，D，iu，)其中返回值Re，

29、Im和分別為頻率特性的實(shí)部向量、虛部向量和對(duì)應(yīng)的頻率向量，有了這些值就可利用命令plot(Re，Im)來(lái)直接繪出系統(tǒng)的奈奎斯特圖。當(dāng)然也可使用下面的簡(jiǎn)單命令來(lái)直接繪出系統(tǒng)的奈奎斯特圖：nyquist(num，den，)或nyquist(A，B，C，D，iu)（6）尼柯?tīng)査箞D(Nichols圖)函數(shù)調(diào)用格式為：mag，phase，=nichols(num，den，)或mag，phase，=nichols(A，B，C，D，iu，)可見(jiàn)該函數(shù)的調(diào)用格式以及返回的值與bode()函數(shù)完全一致，事實(shí)上雖然它們使用的算法不同， 但這兩個(gè)函數(shù)得出的結(jié)果還是基本一致的。但Nichols圖的繪制方式和Bode圖

30、是不同的，它可由以下命令繪制plot(phase，20*log10(mag) 1.6 MATLAB環(huán)境下的Simulink簡(jiǎn)介MATLAB環(huán)境下的Simulink是當(dāng)前眾多仿真軟件中功能最強(qiáng)大、最優(yōu)秀、最容易使用的一個(gè)系統(tǒng)建模、仿真和分析的動(dòng)態(tài)仿真集成環(huán)境工具箱。Simulink為用戶提供了一個(gè)圖形化的用戶界面（GUI）。它使用方框圖表示一個(gè)系統(tǒng)，通過(guò)圖形界面，利用鼠標(biāo)點(diǎn)擊和拖拉方式建立系統(tǒng)模型。它與用微分方程和差分方程建模的傳統(tǒng)仿真軟件包相比，具有更直觀、更方便、更靈活的優(yōu)點(diǎn)。它不但實(shí)現(xiàn)了可視化的動(dòng)態(tài)仿真，也實(shí)現(xiàn)了與MATLAB、C或者FORTRAN甚至和硬件之間的數(shù)據(jù)傳遞，大大擴(kuò)展了它的功

31、能。Simulink的主要功能如下：(1)交互建模Simulink提供了大量的功能塊以方便用戶快速的建立動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型。建模時(shí)只需要使用鼠標(biāo)拖放庫(kù)中的功能模塊并將它們接連起來(lái)。(2)交互仿真Simulink提供了交互性很強(qiáng)的非線性仿真環(huán)境，可以通過(guò)下拉菜單執(zhí)行仿真，或使用命令進(jìn)行批處理。仿真結(jié)果可以在運(yùn)行的同時(shí)通過(guò)示波器或圖形窗口查看。(3)擴(kuò)充和制定Simulink的開(kāi)放結(jié)構(gòu)允許擴(kuò)展仿真環(huán)境的功能：用戶可以用MATLAB、Fortran和C代碼生成自定義模塊圖，并擁有自己的圖標(biāo)和界面；用戶還可以將原來(lái)的Fortran和C語(yǔ)言代碼連接起來(lái)。(4)工具箱集成由于Simulink可以直接利用MATL

32、AB的數(shù)學(xué)圖形和編程功能，用戶可以直接在Simulink下完成諸如數(shù)據(jù)分析、過(guò)程自動(dòng)化、優(yōu)化參數(shù)等工作。工具箱提供的高級(jí)設(shè)計(jì)和分析能力可以通過(guò)Simulink的屏蔽手段在仿真過(guò)程中執(zhí)行。第二章 火電廠鍋爐燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 鍋爐燃燒過(guò)程是一個(gè)將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能，以蒸汽形式向負(fù)荷設(shè)備提供熱能的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。煤由皮帶輸送到鍋爐車(chē)間的煤斗，進(jìn)入磨煤機(jī)磨成煤粉，然后通過(guò)粉倉(cāng)與閥門(mén)進(jìn)入爐內(nèi)，同時(shí)由鼓風(fēng)機(jī)送入空氣，使煤粉充分燃燒，將煤的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能，煙氣經(jīng)除塵器清除灰分后，由引風(fēng)機(jī)抽出，經(jīng)煙囪排入大氣。以中儲(chǔ)式燃煤鍋爐燃燒控制系統(tǒng)為例，工藝流程圖如圖2.1所示。 圖2.1 燃煤鍋爐燃燒控制系統(tǒng)

33、的工藝流程圖燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)有三大任務(wù)： 第一個(gè)任務(wù)是維持汽壓恒定。汽壓變化表示鍋爐蒸汽量和負(fù)荷的耗汽量不相適應(yīng)，必須相應(yīng)地改變?nèi)剂狭?，以改變鍋爐的蒸汽量； 第二個(gè)任務(wù)是保證燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)燃料量改變時(shí)，必須相應(yīng)地調(diào)節(jié)送風(fēng)量，使它與燃料量相配合，保證燃燒過(guò)程有較高的經(jīng)濟(jì)性； 第三個(gè)任務(wù)是調(diào)節(jié)引風(fēng)量與送風(fēng)量相配合，以保證爐膛壓力不變。 因此，蒸汽鍋爐的燃燒過(guò)程主要由三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成：蒸汽壓力控制系統(tǒng)、燃料空氣比值控制系統(tǒng)和爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)。 圖2.2是燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)示意圖，圖2.3是原理方框圖。圖2.2 燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)示意圖圖2.3 原理方框圖2.1 蒸汽壓力控制系統(tǒng)和燃料空氣比值控制系統(tǒng)

34、鍋爐燃燒的目的是為后續(xù)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供穩(wěn)定的壓力。一般生產(chǎn)過(guò)程中蒸汽的控制是通過(guò)調(diào)節(jié)壓力實(shí)現(xiàn)的，隨著后續(xù)環(huán)節(jié)的蒸汽用量不同，會(huì)造成蒸汽壓力的波動(dòng)，蒸汽壓力波動(dòng)較大時(shí)，燃料用量和送風(fēng)量波動(dòng)也會(huì)很大,這樣就會(huì)給后續(xù)的生產(chǎn)造成不良的影響，因此，維持蒸汽壓力恒定是保證生產(chǎn)正常進(jìn)行的首要條件。保證蒸汽壓力恒定的主要手段是隨著蒸汽壓力波動(dòng)及時(shí)調(diào)節(jié)燃料產(chǎn)生的熱量，而燃燒產(chǎn)生熱量的調(diào)節(jié)是通過(guò)控制所供應(yīng)的燃料量以及適當(dāng)比例的助燃空氣實(shí)現(xiàn)的。因此，各個(gè)控制環(huán)節(jié)的關(guān)系如下：蒸汽壓力是最終被控量，根據(jù)蒸汽的生成量確定；燃料量根據(jù)蒸汽壓力確定；送風(fēng)量根據(jù)空氣量與燃料量的比值確定?？刂屏渴疽鈭D如圖2.4所示。圖2.5為蒸汽

35、壓力控制系統(tǒng)和燃料空氣比值控制系統(tǒng)流程圖。圖2.6為蒸汽壓力控制系統(tǒng)和燃料空氣比值控制系統(tǒng)框圖。 圖2.4 控制量示意圖 圖2.5 蒸汽壓力控制系統(tǒng)和燃料空氣比值控制系統(tǒng)流程圖圖2.6 蒸汽壓力控制系統(tǒng)和燃料空氣比值控制系統(tǒng)框圖2.2 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng) 爐膛負(fù)壓是指爐膛頂部的煙氣壓力。爐膛負(fù)壓是反映燃燒工況穩(wěn)定與否的重要參數(shù)，是運(yùn)行中需要監(jiān)視和控制的重要參數(shù)之一。爐內(nèi)燃燒工況一旦發(fā)生變化，爐膛負(fù)壓隨即發(fā)生相應(yīng)變化。當(dāng)鍋爐的燃燒系統(tǒng)發(fā)生故障或異常時(shí)，最先在爐膛負(fù)壓上反映出來(lái)，而后才是火焰的變化，其次才是蒸汽參數(shù)的變化。因此，監(jiān)視和控制爐膛負(fù)壓對(duì)于保證爐內(nèi)燃燒工況的穩(wěn)定、分析爐內(nèi)燃燒工況、煙道運(yùn)行

36、工況、分析某些事故的原因均有極其重要的意義。大多數(shù)鍋爐采用平衡通風(fēng)方式，使?fàn)t內(nèi)煙氣壓力低于外界大氣壓力，即爐內(nèi)煙氣負(fù)壓，爐膛內(nèi)煙氣壓力最高的部位是爐膛頂部。當(dāng)爐膛負(fù)壓過(guò)大時(shí)，引風(fēng)量增大，不完全燃燒損失、排煙熱損失均增大。甚至使燃燒不穩(wěn)定，爐膛壓力變?yōu)檎龎?，火焰及飛灰從爐膛不嚴(yán)處冒出，惡化工作環(huán)境，危及人身及設(shè)備安全，故應(yīng)保持爐膛負(fù)壓在正常范圍內(nèi)。保證爐膛負(fù)壓的措施是引風(fēng)量和送風(fēng)量的平衡。如果負(fù)壓波動(dòng)不大，調(diào)節(jié)引風(fēng)量即可以實(shí)現(xiàn)負(fù)壓控制；當(dāng)蒸汽壓力波動(dòng)較大時(shí)，燃料用量和送風(fēng)量波動(dòng)也會(huì)很大，此時(shí)，經(jīng)常采用的控制方法為動(dòng)態(tài)前饋-反饋控制，如圖2.7所示。前饋控制的基本概念是測(cè)取進(jìn)入控制過(guò)程的干擾信號(hào)，

37、在爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)中，當(dāng)蒸汽壓力波動(dòng)較大時(shí)，燃料用量和送風(fēng)量的波動(dòng)會(huì)較大，所以通過(guò)測(cè)取送風(fēng)量，就可以得到干擾信號(hào)，利用反應(yīng)較快的動(dòng)態(tài)前饋控制，就可以很好的減小干擾信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的影響。將前饋與反饋有效的結(jié)合，運(yùn)用前饋控制在擾動(dòng)發(fā)生后，及時(shí)抑制由主要擾動(dòng)引起的被控量所產(chǎn)生的偏差，同時(shí)運(yùn)用反饋控制消除其余的擾動(dòng)對(duì)負(fù)壓的影響。圖2.7為爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)流程圖，圖2.8為爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)框圖。前饋控制系統(tǒng)主要特點(diǎn)如下：（1）屬于開(kāi)環(huán)控制 只要系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)是穩(wěn)定的，則控制系統(tǒng)必然穩(wěn)定。但若系統(tǒng)中有一個(gè)環(huán)節(jié)不穩(wěn)定，或局部不穩(wěn)定，系統(tǒng)就不穩(wěn)定。另外，系統(tǒng)的控制精度取決于構(gòu)成控制系統(tǒng)的每一部分的精度，所以對(duì)系統(tǒng)各

38、環(huán)節(jié)精度要求較高。（2）很強(qiáng)的補(bǔ)償局限性 前饋控制實(shí)際是利用同一干擾源經(jīng)過(guò)干擾通道和前饋通道對(duì)系統(tǒng)的作用的疊加來(lái)消除干擾的影響。因此，固定的前饋控制只對(duì)相應(yīng)的干擾源起作用，而對(duì)其他干擾沒(méi)有影響。而且，在工程實(shí)際中，影響生產(chǎn)過(guò)程的原因多種多樣，系統(tǒng)隨時(shí)間、工作狀態(tài)、環(huán)境等情況的變化，也會(huì)發(fā)生變化甚至表現(xiàn)出非線性，這些都導(dǎo)致不可能精確確定某一干擾對(duì)系統(tǒng)影響的程度或數(shù)學(xué)描述關(guān)系式。因此，前饋控制即使對(duì)單一干擾也難以完全補(bǔ)償。（3）前饋控制反應(yīng)迅速 在前饋控制系統(tǒng)中，信息流只向前運(yùn)行，沒(méi)有反饋問(wèn)題，因此相應(yīng)提高了系統(tǒng)反應(yīng)的速度。當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生后，前饋控制器及時(shí)動(dòng)作，對(duì)抑制被控制量由于擾動(dòng)引起的動(dòng)靜態(tài)偏差比

39、較有效。這非常有利于大遲滯系統(tǒng)的控制。（4）只能用于可測(cè)的干擾 對(duì)不可測(cè)干擾，由于無(wú)法構(gòu)造前饋控制器而不能使用。 該方案中以負(fù)壓為控制目標(biāo)，用引風(fēng)量做成控制閉環(huán)，利用前饋控制消除送風(fēng)量變動(dòng)對(duì)負(fù)壓的影響。圖2.7 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)流程圖圖2.8 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)框圖第三章 火電廠鍋爐燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 本文通過(guò)查找資料，得到中儲(chǔ)式燃煤鍋爐的系統(tǒng)辨識(shí)函數(shù)，并以此為數(shù)學(xué)模型搭建仿真平臺(tái)。3.1 蒸汽壓力控制系統(tǒng)和燃料空氣比值控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型燃燒流量被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型為： （3-1）燃料流量與蒸汽壓力關(guān)系為： （3-2）蒸汽壓力與燃料流量關(guān)系為: （3-3）蒸汽壓力檢測(cè)變換系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為： （3

40、-4）燃料流量檢測(cè)變換系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為： （3-5）燃料流量與空氣流量比值為： （3-6）空氣流量被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型為: （3-7）3.2 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型引風(fēng)量與爐膛負(fù)壓關(guān)系： （3-8）送風(fēng)量對(duì)爐膛負(fù)壓的干擾為： （3-9）第四章 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析4.1 燃料控制系統(tǒng)燃料流量被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型為： （4-1）MATLAB程序：G_Fuel =tf(2,13 1,inputdelay,3);margin(G_Fuel);Gm,Pm,Wg,Wp=margin(G_Fuel) 圖4.1 燃料被控對(duì)象Bode圖經(jīng)軟件仿真結(jié)果如圖4.1所示，由圖可知，無(wú)調(diào)節(jié)器時(shí)，燃料控制系統(tǒng)是穩(wěn)定的。由程序運(yùn)行

41、結(jié)果可知其幅值穩(wěn)定裕量為11.4dB,相位穩(wěn)定裕量為97.1dB，對(duì)應(yīng)增益為3.7283。4.2 空氣流量控制系統(tǒng)空氣流量被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型為： （4-2）MATLAB程序：G_Air =tf(3,11 1,inputdelay,2);margin(G_Air);Gm,Pm,Wg,Wp=margin(G_Air)圖4.2 空氣流量被控對(duì)象Bode圖經(jīng)軟件仿真結(jié)果如圖4.2所示，由圖可知，無(wú)調(diào)節(jié)器時(shí)，空氣流量控制系統(tǒng)是穩(wěn)定的。由程序運(yùn)行結(jié)果可知其幅值穩(wěn)定裕量為9.81dB,相位穩(wěn)定裕量為80deg，對(duì)應(yīng)增益為3.0956。4.3 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)引風(fēng)量與爐膛負(fù)壓關(guān)系： （4-3）MATLAB程序

42、：G_LeAir_NegPres =tf(10,7 1,inputdelay,1);margin(G_LeAir_NegPres);Gm,Pm,Wg,Wp=margin(G_LeAir_NegPres)圖4.3 引風(fēng)量與爐膛負(fù)壓關(guān)系的Bode圖經(jīng)軟件仿真結(jié)果如圖4.3所示，由圖可知，無(wú)調(diào)節(jié)器時(shí)，爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)是穩(wěn)定的。由程序運(yùn)行結(jié)果可知幅值穩(wěn)定裕量為1.32dB,相位穩(wěn)定裕量為14.3deg，對(duì)應(yīng)增益為1.1641。第五章 火電廠鍋爐燃燒過(guò)程控制各子系統(tǒng)仿真5.1 燃料控制系統(tǒng)為使系統(tǒng)無(wú)靜差，燃料流量調(diào)節(jié)器采用PI形式，即： （5-1）其中，參數(shù)Kp和Ki采用穩(wěn)定邊界法整定。先讓Ki=0，調(diào)

43、整Kp使系統(tǒng)等幅振蕩，即系統(tǒng)臨界穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定邊界法整定的計(jì)算方法如下：調(diào)節(jié)規(guī)律KpKiPK/2PIK/2.2Kp/(0.85T) 系統(tǒng)臨界振蕩仿真框圖如圖5.1所示，其振蕩響應(yīng)如圖5.2所示：圖5.1 系統(tǒng)臨界振蕩仿真框圖圖5.2 系統(tǒng)臨界振蕩響應(yīng)曲線記錄此時(shí)的振蕩周期T=11s和比例參數(shù)K=3.8,則Kp=K/2.2=1.73，Ki=Kp/(0.85T)=0.18。在Kp=1.73，Ki=0.18的基礎(chǔ)上，對(duì)PI參數(shù)進(jìn)一步整定，燃料流量控制系統(tǒng)的仿真框圖如5.4所示，其中PI模塊的結(jié)構(gòu)如圖5.3所示。調(diào)節(jié)Kp=1.1，Ki=0.1，系統(tǒng)響應(yīng)如圖5.5所示，可見(jiàn)系統(tǒng)有約10%的超調(diào)量。圖5.

44、3 PI模塊結(jié)構(gòu)圖5.4 燃料流量控制系統(tǒng)的仿真框圖圖5.5 燃料流量控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線5.2 蒸汽壓力控制系統(tǒng)在燃料流量控制系統(tǒng)整定的基礎(chǔ)上，采用試誤法整定壓力控制系統(tǒng)參數(shù)。系統(tǒng)整定仿真框圖如圖5.6所示。當(dāng)Ki=0，Kp=1時(shí)(此時(shí)相當(dāng)于無(wú)調(diào)節(jié)器，因此系統(tǒng)最簡(jiǎn)單)，仿真結(jié)果如圖所示，圖5.6為系統(tǒng)仿真框圖，圖5.7為階躍輸出。圖5.6 蒸汽壓力控制系統(tǒng)仿真框圖圖5.7 蒸汽壓力控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線由仿真結(jié)果可以看出，系統(tǒng)響應(yīng)超調(diào)量約為50%。此時(shí)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器最簡(jiǎn)單，工程上系統(tǒng)響應(yīng)速度和穩(wěn)定程度一般。5.3 空氣流量控制系統(tǒng)空氣流量控制系統(tǒng)的整定方法和燃料流量控制參數(shù)整定方法類(lèi)似，參

45、數(shù)Kp和Ki也采用穩(wěn)定邊界法整定。先讓Ki=0，調(diào)整Kp使系統(tǒng)等幅振蕩，即系統(tǒng)臨界穩(wěn)定狀態(tài)。系統(tǒng)臨界振蕩仿真框圖如圖5.8所示，其振蕩響應(yīng)如圖5.9所示：圖5.8 系統(tǒng)臨界振蕩仿真框圖圖5.9 系統(tǒng)臨界振蕩響應(yīng)曲線記錄此時(shí)的振蕩周期T=7s和比例參數(shù)K=3.3,則Kp=K/2.2=1.5，Ki=Kp/(0.85T)=0.25。在Kp=1.5，Ki=0.25的基礎(chǔ)上，對(duì)PI參數(shù)進(jìn)一步整定，空氣流量控制系統(tǒng)單位階躍輸入的仿真框圖如圖5.10所示。調(diào)節(jié)Kp=1.0，Ki=0.1，系統(tǒng)響應(yīng)如圖5.11所示，可見(jiàn)系統(tǒng)有約10%的超調(diào)量。 圖5.10 空氣流量控制系統(tǒng)仿真框圖圖5.11 空氣流量控制系統(tǒng)單

46、位階躍響應(yīng)曲線5.4 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)由系統(tǒng)概述可知，利用動(dòng)態(tài)前饋與反饋控制能使負(fù)壓控制系統(tǒng)達(dá)到比較好的效果，反饋控制在燃料控制系統(tǒng)和空氣流量控制系統(tǒng)中已經(jīng)詳細(xì)的論述與應(yīng)用過(guò)了，在此就前饋控制做一下討論。圖5.12 前饋控制原理圖在圖5.12中實(shí)線部分為未引入控制措施前的控制框圖，虛線部分為所引入的控制部分。Gf(s)G3(s)為干擾源至系統(tǒng)輸出的干擾通道傳遞函數(shù)；Gd(s)為前饋調(diào)節(jié)器函數(shù)；G2(s)G3(s)為干擾源至系統(tǒng)輸出的控制通道傳遞函數(shù)；G1(s)為給定環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)。系統(tǒng)輸出為： （5-2） 由上式可知，消除可測(cè)干擾M的影響，可令M的系數(shù)為0，即可得到: （5-3）因此，可以得到爐

47、膛負(fù)壓控制系統(tǒng)前饋補(bǔ)償函數(shù)為： （5-4）圖5.13為爐膛負(fù)壓前饋控制系統(tǒng)參數(shù)整定仿真框圖，圖5.14為未加前饋控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，圖5.15為加入了前饋控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。圖5.13 爐膛負(fù)壓前饋控制系統(tǒng)參數(shù)整定仿真框圖圖5.14 未加前饋控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線圖5.15 加入前饋控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線 兩圖對(duì)比可知，加入的前饋控制起到了很好的作用。第六章 火電廠鍋爐燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)Simulink仿真搭建完整的系統(tǒng)Simulink仿真框圖，圖6.1為不加擾動(dòng)時(shí)系統(tǒng)的仿真框圖，圖6.3為不加擾動(dòng)的響應(yīng)曲線圖。但是在實(shí)際的工作環(huán)境中往往會(huì)出現(xiàn)各種各樣的擾動(dòng)信號(hào)，為了模擬

48、真正的工業(yè)控制環(huán)境，在特定的環(huán)節(jié)，我們添加了幅值為-1至+1的噪聲干擾信號(hào)，圖6.2為仿真框圖，圖6.4為相應(yīng)的響應(yīng)曲線圖。圖6.1 未加擾動(dòng)的燃燒控制系統(tǒng)仿真框圖圖6.2 加入擾動(dòng)的燃燒控制系統(tǒng)仿真框圖爐膛負(fù)壓蒸汽壓力空氣流量圖6.3 未加擾動(dòng)的燃燒控制系統(tǒng)響應(yīng)曲線隨機(jī)擾動(dòng)爐膛負(fù)壓蒸汽壓力空氣流量圖6.4 加入擾動(dòng)的燃燒控制系統(tǒng)響應(yīng)曲線引入干擾信號(hào)之后，系統(tǒng)較好的抑制了干擾，曲線達(dá)到了穩(wěn)定。結(jié) 論論文從控制系統(tǒng)基礎(chǔ)理論入手，簡(jiǎn)要的了解MATLAB在控制系統(tǒng)中應(yīng)用的基礎(chǔ)后，著重分析了火電廠鍋爐燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)，其次對(duì)各個(gè)控制環(huán)節(jié)建立數(shù)學(xué)模型，通過(guò)MATLAB軟件對(duì)建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行化簡(jiǎn)，分析，得出不同參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能的影響，最終確定系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的最佳參數(shù)，用于指導(dǎo)實(shí)際工作中參數(shù)的選擇，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真確實(shí)有很大的實(shí)際意義。MATLAB語(yǔ)言易學(xué)易懂，對(duì)使用者不要求有高深的數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)語(yǔ)言知識(shí)以及對(duì)編程技巧的靈活運(yùn)用，并且其數(shù)值計(jì)算功能強(qiáng)大，研究控制系統(tǒng)便利，圖形界面豐富，十分適合用于控制系統(tǒng)的仿真研究。在應(yīng)用過(guò)程中，MATLAB的優(yōu)越性十分突出，鑒于其開(kāi)放、擴(kuò)充能力強(qiáng)，