鍋爐控制系統的設計仿真畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 分時間常數Ti，Ti越大積分作用越弱，反之則越強。積分環節用于消除系統的余差。加大積分系數，有利于減小系統余差，但過強的積分作用會使系統的超調量加劇，甚至引起振蕩；減小積分系數雖然有利于系統的穩定，避免系統產生振蕩，減小系統的超調量，但對消除系統的余差是不利的。3)微分環節：能反映偏差信號的變化趨勢，微分環節的作用在于改善系統的動態特性，其主要是在響應過程中抑制偏差向任何地方的變化，并能在偏差信號變得太大之前，在系統中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統的調節速度，減少調節時間。但Td過大，則會使響應過程提早制動，從而延長調節時間。本章小結本章介紹了鍋爐系統的工藝流程、鍋爐系統控制任務，使我們對鍋爐系統有一個總體的認識，同時簡單介紹了PID控制，對PID控制器中各個環節的控制作用有全面的認識。第3章 汽包水位三沖量控制 汽包水位系統介紹 汽包水位系統由給水泵、省煤器、汽包、水冷壁、過熱器等組成[11]。水由給水泵送入省煤器加熱升溫，成為飽和水后進入汽包，經下降管進入爐膛水冷壁，吸收熱量汽化后回到汽包。鍋爐汽包產生的飽和蒸汽，通過過熱器升溫，再由減溫器降溫到所需溫度后送出。 鍋爐汽水系統結構汽包水位間接地表示了鍋爐負荷和給水的平衡關系，維持汽包水位是保持汽機和鍋爐安全運行的重要條件。水位過高，影響汽包汽水分離裝置的正常工作，造成出口蒸汽中水分過多；汽包水位過低，則可能使鍋爐水循環工況破壞，造成水冷壁管供水不足而燒壞。汽包水位系統自動控制的任務就是維持汽包水位在一定范圍內變化。 汽包水位的動態特性分析鍋爐汽包水位包含了汽包中的蓄水體積和水面下汽泡的體積。水下汽泡的體積與鍋爐的負荷及蒸汽壓力有關。因此鍋爐汽包水位不僅受到鍋爐輸入量和輸出量之間平衡關系的影響，同時由于壓力的關系它還受到汽水混合物內汽泡體積變化的影響。因此，影響鍋爐汽包水位變化的主要因素：（1）給水擾動，（2）蒸汽負荷的變化；（3）蒸汽壓力的變化；（4）燃料量的變化。汽包水位調節對象的動態特性方程式，通過理論推導和化簡后可寫成[10]： （31）式中，TW：給水流量項的時間常數；TD：蒸汽流量項的時間常數；KD，KW：分別為蒸汽流量和給水流量的放大系數；uD，uW：分別為蒸汽流量和給水流量的標值；T1，T2：水位的時間常數。蒸汽負荷不變改變給水流量的情況下，汽包水位的動態微分方程可以表示為： （32）對上式進行拉普拉斯變換，可得： （33）得到汽包水位在給水流量作用下的傳遞函數： （34）。如果把汽包和給水看作單容量無自衡過程，水位階躍響應曲線應為圖中的H1線。但當給水流量增加后，由于給水溫度比汽包內原有飽和水的溫度低，它們將從原飽和水中吸收熱量，氣泡體積由于放熱而減小，所以水位隨著汽包中儲水量的增加而逐漸緩慢上升。當給水溫度與汽包內水的溫度相同時，汽泡體積將不再變化，水位就隨著儲水量的增加而直線上升。因此，實際水位變化曲線應如圖中H線所示，即當給水量作階躍變化后，汽包水位一開始并不立即增加，而是有一個起始慣性階段。 給水流量擾動下水位的階躍響壓曲線給水量不變改變蒸汽負荷的情況下，汽包水位的動態微分方程可以表示為： (36)對上式進行拉普拉斯變換，可得： （37）得到汽包水位在蒸汽流量作用下的傳遞函數： （38）上式可以用兩個動念環節的并聯來等效，即： (39)式中，K0=KD/T1為上升速度，即給水流量變化一個單位流量時水位的變化速度；K1=(KDT2TD)/T1為響應曲線H2的放大系數；T2為響應曲線H2的時間常數。當蒸汽流量D突然增加時，蒸汽量D大于給水量W，水位應該下降，如圖中曲線H1。但由于蒸汽用量的增加，導致汽包壓力的下降,水中汽泡體積迅速增加而使水位變化的曲線如圖中H2所示。從而實際顯示的水位響應曲線H為H1與H2的疊加。從圖上可以看出，當蒸汽負荷增加時，雖然鍋爐的給水量小于蒸發量，但在開始時，水位不僅不下降，反而迅速上升，然后再下降(反之，蒸汽流量突然減少時，則水位先下降，然后上升)，這種現象稱之為“虛假水位。 蒸汽流量擾動下水位的階躍響應曲線從以上分析可以看出給水控制具有以下特點：1) 給水量突然改變時，由于給水通道存在較大的滯后時間，從調節機構動作到汽包水位變化存在一定的滯后，水位存在有較大的波動。2) 蒸汽用量變化時，有“虛假水位的出現，且假水位反應速度很快，幅度與擾動大小成正比。 鍋爐汽包水位的控制方案引起水位變化的主要干擾是蒸汽流量和給水流量的變化。，當蒸汽流量不變給水量突然改變時，鍋爐汽包水位不會馬上改變，控制作用嚴重滯后，水位存在較大的波動，汽包水位過高，會影響汽包的汽水分離，產生蒸汽帶水現象，使過熱器管壁結構導致破壞，汽包水位過低，則可能使鍋爐水循環工況破壞，使水冷壁管供水不足而燒壞；，當給水量不變蒸汽流量突然增大，鍋爐汽包水位將會上升，產生鍋爐“虛假水位”現象。使得控制作用向相反方向進行，有可能導致汽包水位過低，使得汽包內的水量較少，蒸汽壓力較低，水的汽化速度加快，使汽包內的水全部汽化，導致鍋爐燒壞或爆炸。因此，我們必須對汽包水位進行嚴格控制，防止事故的發生[11]。 單沖量控制系統單沖量控制系統是以汽包水位為被控變量，其控制系統框圖為PID調節器執行器變送器汽包 單沖量控制系統框圖該控制系統結構簡單，但該系統根據汽包水位控制給水量，當汽包水位產生“虛假水位”現象時，給水量的變化將與負荷變化相反，加大了進出流量的不平衡。當給水量發生變化時，給水量經過一定的時間才能影響到汽包水位，控制作用滯后，加大系統的超調量。 雙沖量控制系統雙沖量控制系統是以汽包水位為主控變量，以蒸汽流量為前饋信號，組成“前饋——反饋”控制系統，該控制系統由于引入了蒸汽流量這一前饋信號，能夠有效的避免“虛假水位”現象，但是對于給水量變化依然存在滯后。PID調節器執行器變送器變送器汽包 雙沖量控制系統框圖 三沖量控制系統三沖量控制系統，以汽包水位H為主控制信號，蒸汽流量D為前饋控制信號，給水流量W為反饋控制信號組成的控制系統。，該控制系統由于引入了蒸汽流量信號，能夠有效防止“虛假水位”的產生，引入給水流量信號，當給水流量發生改變時，控制系統能夠及時響應，產生控制作用，減少系統的超調量。PID調節器汽包水位執行器變送器變送器變送器 三沖量控制系統框圖通過上面的介紹我們確定，對汽包水位系統采用三沖量控制系