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吉林工程技术师范学院毕业论文第1章1.1 锅炉控制的研究现状及发展1.1.1 锅炉控制的研究现状绪 论工业锅炉是重要的热能动力设备， 我国是当今世界锅炉生产和使用最多的 国家。 中国锅炉制造业是在新中国成立后建立和发展起来的。 特别是改革开放 以来， 随着国民经济的蓬勃发展， 全国有千
余家持有各级锅炉制造许可证的企 业， 可以生产各种不同等级的锅炉。 因此采用清洁燃料和洁净燃烧技术的高效、 节能、低污染工业锅炉将是产品发展的趋势。 在未来相当长的一段时间内， 燃煤工业锅炉仍将是我国工业锅炉的主导产 品， 且以中大容量单台蒸发量≥10t/h 居多。 但燃煤锅炉会产生严重的环境污染， 随着能源供应结构的变化和节能环保要求日益严格天然气开发应用将进入高 速发展时期。 小型燃煤工业锅炉将退出中心城区。 因此采用清洁燃料和洁净燃 烧技术的高效、节能、低污染工业锅炉将是产品发展的趋势。1.1.2 控制技术的发展趋势现代过程工业向着大型化和连续化的方向发展，生产过程也随之日趋复 杂，对生态环境的影响也日益突出，这些都对控制提出了越来越高的要求。不 仅如此， 生产的安全性和可靠性， 生产企业的经济效益都成为衡量当今自动控 制水平的重要指标。因此，仅用常规仪表不能满足现代化企业的控制要求。由 于计算机具有运算速度快、精度高、存储量大、编程灵活以及有很强的通信能 力等特点， 已在过程控制中得到十分广泛的应用。 过路作为一种典型的的生产 过程，其自动控制水平已随着过程计算机系统的的发展。 从目前的趋势看， 在大型企业中， 过程控制计算机正成为一种把控制的管 理融为一体的综合自动化系统。 他是在自动化技术， 系新技术和各种工业声场 技术的基础上， 通过计算机和网络系统将整个单位全部生产活动所需的信息和 各种分散的自动化系统有机的集合起来， 形成一个能适应生产环境不确定和市1第 1 章 绪论场需求多变性总体最优的高质量、高效益、高柔性的智能生产系统，现已成为 当前控制领域的一个重要研究方向。1.2 本课题研究的意义及主要内容1.2.1 课题研究的意义锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备。 它所产生的高压蒸汽既可以作为风机、 压缩机、 大型泵类的驱动透平的动力源， 又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。随着工业生产规模的不 断扩大，生产设备的不断创新，作为全厂动力和热源的锅炉，向着大容量、高 参数、高效率发展。为了确保安全稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得愈加 重要。 锅炉是现代工业中的重要动力设备， 做好锅炉控制具有极其重要的经济 价值。 由于设备本身及操作管理等方面的原因， 国内锅炉的性能指标与发达国 家相比有较大差距， 主要表现在燃料消耗高或热效率低。 锅炉系统是一个多输 入多输出的复杂控制对象， 其燃烧过程因多变量、 大时滞、 强关联的复杂特性， 控制起来相当困难。因此，学习并掌握工业锅炉过程控制系统的设计内容、设 计方法及设计过程， 培养其理论联系实际能力和和仿真应用能力， 为今后从事 过程控制领域工作奠定一定基础。 MATLAB 语言是目前国际上流行的一种仿真工具语言。它具有强大的矩 阵分析和运算功能建模仿真可视化功能。 SIMULINK 是 MATLAB 五大通用功 能之一它是基于 MATLAB 语言环境下实现动态系统建模、仿真的一个集成环 境具有模块化、可重载、图形化编程、可视化及可封装等特点，可大大提高系 统仿真的效率和可靠性。SIMULINK 提供了丰富的模型库供系统仿真使用， 另外用户也可根据自己的需要开发所需的模型并通过到装扩充现有的模型库。 本文通过分析锅炉燃烧过程用 MATLAB 软件仿真分析、计算锅炉燃烧过程。 并通过实例仿真验证仿真模型的正确性。1.2.2 课题研究的主要内容1.主要内容 针对工业生产中，锅炉过程控制的相关问题，确定控制方案，并建立系统2吉林工程技术师范学院毕业论文的仿真模型，进行锅炉过程控制仿真分析，具体如下： (1)了解工业锅炉控制系统的应用领域、工艺流程； (2)锅炉控制的主要内容：锅炉汽包水位控制、锅炉蒸汽温度控制和锅炉 燃料燃烧过程控制； (3)确定汽包水位控制、蒸汽温度控制和燃料燃烧过程控制系统的对象特 性、控制方案及控制性能； (4)建立仿真模型，分析系统基本性能； (5)进行系统的鲁棒性分析； (6)根据仿真分析结果，给出相应结论。 2.关键问题 (1)如何建立各子系统和整个系统仿真模型，对仿真结果进行分析，并确 定系统性能； (2)如何进行控制器选择及参数整定； (3)如何以被控对象延时常数的变化分析系统的鲁棒性； 3.研究的方法及手段 火电厂中锅炉的主要任务是根据负荷设备（汽轮机或蒸汽用户）的需要， 供应一定规格（压力、温度和纯度）的蒸汽。火电厂中锅炉的控制主要有三个 方面分别为锅炉汽包水位控制系统， 锅炉蒸汽温度控制系统， 锅炉燃烧过程控 制系统。 (1)锅炉汽包水位控制系统: 主要是为了给水量和锅炉蒸发量相平衡， 使锅 炉气泡水位维持在工艺规定的范围之内。 通过电容式液位计将检测来的液位信 号变送成标准信号， 再输送给控制器， 调节器在通过执行机构和阀来控制进水 量，从而达到自动控制锅炉水位。 (2)锅炉蒸汽温度控制系统：主要是维持过热器出口温度在允许的范围之 内，保持过热器的管壁温度不超过允许的工作温度。采用分断函数辅助串级 PID 调解方式来实现对锅炉蒸汽温度控制系统的控制。 (3)锅炉燃烧过程控制系统:主要是控制锅炉出口蒸汽压力稳定、保证燃料 燃烧的经济性、保证炉膛的微负压恒定。以主蒸汽压力、烟气氧含量为控制目 标，以煤量和风量为控制量，即以动态风煤比的形式进行燃烧过程控制3第 2 章 过程控制及仿真概述第 2 章 过程控制及仿真概述2.1 过程控制系统概述2.1.1 系统特点过程控制在实际中有着各种各样的应用，具体的过程控制系统也不尽相 同，但概括起来，过程控制系统主要具有以下特点。 1.系统由过程检测仪表组成 过程控制通过各种检测仪表、 控制器等自动化设备和技术工具， 对整个生 产过程进行自动监测和自动控制。 2.被控过程具有多样性 实际生产过程中，由于生产规模不同、工艺要求各异、产品品种多样，因 此被控过程具有多样性。 3.控制方案具有多样性 由于被控过程具有多样性， 而且被控过程也各有特点， 通常有单变量控制 系统， 也有多变量控制系统； 由计算机集散控制系统， 也有现场总线控制系统； 有提高控制品质的控制系统，也有实现特定要求的控制系统。 4.被控过程多属慢过程，控制目标多为过程参数 从前面可以看出，被控过程具有大惯性、大滞后等特点，所以过程控制的 控制过程是一个慢过程。实际中，通常是对表征其生产过程的温度、压力、流 量、液位、成分、pH 等过程参数进行自动检测和自动控制。 5.给定值控制是主要的控制形式 实际生产过程中， 过程控制的主要目的是减少和消除扰动对被控参数的影 响，通常按被控量的给定值进行控制，所以给定值控制是主要的控制形式。2.1.2 系统分类过程看系统的分类方法很多， 通常按照系统的结构特点和给定值特点来分 类，下面分别进行介绍。4吉林工程技术师范学院毕业论文按系统的结构特点进行分类， 过程控制系统可以分为反馈控制系统、 前馈 控制系统和复合控制系统。 1.反馈控制系统 反馈控制系统是根据系统被控量与给定位的偏差进行工作的，最后达到 除或减小偏差的目的， 偏差值是控制的依据。 反馈控制系统通常称闭环控制系 统，是过程控制系统中最基本的系统。 2.前馈控制系统 前馈控制系统是直接根据扰动量的大小进行工作的，扰动是控制的依据。 不构成闭合回路， 故也称为开环控制系统。 前馈控制由于无法检查控制的效果， 因此在实际生产过程中很少单独应用。尤其是在复杂过程中。 3.复合控制系统 复合控制系统也就是通常所指的前馈-反馈控制系统，它是反馈控制和前 馈控制的结合， 具有两者的优点。 前馈控制的主要优点是能针对主要扰动迅速 及时克服对被控量的影响； 反馈控制的主要优点是克服其他扰动， 使系统在稳 态时能准确地使被控量控制在给定值上， 因此构成的复合控制系统可以提高控 制质量。 按系统的给定值的特点进行分类，过程控制系统可以分成恒定控制系统、 随动控制系统和程序控制系统。 1.恒值控制系统 系统的被控量温度、压力、流量、液位、成分等）的给定值保持在某一恒 值（或在某一很小范围内不变） 。 2.随动控制系统 系统的被控量的给定值随时间任意的变化，因此控制的作用是克服扰动， 使被控量及时跟踪给定值变化。 3.程序控制系统 系统的被控量的给定值是按预定的时间程序而变化的， 控制的目的是使被 控量按规定的程序自动变化。5第 2 章 过程控制及仿真概述2.2 仿真在过程控制中的应用过程控制是一门应用性和实践性很强的学科。 实验是这一学科的一个重要 环节，许多重要的概念和方法必须通过实验才能更好的掌握。 进行过程控制系统仿真实验不仅可以加深对过程控制的理解和认识， 而且 为以后在自动化仪表和过程控制系统上进行实验打下基础， 而且还可以通过仿 真研究各种控制系统和复杂控制算法。 过程控制系统的实施是一项复杂的系统工程， 不仅需要掌握控制理论的精 髓，还需要对工业过程的动态及稳定特性的深刻理解；否则，所设计的过程控 制系统在实际工业现场可能就表现很糟，有可能即使是一个最简单的单回路 PID 控制，也无从着手，而事实上或许只需根据过程特性修改一下控制器的 PID 参数，控制系统就能完美的运行。 因此，学好过程控制，应着于提高分析与解决实际问题的能力，适当的实 验手段是十分必要的。但过程控制系统的实验投入也是一个庞大的系统工程， 不仅需要过程装置， 而且还需要测量变送设备、 控制器和执行器、 必要的管路、 电路和各种辅助设备（如流体输送设备） ，不仅投入巨大，而且需专人管理维 护。更重要的是，实验装置由于受场地、资金等限制，只能迷你化，但过程的 动态特性与装置的大小密切相关， 也就是实验装置的控制与工业现场装置的控 制，仍有很大不同。 计算机仿真技术的应用，不仅可以减少实验投入，降低实验成本，而且可 以获得比实验装置更好的实验效果。2.2.1 仿真的必要性在过程控制中， 仿真技术通过模拟被控对象在控制策略作用下的行为， 检 验控制的有效性，并对被控对象模型和算法作出评价。 从 20 世纪 40 年代开始直至今日，采用 PID 控制规律的单输入单输出简 单反馈控制回路已经成为过程控制的核心系统，以经典的 PID 控制理论为基 础，主要使用频域分析方法进行控制系统的设计。 目前，PID 控制仍然得到广泛的应用，即便是在大量采用 DCS、FCS 控 制的现代流程工业生产过程中，采用 PID 的回路仍占总回路的 80%~90%。因6吉林工程技术师范学院毕业论文为 PID 控制算法足以维护一般过程的平稳操作与运行，而且这类算法简单且 应用历史悠久，容易为操作人员接受。 在工业生产过程中，仍有 10%~20%的控制问题采用 PID 控制和串级、比 值、 前馈等经典复杂控制策略无法奏效， 所涉及的被控制过程往往具有强耦合 性、不确定性、非线性、信息不完全性和大滞后等特性，并存在着苛刻的约束 条件， 更重要的是他们大多数是生产过程的核心部分， 直接关系到产品的质量、 生产率和成本等有关指标。 合理的过程控制方案可以带来巨大的经济效益， 但 是由于工业工程具有的不确定性，耦合性、非线性等特点和安全上的要求，必 须进行有效和安全的控制。 这一切决定了控制方案不能直接实施于现场， 而是需要在实施前进行大量 的仿真实验， 但是这些实验在实际现场进行时不现实的， 因为这样既不安全又 不经济， 这就给控制方案的应用和发展带来诸多不便， 如果可以在投入实际运 行之前能对控制方案、 策略和算法进行大量的仿真实验， 则既可以提高安全性 又可以取得更好的控制效果。 因此， 仿真技术已经广泛地应用于连续工业生产过程领域， 显示出巨大的 经济效益，其成效得到了过程工业界的一致认同。 过程控制系统仿真就是以过程控制系统模型为基础， 采用数学模型替代实 际控制系统，以计算机为工具，对过程控制系统进行实验、分析、评估及预测 研究的一种技术与方法。2.2.2 仿真的基本过程过程控制系统仿真包括以下几个基本步骤：问题描述、模型建立、仿真实 验、结果分析，其流程如图 2-1 所示。7第 2 章 过程控制及仿真概述图 2-1 过程控制系统仿真流程图1.建立数学模型。控制系统的数学模型是指描述控制系统输入、输出变量 以及内部各变量之间关系的数学表达式。 控制系统数学模型可分为静态模型和 动态模型， 静态模型描述的是过程控制系统变量之间的静态关系， 动态模型描 述的是过程控制系统变量之间的动态关系。 最常用、 最基本的数学模型是微分 方程与差分方程。过程控制系统数学模型的建立将在本书第五章进行详细讲 述。 2.建立仿真模型。由于计算机数值计算方法的限制，有些数学模型是不能 直接用于数值计算的， 如微分方程， 因此原始的数学模型必须转换为能够进行 系统仿真的仿真模型。 例如在进行连续系统仿真时， 就需要将微分方程这样的 数学模型通过拉普拉斯变换转换成传递函数结构的仿真模型。 3.编写仿真程序。过程控制系统的仿真涉及很多相关联的量，这些量之间 的联系要通过编制程序来实现，常用的数值仿真编程语言有 C、Fortran 等， MATLAB/Simulink 也可以用来编写仿真程序，而且编写起来非常迅速、界面 友好，已经得到广泛应用。Simulink 可以方便的进行过程控制系统的分析与设8吉林工程技术师范学院毕业论文计，利用鼠标在模型窗口上绘制出所需要的控制系统模型，然后利用 Simulink 提供的功能就可系统的进行方针和分析。 4.在完成以上工作后，就可以进行仿真实验了，通过对仿真结果的分析来 对仿真模型与仿真程序进行检验和修改， 如此反复， 直至达到满意的效果为止。2.3 MATLAB/Simulink 在过程仿真中的优势为了满足用户对工程仿真的要求，一些软件公司相继推出一批数学类科 技应用软件，如 MATLAB、Xmath、mathematica、maple 等。其中 MathWorks 公司推出的 MARLAB 由于有强大的功能和友好的用户界面受到越来越多的科 技工作者的青睐，尤其是控制领域的专家和学者。 MATLAB 具有友好的工作平台和编程环境、简单易学的编程语言、强大 的科学计算和数据处理能力、 出色的图形和图像处理功能、 能适应多领域应用 的工具箱、 适应多种语言的程序接口、 模块化的设计和系统级的仿真功能等诸 多的优点和特点。 1990 年，MathWorks 软件公司为 MATLAB 提供了新的控制系统模型化图 形输入与仿真工具，并命名为 SIMULAB，该工具很快就在控制工程界获得了 广泛的认可，使得仿真软件进图了模型化图形组合阶段。1992 年正式将该软 件更名为 Simulink。 Simulink 是 MATLAB 提供的实现动态系统建模和仿真的一个软件包， 他 让用户把精力从编程转向模型的构造，为用户省去了许多重复的代码编写工 作、Simulink 的每个模块对用户而言都是透明的，用户只需知道模块的输入、 输出以及模块的功能， 而不必管模块内部是怎么实现的， 于是留给客户的事情 就是如何利用这些模块来建立模型以完成自己的仿真任务。至于 Simulink 的 各个模块在运行时是如何执行， 时间是如何采样， 事件是如何驱动等细节性问 题，用户可以不去关心，正是由于 Simulink 具有这些特点，所以他被广泛的 应用在过程控制系统仿真中。 近几年来，在学术界和工业领域，Simulink 已经成为动态系统建模和仿真 领域中应用最为广泛的软件之一， 也成为了目前最常用的过程控制系统仿真平 台。在过程控制系统仿真中， 具有先天的优势。9第 2 章 过程控制及仿真概述（1）Simulink 可以很方便的创建和维护一个完整的模块，评估不同的算法 和结构，并验证系统的性能。 由于 Simulink 采用模块组合方式来建模，因而可以使得用户能够快速准 确的创建动态系统的计算机仿真模型， 特别是对复杂的不确定非线性系统， 更 加方便。 而且，对同一个过程特性，Simulink 可以方便的进行不同控制方案的仿真 与评估， 通过多种仿真的分析比较， 有利于用户对工程控制理论的理解和掌握。 例如，改变纯滞后系统控制器的被控变量，可进行常规 PID 控制、Smith 预估 控制两种完全不同的控制方案的仿真。 （2）Simulink 模型可以用来模拟线性和非线性、连续和离散，或者两者的 混合系统，也就是说它可以用来模拟几乎所有可能遇到的动态系统。 另外，Simulink 还提供一套图形动画的处理方法，使用户可以方便的观察 到仿真的整个过程。 （3）Simulink 没有单独的语言，但是它提供了 S 函数贵客。S 函数可以是 一个 M 函数文件、Fortran 程序、C 或 C++语言程序等，通过特殊的语法规则 使之能够被 Simulink 模型或模块调用。S 函数使 Simulink 更加充实、完备， 具有更强的处理能力。 如同 MATLAB 一样，Simulink 也不是封闭的，他允许用户可以方便地定 制自己的模块和模块库。同时 Simulink 也同样有比较完整的帮助系统，使用 户可以随时找到对应模块的说明，便于应用。 总之，Simulink 就是一种开放性的，用来模拟线性或非线性的、连续或 离散的， 或者两者混合的动态系统的强有力的系统级仿真工具， 非常适合用来 进行过程控制系统仿真。 目前，随着软件的升级换代。在软硬件的接口方面有了长足的进步，使 用 Simulink 可以很方便地进行实时的信号控制和处理、信息通信以及 DSP 的 处理。世界上许多知名的大公司已经使用 Simulink 作为他们产品设计和开发 的强有力工具。10吉林工程技术师范学院毕业论文第 3 章 锅炉设备控制系统锅炉是石油、化工、发电等工业生产过程中必不可少的重要动力设备，它 所产生的高压蒸汽不仅可以作为精馏、蒸发、干燥、化学反应等过程的热源， 还可以为压缩机、风机 等提供动力源。锅炉种类很多，按所用燃料分类，有 燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉，还 有利用残渣、残油、释放气等为燃料的 锅炉。按所提供蒸汽压力不同，又可分为常压锅炉、 低压锅炉、常高锅炉、 超高压锅炉等。 不同类型的锅炉的燃料种类和工艺条件各不相同， 但蒸汽发生 系统的工作原理是基本相同的。图 3-1 锅炉设备主要工艺流程图 3-1 给出了常见的蒸汽锅炉的主要工艺流程图。其中，蒸汽发生系统由 给水泵、给水控制阀、省煤器、汽包及循环管等组成。在锅炉运行过程中，燃 料和空气按一定比例送入炉膛燃烧， 产生的热量传给蒸汽发生系统， 产生饱和 蒸汽，然后再经过过热蒸汽，形成满足一定质量指标的过热蒸汽输出，供给用 户。同时燃烧过程中产生的烟气，经过过热器将饱和蒸汽加热成过热蒸汽后，11第 3 章 锅炉设备控制系统再经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气， 最后经引风机送往烟囱排入 大气。 锅炉设备是一个复杂的控制对象， 其主要的控制变量有燃料量、 锅炉给水、 减温水流 量、送风量和引风量等；主要的被控量有汽包水位、过热蒸汽温度、 过热蒸汽压力、炉膛 负压等。这些控制变量与被控变量之间相互关联。例如 燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、炉 膛负压和烟气含氧量；给水量变化不仅会影响 汽包水位，而且对蒸汽压力、 过热蒸汽温度都有影响。因此锅炉设备是一个多输入/多输出 且相互关联的控 制对象。 锅炉设备的控制任务是根据生产负荷的需要，提供一定压力或温度的蒸 汽，同时要使锅炉在安全经济的条件下运行。其主要控制任务如下。 1. 锅炉供应的蒸汽量应适应负荷变化的需要。 2.锅炉供给用汽设备的蒸汽压力保持在一定范围内。 3. 过热蒸汽温度保持在一定范围内。 4. 汽包中的水位保持在一定范围内。 5. 保持锅炉燃烧的经济性和安全运行。 6..炉膛负压保持在一定范围内。 为了实现上述调节任务， 将锅炉设备控制划分为如下几个主要控制系统： 1.锅炉汽包水位的控制。被控变量是汽包水位，控制变量是给水流量。它 主要是保持汽包内部的物料平衡， 使给水量适应锅炉的蒸发量， 维持汽包水位 在工艺允许的范围内。这是保证锅炉、汽轮机安全运行的必要条件，是锅炉正 常运行的主要标志之一。 2. 锅炉燃烧系统的控制。被控变量有三个，即蒸汽压力(或负荷)、烟气含 氧量(经济燃烧指标)和炉膛负压。控制变量也有三个，即燃料量、送风量和引 风量。这三个被控变量和三个控制变量相互关联。组成的燃烧控制系统方案， 需要满足燃料燃烧时所产生的热量适应蒸汽负荷的需要； 使燃料与空气量之间 保持一定的比值， 保证燃烧的经济性和锅炉的安全运行； 使引风量和送风量相 适应，保持炉膛负压在一定范围内。 3. 过热蒸汽系统的控制。 被控变量是过热蒸汽， 控制变量是减温器的喷水 量。 控制的目的是使过热器出口温度保持在允许范围内， 并保证管壁温度不超12吉林工程技术师范学院毕业论文过允许的工作温度。下面分别讨论这三个控制系统的典型控制方案3.1 锅炉汽包水位控制汽包水位是锅炉运行的主要指标，保持水位在一定范围内是保证锅炉安 全运行的首要条件。因为水位过高，会影响汽包内汽水分离，饱和水蒸气将带 水过多，使过热器管壁结垢并损坏，同时使过热蒸汽的温度急剧下降。如果该 带液蒸汽被用户用来带汽轮机，将会损坏汽轮机叶片。水位过低，由于汽包内 的水量较少，而负荷很大时，水的汽化速度加快，若不及时加以控制，将使汽 包内的水全部汽化，导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。因此必须对锅炉汽包水 位进行严格控制。3.1.1. 汽包水位动态特性1.蒸汽流量对汽包水位的影响 在其他条件不变的情况下， 蒸汽用量突然增加， 瞬时间必然会导致汽包压 力下降，汽包内水的沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，气泡体积增大，使汽 包水位升高(水量实际上在减少)。这种由于压力下降而非水量增加导致汽包水 位上升的现象称为“虚假水位”现象。图3-1给出了在蒸汽流量扰动作用下，汽 包水位的阶跃响应曲线。当蒸汽流量D突然增加ΔD时，从锅炉的物料平衡关 系来看，蒸汽量大于给水量，水位应下降，如图中曲线ΔH1 。 实际上，由于蒸汽流量的增加，瞬时间必然导致汽包压力的下降。汽包内 的水沸腾突然加剧， 水中气泡迅速增加， 由于气泡容积增加而使水位变化的曲 线如图中ΔH2 。而实际显示的水位响应曲线ΔH应为ΔH1和ΔH2的叠加，即ΔH= ΔH1+ ΔH2。从图中可看出，当蒸汽用量增加时，在开始阶段水位不会下降反 而先上升，然后再下降，这各现象称之为“虚假水位”。蒸汽扰动时，水位变化 的动态特性用传递函数表示为? K2 H (s ) H 1 (s ) H 2 (s ) ? ? ?- f ? D(s) D(s) D（s） s T2 s ? 1T2为响应曲线ΔH2 的时间常数。虚假水位变化的大小与锅炉的工作压力和蒸 发量有关。一般蒸发量为100～230t/h 的中高压锅炉，当负荷变化10%时，假 水位可达30～40mm。对于这种假水位现象，在设计控制方案时，必须加以注13第 3 章 锅炉设备控制系统意。图3-1蒸汽流量阶跃干扰下汽包水位响应曲线2. 给水流量对汽包水位的影响 图3-1给出了给水流量作用下，水位的阶跃响应曲线。如果把汽包和给水 看作单容无自衡对象，水位阶跃响应曲线如图中的ΔH1所示。但由于给水温度 比汽包内饱和水的温度低， 进入汽包后会从饱和水中吸收一部分热量， 所以当 给水流量增加后，汽包中气泡总体积减小，导致水位下降。汽包中气泡总体积 减小导致水位变化的阶跃响应曲线如图中的ΔH2所示。当给水流量增加时，汽 包水位的实际响应曲线如图中ΔH所示，即当给水流量作阶跃变化后，汽包水 位一开始并不立即增加，而是要呈现出一段起始惯性段。用传递函数描述时， 它近似为一个惯性环节和和纯滞后环节的串联，可表示为H (s) ? 0 -?s ? e G (s ) s式中，ε0为给水流量变化单位流量时水位的变化速度；?为纯滞后时间。给水 温度越低，滞后时间?越大，一般? 在15~100s 之间。如果采用省煤器，由于 省煤器本身的延迟，会使?增加到100~200s之间。14吉林工程技术师范学院毕业论文图3-2流量阶跃扰动作用下的汽包水位响应曲线3.1.2 汽包水位的控制方案考虑到锅炉汽包存在虚假水位现象， 一种可行的控制方案是以汽包水位为 主被控参数，给水流量为副被控参数、蒸汽流量为前馈信号的三冲量前馈-反 馈串级控制系统。采用这种控制方案的理由分析如下：1.单冲量水位控制方案以汽包水位为被控参数、 给水流量为控制参数构成的单回路控制系统成为 单冲量控制系统。这种系统结构简单，设计方便，缺点是克服给水自发性干扰 和负荷干扰的能力差。 尤其是当大中型锅炉存在负荷干扰时， 严重的虚假水位 将导致导致给水调节阀产生误动作， 使汽包水位产生激烈波动， 从而影响设备 寿命和安全。所以，单冲量的控制方案不宜采用。2.双冲量水位控制方案在汽包水位的控制中， 最主要的干扰是蒸汽负荷的变化。 如果根据蒸汽流 量的变化来校正虚假水位的误动作， 就能使调节阀动作准确及时， 减少水位的 波动，改善控制质量。也就是说，若将蒸汽流量作为前馈信号，就构成了双冲15第 3 章 锅炉设备控制系统量控制系统。 显而易见，该控制方案与单冲量水位控制相比，控制质量已有明显改善， 但它对于给水系统的干扰扔不能有效克服， 需要再引入给水流量信号构成三冲 量串级控制系统。 3.三冲量串级控制方案 该控制系统由主、副两个调节器和三个冲量（汽包水位、蒸汽流量、给水 流量）构成。其中，主调节器为水位调节器，副调节器为给水流量调节器，蒸 汽流量为前馈信号。准确地说，该系统应成为三冲量前馈-反馈串级控制系统。 该系统的主要优点是：当负荷（即蒸汽流量）变化时，它早于水位偏差进行前 馈控制，能及时的调节调节阀的给水流量，以跟踪蒸汽流量的变化，维持进出 汽包的物料平衡，从而有效地克服虚假水位的影响，抑制水位的动态偏差；当 蒸汽流量不变时， 由给水流量为副被控量构成的副回路， 可及时消除给水流量 的自身干扰（主要由给水压力的波动引起） 。汽包水位是主被控量，主调节器 采用 PI 调节规律。动态过程中，它根据水位偏差调节给水流量的设定值；稳 态时，它可使汽包水位等于设定值。由此可见，三冲量前馈-反馈串级控制系 统在克服虚假水位的影响、 维持水位稳定、 提高给水控制质量等多方面都优于 前述两种控制系统，是现场广泛采用的汽包水位控制方案。3.2 锅炉蒸汽温度控制3.2.1 控制要求与过程特性由工艺可知，过热蒸汽温度过高，则过热器容易损坏，也会使汽轮机内部 引起过度的热膨胀，严重影响运行的安全；过热蒸汽温度过低，则使汽轮机的 效率降低，同时也使通过汽轮机的蒸汽湿度增加，引起叶片磨损。因此，过热 蒸汽温度是影响安全和经济的重要参数。一般要求把持在± 5℃的范围内。例 如，30 万 KW 的机组锅炉过热蒸汽温度为（565± 5）℃。 过热蒸汽的温度控制系统一般包括一级过热器、减温器、二级过热器等。 过热蒸汽温度控制系统的控制任务是使过热器出口温度维持在允许范围内， 并 且使过热器的管壁温度不超过允许的工作范围。16吉林工程技术师范学院毕业论文影响过热蒸汽温度的外界因素很多，例如蒸汽流量、减温水量、流经过热 器的烟气温度和流速等的变化都会影响过热蒸汽的温度。3.2.2 控制方案的确定由于蒸汽流量的变化是负荷干扰， 因而不能作为控制变量； 若采用烟气侧 干扰作为控制变量；则会使锅炉的结果复杂，给设计制造带来困难，也不宜作 为控制变量；为了保护过热器，保证机组安全运行，在锅炉设计时，已经设置 了喷水减温装置， 若采用减温水流量作为控制变量则既简单又易行。 但存在的 问题是：1.减温水流量与温度过控蒸汽温度之间存在较大的时延和惯性；2.在 工艺上， 锅炉给水与减温水常常合用一根总管， 这样会导致减温水自身波动频 繁。针对上述存在的问题，如果设计简单控制系统则无法满足生产工艺要求。 为此，需要设计较为复杂的控制系统，以提高控制质量。一种可行的控制方案 是设计串级控制系统，该控制系统是将减温器后的汽温信号 T2 作为副被控参 数构成副回路， 当减温水自身出现波动时， 比主汽温 T1 能提前感受到它的 T2 影响，并使副调节器及时动作，使减温水的干扰能够及时得以克服。当主汽温 因受其他干扰（如烟道气）而偏离给定值时，住汽温信号 T1 经测量，变送反 馈至主调节器， 使主调节器发出控制指令改变副调节器的设定值， 副调节器随 之动作，控制调节阀，从而使主汽温控制在允许的范围之内，使控制质量得到 保证。为进一步提高控制质量，还可以考虑将负荷干扰做为前馈信号，构成前 馈-反馈串级控制系统。3.3 锅炉燃烧过程控制燃烧蒸汽锅炉的燃烧过程主要由三个子系统构成： 蒸汽压力控制系统、 燃 料空气比值控制系统和炉膛负压控制系统。如图 3-3 过程控制系统示意图，图 3-4 为方框图。17第 3 章 锅炉设备控制系统图 3-3 燃烧过程控制系统示意图图 3-4 燃烧过程控制框图3.3.1 蒸汽压力控制系统和燃料空气比值系统燃油蒸汽锅炉燃烧的目的是为后续的生产环节提供稳定的压力。 一般生产 过程中蒸汽的控制是通过调节压力实现的， 随着后续环节的蒸汽用量不同， 会 造成燃油蒸汽压力的波动，蒸汽压力的波动会给后续的生产造成不良的影响， 因此，维持蒸汽压力恒定是保证生产正常进行的首要条件。 保证蒸汽压力恒定的主要手段是随着蒸汽压力波动及时调节燃料产生的 热量， 而燃烧产生热量的调节是通过控制所供应的燃料量以及适当比例的助燃18吉林工程技术师范学院毕业论文空气实现的。因此，各个控制环节的关系如下：蒸汽压力是最终被控量，根据 生成量确定； 燃料量根据蒸汽压力确定； 空气供应量根据空气量与燃料量的比 值确定。控制量如图 3-4 所示。图 3-5 为燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气 比值控制系统结构简图。 3-6 为燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控 图 制系统框图。图 3-4 控制量示意图图 3-5 蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统框图19第 3 章 锅炉设备控制系统图 3-6 燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统框图3.3.2 炉膛负压控制系统所谓炉膛负压： 即指炉膛顶部的烟气压力。 炉膛负压是反映燃烧工况稳定 与否的重要参数， 是运行中要控制和监视的重要参数之一。 炉内燃烧工况一旦 发生变化， 炉膛负压随即发生相应变化。 当锅炉的燃烧系统发生故障或异常时， 最先将在炉膛负压上反映出来，而后才是火检、火焰等的变化，其次才是蒸汽 参数的变化。因此，监视和控制炉膛负压对于保证炉内燃烧工况的稳定、分析 炉内燃烧工况、烟道运行工况、分析某些事故的原因均有极其重要的意义。大 多数锅炉采用平衡通风方式， 使炉内烟气压力低于外界大气压力， 即炉内烟气 负压， 炉膛内烟气压力最高的部位是炉堂顶部。 当炉负压过大时， 漏风量增大， 吸风机电耗，不完全燃烧损失、排烟热损失均增大。甚至使燃烧不稳定甚至灭 火炉负压小甚至变为正压， 火焰及飞灰将炉膛不严处冒出， 恶化工作燃烧造成 危及人身及设备安全。故应保持炉膛负压在正常范围内。 保证炉膛负压的措施是引风量和送风量的平衡。如果负压波动不大，调 节引风量即可以实现负压控制； 当蒸汽压力波动较大时， 燃料用量和送风量波 动也会很大，此时，经常采用的控制方法为动态前馈-反馈控制。前馈控制的 基本概念是测取进入控制过程的干扰信号， 在炉膛负压控制系统中， 由于蒸汽 压力波动较大时，燃料用量和送风量的波动会较大，所以通过测取引风量，就 可以的到干扰信号， 利用反应较快的动态前馈控制， 就可以很好的减小干扰信20吉林工程技术师范学院毕业论文号对系统的影响。将前馈与反馈有效的结合，运用前馈控制在扰动发生后，及 时抑制由主要扰动引起的被控量所产生的偏差， 同时运用反馈控制消除其余的 扰动对负压的影响。 前馈控制系统主要特点如下： 1.属于开环控制 只要系统中各环节是稳定的， 则控制系统必然稳定。 但若系统中有一个环 节不稳定，或局部不稳定，系统就不稳定。另外，系统的控制精度取决于构成 控制系统的每一部分的精度，所以对系统各环节精度要求较高。 2.很强的补偿局限性 前馈控制实际是利用同一干扰源经过干扰通道和前馈通道对系统的作用 的叠加来消除干扰的影响。因此，固定的前馈控制只对相应的干扰源起作用， 而对其他干扰没有影响。 而且，在工程实际中，影响生产过程的原因多种多样，系统随时间、工作 状态、环境等情况的变化，也会发生变化甚至表现出非线性，这些都导致不可 能精确确定某一干扰对系统影响的程度或数学描述关系式。 因此， 前馈控制即 使对单一干扰也难以完全补偿。 3.前馈控制反应迅速 在前馈控制系统中，信息流只向前运行，没有反馈问题，因此相应提高了 系统反应的速度。当扰动发生后，前馈控制器及时动作，对抑制被控制量由于 扰动引起的动静态偏差比较有效。这非常有利于大迟滞系统的控制。 4.只能用于可测的干扰 对不可测干扰，由于无法构造前馈控制器而不能使用。 该方案中以负压为控制目标， 用引风量做成控制闭环， 利用前馈控制消除 送风量变动对负压的影响。21第 3 章 锅炉设备控制系统图 3-7 炉膛负压控制系统结构简图图 3-8 炉膛负压控制系统框图22吉林工程技术师范学院毕业论文第 4 章 锅炉燃烧过程系统稳定性分析4.1 建立数学模型1.建立燃烧炉蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统数学模型 2 燃料流量被控对象： G ( s ) ? e-3s 13s ? 1 燃料流量至蒸汽压力关系约为： G( s) ? 3 蒸汽压力至燃料流量关系约为： G ( s ) ? 1 3 蒸汽压力检测变换系统数学模型： G( s ) ? 1 燃料流量检测变换系统数学模型： G ( s ) ? 1 燃料流量与控制流量比值： G ( s ) ? 1 2 空气流量被控对象： G ( s ) ?3 e -2 s 11s ? 12.建立炉膛负压控制系统数学模型 10 引风量与负压关系： G ( s ) ? e-s 7s ? 1 2 送风量对负压的干扰： G ( s ) ? e-s 3s ? 14.2 进行系统稳定性分析4.2.1 燃料控制系统作出伯德图，如果相角裕度 Pm&0° 或幅值裕度 Gm&1，表示系统稳定。 燃料流量被控对象为：G( s) ? 2 e ?3 s 13s ? 123第 4 章 锅炉燃烧过程系统稳定性分析经软件仿真结果如图 4-1 所示，由图可知，无调节器时，燃料控制系统开 环稳定，幅值稳定裕量为 11.4dB,相位稳定裕量为 97.1° ，对应增益为 3.7283。图 4-1 燃料被控对象 Bode 图4.2.2 空气流量控制系统空气流量被控对象为：G( s) ? 3 e ?2 s 11s ? 1经软件仿真结果如图 4-2 所示，由图可知，无调节器时，空气流量控制系 统开环稳定， 幅值稳定裕量为 9.81dB,相位稳定裕量为 80° 对应增益为 3.0956。 ，24吉林工程技术师范学院毕业论文图 4-2 空气流量被控对象 Bode 图4.2.3 负压控制系统引风量与负压关系：G(s) ? 10 ? s e 7s ? 1经软件仿真结果如图 4-3 所示，由图可知，无调节器时，负压控制系统开 环稳定，幅值稳定裕量为 1.32dB,相位稳定裕量为 14.3° ，对应增益为 1.16。25第 4 章 锅炉燃烧过程系统稳定性分析图 4-3 引风量与负压关系 Bode 图26吉林工程技术师范学院毕业论文第 5 章 锅炉燃烧过程控制系统仿真5.1 参数整定5.1.1 燃料控制系统参数整定为使系统无静差，燃烧流量调节器采用 PI 形式，即： Ki Gc ( s ) ? Kp ? s 其中，参数 Kp 和 Ki 采用稳定边界法整定。先让 Ki=0，调整 Kp 使系统 等幅振荡，即系统临界稳定状态。系统临界振荡仿真框图如图 5-1 所示，其振 荡响应如图 5-2 所示。图 5-1 系统临界振荡仿真框图图 5-2 系统临界振荡响应记录此时的振荡周期 Tcr=11s 和比例参数 Kcr=3.8,则 Kp=Kcr/2.2=1.73， Ki=Kp/(0.85Tcr)=0.1827第 5 章 锅炉燃烧过程控制系统仿真在 Kp=1.73，Ki=0.18 的基础上，对 PI 参数进一步整定，燃料流量闭环控 制系统单位阶跃输入的仿真框图如下图 5-3 所示。 调节 Kp=1.1，Ki=0.1，系统响应如图 5-4 所示，可见系统有约 10%的超调 量。图 5-3 燃料流量闭环控制系统单位阶跃输入的仿真框图图 5-4 燃料流量闭环控制系统单位阶跃输入的仿真响应5.1.2 蒸汽压力控制参数整定在燃料流量控制系统整定的基础上，采用试误法整定压力控制系统参数。 系统整定仿真框图如图 5-5 所示。当 Ki=0，Kp=1 时(此时相当于无调节器，因 此系统最简单)，仿真结果如图 5-6 所示，上图为系统阶跃响应，下图为节约 输入。图 5-5 蒸汽压力控制系统参数整定仿真框图28吉林工程技术师范学院毕业论文图 5-6 蒸汽压力控制系统参数整定仿真结果由仿真结果可以看出，系统响应超调量约为 25%。此时系统调节器最简 单，工程上系统响应速度和稳定程度都较好。5.1.3 空气流量控制系统空气流量控制系统的整定方法和燃料流量控制参数整定方法类似，当 Ki=0.05 和 Kp=0.08 时，系统阶跃响应如图 5-7 所示，下图为阶跃响应，可见 系统响应超调量约为 25%。图 5-7 整定后空气流量控制系统阶跃响应5.1.4 负压控制系统参数整定负压控制系统的整定方法和燃料流量控制参数整定方法类似。当 Ki=0.05 和 Kp=0.03 时，系统阶跃响应如图 5-8 所示，上图为系统阶跃响应，下图为阶 跃输入。可见系统响应超调量约为 25%。29第 5 章 锅炉燃烧过程控制系统仿真图 5-8 整定后负压控制系统阶跃响应5.1.5 负压控制系统前馈补偿整定由系统概述可知， 利用动态前馈与反馈控制能使负压控制系统达到比较好 的效果， 反馈控制在燃料控制系统和空气流量控制系统中已经详细的论述与应 用过了，在此就前馈控制做一下讨论。 Gf(s)G3(s)为干扰源至系统输出的干扰通道传递函数； G(s)为前馈调节器函 数；G2(s)G3(s)为干扰源至系统输出的控制通道传递函数；G1(s)为给定环节传 递函数。 系统输出为： Y ? X ? G1G2 G3 ? M (Gd G2 ? GF )G3 由上式可知，消除可测干扰 M 的影响，可令 M 的系数为 0，即可得到Gd ? Gf 因此，可以得到负压控制系统前馈补偿函数为： G2G( s) ?7s ? 1 15s ? 5 7s ? 1 15s ? 5从仿真效果可以看出，前馈控制发挥了很好的作用。 采用动态前馈整定，其前馈补偿函数为：G( s) ?30吉林工程技术师范学院毕业论文5.2 控制系统 Simulink 仿真5.2.1 仿真模型一个典型的 Simulink 仿真模型由一下三种类型的模块组成。 1.信号源模块 信号源为系统的输入，他包括常数信号源、函数信号发生器（如正弦波和 阶跃函数等）和用户自己再 MATLAB 中创建的自定义信号。 2.被模拟的系统模块 系统模块作为仿真的中心模块，他是 Simulink 仿真建模所要解决的主要 问题。 3.输出显示模块 系统的输出由显示模块接收。 输出显示的形式包括图形显示、 示波器显示 和输出到文件或 MATLAB 工作空间中三种，输出模块主要在 Sinks 库中。构 成 Simulink 仿真模型的三种模块的关联图如图 5-12 所示。图 5-9Simulink 仿真模型的结构关联图Simulink 仿真模型的基本特点可归纳如下： Simulink 里提供了许多如 SCOPE(示波器)的接收模块， 这使得用 Simulink 进行仿真具有像做实验一般的图形化显示效果。 Simulink 的模型具有层次性，通过底层子系统可以构建上层母系统。 Simulink 提供了对子系统进行封装的功能， 用户可以自定义子系统的图标 和设置参数对话框。 根据以上特点，做出锅炉燃烧控制系统仿真框图如下图 5-13：31第 5 章 锅炉燃烧过程控制系统仿真图 5-10 燃烧控制系统仿真框图5.2.2 仿真特性分析搭建完整的系统 Simulink 仿真框图，在仿真框图中，仿真结果如图 5-14 所示：空气流量波形蒸汽压力设定值波 形 实际蒸汽变动波形 负压变化波形 负压设定值波形图 5-11 燃烧炉控制系统仿真结果根据以上的仿真结果可以看出， 在没有任何干扰的情况下， 系统能够迅速 响应并且稳定程度也很好。32吉林工程技术师范学院毕业论文第 6 章 锅炉燃烧系统鲁棒性和抗干扰性分析6.1 锅炉燃烧系统鲁棒性分析6.1.1 鲁棒性概述鲁棒性原是统计学中的一个专门术语， 世纪 70 年代初开始在控制理理 20 论的研究中流行起来， 用以表征控制系统对特性或参数摄动的不敏感性。 在实 际问题中， 系统特性或参数的摄动常常是不可避免的。 产生摄动的原因主要有 两个方面， 一个是由于量测的不精确使特性或参数的实际值会偏离它的设计值 （标称值） ，另一个是系统运行过程中受环境因素的影响而引起特性或参数的 缓慢漂移。因此，鲁棒性已成为控制理论中的一个重要的研究课题，也是一切 类型的控制系统的设计中所必须考虑的一个基本问题。 对鲁棒性的研究主要限 于线性定常控制系统，所涉及的领域包括稳定性、无静差性、适应控制等。鲁 棒性问题与控制系统的相对稳定性 （频率域内表征控制系统稳定性裕量的一种 性能指标） 和不变性原理 （自动控制理论中研究扼制和消除扰动对控制系统影 响的理论）有着密切的联系，内膜原理（把外部作用信号的动力学模型植入控 制器来构成高精度反馈控制系统的一种设计原理） 的建立则对鲁棒性问题的研 究起了重要的推动作用。 当系统中存在模型摄动或随机干扰等不确定性因素时 能保持其满意功能品质的控制理论和方法称为鲁棒控制。 早期的鲁棒控制主要 研究单劻路系统频率特性的某些特征， 或基于小摄动分析上的灵敏度问题。 现 代鲁棒控制则着重研究控制系统中非微有界摄动下的分析与设计的理论和方 法。 控制系统的一个鲁棒性是指控制系统在某种类型的扰动作用下， 包括自身 模型的扰动下，系统某个性能指标保持不变的能力。对于实际工程系统，人们 最关心的问题是一个控制系统当其模型参数发生大幅度变化或其结构发生变 化时能否仍保持渐近稳定， 这叫稳定鲁棒性。 进而还要求在模型扰动下系统的 品质指标仍然保持在某个许可范围内， 这称为品质鲁棒性。 鲁棒性理论目前正33第 6 章 锅炉燃烧系统鲁棒性和抗干扰性分析致力于研究多变量系统具有稳定鲁棒性和品质鲁棒性的各种条件。 它的进一步 发展和应用，将是控制系统最终能否成功应用于实践的关键。6.1.2 鲁棒性分析考虑到图 5-13 中燃料控制中延时常数变化?10%时系统的鲁棒性，其他参 数变化分析方法与此类似。 系统仿真框图及仿真结果如图所示。其中 6-1 位系统仿真框图，图 6-2 为 延时选择模块，图 6-3 为延时选择模块的展开图。改变图 6-1 中“Constant2”的 值（再次可选择 11 个值，对应 11 个不同延时常数）经运行后在工作空间绘图 即可得到如图 6-4 所示的仿真结果。图 6-1 仿真框图图 6-2 延时选择模块34吉林工程技术师范学院毕业论文图 6-3 延时模块展开空气流量波形实际蒸汽压力波 形负压波形图 6-4 仿真结果根据图 6-4 仿真结果，可见随着延时常数变化，系统输出没有明显变化， 没有改变系统的稳定性和精确性，说明系统在延时常数变化时仍能正常工作， 系统的鲁棒性较强。35第 6 章 锅炉燃烧系统鲁棒性和抗干扰性分析6.2 锅炉燃烧系统抗干扰性分析6.2.1 抗干扰性概述1.抗干扰的定义是：结合电路的特点使干扰减少到最小。2.所谓抗干扰： 是指设备能够防止经过天线输入端， 设备的外壳以及沿电源线作用于设备的电 磁干扰。 形成干扰的基本因素在电子系统设计中， 为了少走弯路和节省时间， 应充 分考虑并满足抗干扰性的要求，避免在设计完成后再去进行抗干扰的补救措 施。形成干扰的基本要素有三个： (1)干扰源。指产生干扰的元件、设备或信号。如：雷电、继电器、可控 硅、电子、高频时钟等可能成为干扰源。 (2) 传播途径。指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干 扰传播途径是通过导线的传导和空间的辐射。 (3) 敏感器件。指容易被干扰的对象。 抗干扰的方法一般分为以下三种： (1)硬件措施。效率高，但会增加系统的投资和设备的负担。 (2)软件措施。以软件的开销为代价，会影响到系统的工作效率和实时性。 (3)软硬结合。最佳方式。 随着发电厂等工业控制技术的不断发展， 控制系统的可靠性直接影响到发 电企业的安全生产和经济运行， 系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行 的关键。 自动化系统中所使用的各种类型控制设备， 有的是集中安装在控制室， 有的是安装在生产现场和各电机设备上， 它们大多处在强电电路和强电设备所 形成的恶劣电磁环境中。 要提高控制系统可靠性， 一方面要求生产厂家提高设 备的抗干扰能力；另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度 重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。6.2.2 抗干扰性分析在仿真框图中，为了模拟真正的工业控制环境，在特定的环节，我们添加 了幅值为-1 至 1 的噪声干扰信号，仿真框图如图 6-5 所示36吉林工程技术师范学院毕业论文图 6-5 干扰仿真框图引入干扰信号之后， 示波器的波形由上至下一依次为： 蒸汽压力设定值波 形、干扰波形、实际蒸汽变动波形、空气流量波形、负压变化波形和负压设定 值波形，如图 6-6 所示。37第 6 章 锅炉燃烧系统鲁棒性和抗干扰性分析图 6-6 干扰仿真结果根据以上加了干扰的仿真波形可以看出， 系统较好的抑制了干扰， 曲线响 应很快，并且很快的达到了稳定。说明系统的抗干扰性较强。38吉林工程技术师范学院毕业论文第7章 总 结论文从控制系统基础理论入手，简要的了解 MATLAB 在控制系统中应用 的基础后， 着重分析了锅炉燃烧过程控制系统各个环节， 其次对各个控制环节 建立数学模型，通过 MATLAB 软件对建立的数学模型进行化简，分析，得出 不同参数对系统稳定性和动态性能的影响，最终确定系统各个环节的最佳参 数，用于指导实际工作中参数的选择，得出仿真确有很大的实际意义。 通过整个论文的写作与学习，我认为 MATLAB 语言易学易懂，对使用者 不要求有高深的数学、 计算机语言知识以及对编程技巧的灵活运用， 其数值计 算功能强大，研究控制系统便利，图形界面丰富，十分适合用于控制系统的仿 真研究。在应用过程中，我对 MATLAB 的优越性深有体会，鉴于其开放、扩 充能力强，随着其版本的升级，它的功能将越来越强，应用将越来越广。 在仿真阶段，采用的控制方法是应用最广泛的 PID 控制，最终都使波形 达到了稳定状态。仿真中有扰动的情况进行，扰动为幅值± 的随机扰动，可 1 以看到在引入干扰信号之后，系统较好的抑制了干扰，曲线很漂亮的达到了 稳定。Tp,Ts 和超调量均无明显变化。系统最终符合要求。 以上说明，对于锅炉燃烧过程控制系统所进行的参数设置、整定是符合 系统稳定性要求的。39参考文献参考文献:[1] 邵裕森，戴先中 主编 过程控制工程及仪表 北京 机械工业出版社 2002.9 第二版 [2] 郭阳宽，王正林 编著. 过程控制工程及仿真——基于 MATLAB/Simulink 北京 电 子工业出版社 ] 金以慧 主编 过程控制 北京 清华大学出版社 1993 [4] 薛定宇 主编 反馈控制系统设计与分析——MATLAB 语言应用 北京 清华大学出版 社 2000.4 第一版 [5] 徐晰 李涛 主编 Matlab 工具箱应用指南——控制工程篇北京 电子工业出版社 [6] 潘永湘，杨延西 主编 过程控制与自动化仪表 北京 机械工业出版社 ] 俞金寿 顾幸生 主编 过程控制工程 北京 高等教育出版社 ] 王再英 刘淮霞 主编 过程控制系统与仪表 北京 机械工业出版社 ] 刘红军 韩璞 主编 锅炉汽包水位系统 DMC-PID 串级控制仿真研究 北京 系统 仿真学报 ] 李遵基. 主编 热工自动控制系统 北京 中国电力出版社 ]林永君 主编 带预补偿环节的 PID 控制器及其在过热汽温控制中的应用 河北电力 技术，1999.18 . [12]孙志英 佟振声 主编 模糊自调整 PID 过热气温控制系统 北京 华北电力大学学报， ]吕剑虹 陈来九 主编 模糊 PID 控制器及在汽温控制系统中的应用研究 北京 中国 电机工程学报，]、http://matlab.netsh.net ，中文网址：MATLAB 语言与应用。 [15]、/rings/matlab ，中文网址：仿真梦网40您那致谢致谢四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号， 而于我的人生却只是一个 逗号，我将面对又一次征程的开始。四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持 下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能 平静。 伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一 位平凡的人，我的导师。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。 您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛 围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受 了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文 题目的选定到论文写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,常常让 我有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。 感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永 远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开 始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的 帮助，在这里请接受我诚挚谢意！ 非常感谢雷霞老师给我设计上的指导， 我才能这么顺利的完成毕业毕业设 计。 同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。 最后再一次感谢所有 在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学， 以及在设计中被我引用或参考 的论著的作者。 ### 3013 年 6 月于长春41
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