熱工控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)模板

1、熱工控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)氣溫控制系 別動(dòng)力工程系專業(yè)班級熱能13K4學(xué)生姓名王巧珍指導(dǎo)教師孫群麗二一六年十二月華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)目 錄1前言12 多容對象動(dòng)態(tài)特性的求取22.1導(dǎo)前區(qū)22.2惰性區(qū)43單回路系統(tǒng)參數(shù)整定53.1廣域頻率法確定調(diào)節(jié)數(shù). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.2臨界比例帶法確定調(diào)節(jié)器參數(shù). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63.3比例、積分、微分調(diào)節(jié)器的作用. 84 串級回路系統(tǒng)參數(shù)整定124.1主蒸汽溫度串級控制系統(tǒng)參數(shù)整定. 125 北京國電智深氣溫控制系統(tǒng)SAMA圖分析165.1過熱器一級減溫系統(tǒng) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165.2過熱器二級減溫系統(tǒng). . . . . . . . . . . . . . .

3、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17總結(jié)18參考文獻(xiàn)191前言汽溫控制系統(tǒng)作為電廠三大控制系統(tǒng)之一，蒸汽溫度的穩(wěn)定對于電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行非常重要。汽溫過高，會(huì)引起鍋爐受熱面及管道金屬材料的蠕變速度加快，部件機(jī)械強(qiáng)度降低，導(dǎo)致受熱面超溫爆管，設(shè)備壽命縮短甚至損壞；汽溫過低，會(huì)降低機(jī)組循環(huán)熱效率，煤耗增大；汽溫變化過大，會(huì)使管材及有關(guān)部件產(chǎn)生疲勞，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和汽缸的脹差變化，導(dǎo)致汽輪機(jī)劇烈振動(dòng)，危及機(jī)組安全。汽溫控制的任務(wù)是維持主、再熱汽溫在規(guī)定值或允許的范圍內(nèi)（5），

4、 而影響汽溫變化的因素很多,主要有鍋爐負(fù)荷、爐膛過量空氣系數(shù)、給水溫度、燃料性質(zhì)、受熱面污染情況和燃燒器的運(yùn)行方式等；且主汽溫被控對象本身具有大遲延、大慣性和時(shí)變特性。因此這些因素使得常規(guī)控制方法的控制性能指標(biāo)不夠理想。為此人們一直試圖利用改變一些對生產(chǎn)過程影響的種種擾動(dòng)，以控制目標(biāo)值的恒定，PID控制理論從此應(yīng)運(yùn)而生。以前鍋爐系統(tǒng)比較簡單，單回路的控制系統(tǒng)基本上可以滿足控制要求。但是隨著科技的發(fā)展，單回路控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足控制系統(tǒng)的性能要求，需要采用功能更完善的多回路控制系統(tǒng)或其他復(fù)雜的控制系統(tǒng)來完成。因此過熱蒸汽的汽溫控制是十分重要的。2 多容對象動(dòng)態(tài)特性的求取主汽溫被控對象本身具有大遲

5、延、大慣性和時(shí)變特性，有自平衡能力的高階對象的階躍響應(yīng)可用遲延環(huán)節(jié)和一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)來等效階躍響應(yīng)曲線如圖傳遞函數(shù)的形式為 在階躍響應(yīng)曲線上，求得y(t1)0.4y()及y(t2)0.8y()時(shí)對應(yīng)的時(shí)間t1、t2后，利用下式求階數(shù)n：利用兩點(diǎn)法公式可知：由曲線可知放大系數(shù)K,利用兩點(diǎn)法可確定t1，t2，利用如下公式計(jì)算對象階次和慣性時(shí)間。 上式求得的n值不是整數(shù)時(shí)，應(yīng)選用與其最接近的整數(shù)。某主氣溫對象在100%的負(fù)荷下導(dǎo)前區(qū)和惰性區(qū)對象傳遞函數(shù)，可以用兩點(diǎn)法求上述主汽溫對象的傳遞函數(shù)，傳遞函數(shù)形式為 W(s)=Error! No bookmark name given., 利用Matlab

6、求取階躍響應(yīng)曲線，然后利用兩點(diǎn)法確定對象傳遞函數(shù)。2.1 導(dǎo)前區(qū)100%負(fù)荷下導(dǎo)前區(qū)動(dòng)態(tài)特性為：，運(yùn)行Matlab,建立仿真組態(tài)圖如下圖，修改仿真時(shí)間為400秒。點(diǎn)擊運(yùn)行，通過雙擊Scope可以查看仿真結(jié)果。在matlab命令窗口輸入：num=0.815;den=324 36 1;step=num den;回車后可得到對象的階躍響應(yīng)曲線如下圖所示:在圖上取兩點(diǎn)后為：利用兩點(diǎn)法公式可知：有曲線可知放大系數(shù)K=0.815 t1=24.8 t2=53.4 t1/t2=0.464=2 18.102即可根據(jù)階躍響應(yīng)曲線利用兩點(diǎn)法確定其傳遞函數(shù)：W（s）=2.2 惰性區(qū)100%負(fù)荷下惰性區(qū)動(dòng)態(tài)特性為：在m

7、atlab命令窗口輸入：num=1.276;den=38806720 12654365 1719343 124590 5078 110 1;step(num,den);回車后可得到對象的階躍響應(yīng)曲線如下圖所示：在圖中取兩點(diǎn)后為:利用兩點(diǎn)法公式可知：將曲線放大可知放大系數(shù)K=1.276利用兩點(diǎn)法可確定t1=93.5 , t2=145， t1/t2=93.5/145=0.645所以n=6 T=18.403即階躍響應(yīng)曲線利用兩點(diǎn)法確定其傳遞函數(shù)為：3 單回路系統(tǒng)參數(shù)整定利用第一部分建立的對象傳遞函數(shù)，就行參數(shù)整定。為便于分析，可以采用第一部分建立的主汽溫對象的惰性區(qū)對象（為一多容慣性環(huán)節(jié)）進(jìn)行參數(shù)整

8、定。對于對象，計(jì)算確定:1.8563.1廣域頻率法確定調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器采用比例調(diào)節(jié)器，,以衰減率為整定指標(biāo)： 0.221 為閉環(huán)特征方程的根，由得： 求得, 3.2臨界比例帶法確定調(diào)節(jié)器參數(shù) 由等幅振蕩法確定調(diào)節(jié)器參數(shù)。對于上述n 階慣性環(huán)節(jié)，可以通過計(jì)算確定系統(tǒng)等幅震蕩的周期和出現(xiàn)等幅振蕩時(shí)的比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp。注意采用等幅振蕩法確定調(diào)節(jié)器參數(shù)時(shí)相當(dāng)于系統(tǒng)衰減率=0，系統(tǒng)振蕩周期為：T=2/。通過計(jì)算確定調(diào)節(jié)器參數(shù)后，在matlab 中進(jìn)行仿真分析，觀看實(shí)際系統(tǒng)效果是不是正確。對于對象，計(jì)算確定: 1.856運(yùn)行Matlab,建立仿真組態(tài)圖如下圖：采用等幅振蕩法通過試湊法逐步確定等幅振蕩時(shí)比

9、例調(diào)節(jié)器的比例增益，和計(jì)算確定的調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行比較。將計(jì)算確定的參數(shù)Kp=1.8527 。投入系統(tǒng)運(yùn)行,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：根據(jù)等幅振蕩是比例增益和系統(tǒng)輸出曲線確定的等幅振蕩周期，可以查臨界比例帶參數(shù)表確定當(dāng)系統(tǒng)衰減率時(shí)： 1）P調(diào)節(jié)器 與廣義頻率特性法計(jì)算所得值相近2）PI調(diào)節(jié)器在matlab 中進(jìn)行仿真分析，實(shí)際系統(tǒng)效果圖形為：3) PID調(diào)節(jié)器將計(jì)算確定的參數(shù), , 。投入閉環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行，觀察運(yùn)行效果3.3比例、積分、微分調(diào)節(jié)器的作用1）增大和減小對調(diào)節(jié)過程的影響，系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的輸出如下：增大時(shí)，當(dāng)時(shí)減小時(shí)，當(dāng)時(shí)：2）增大和減小對調(diào)節(jié)過程的影響，系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的輸出如下：增大時(shí)，當(dāng)時(shí)

10、：減小時(shí)，當(dāng)時(shí)3）增大和減小對調(diào)節(jié)過程的影響，系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的輸出如下增大時(shí)，當(dāng)時(shí)：增大時(shí)，當(dāng)時(shí)：4）同時(shí)改變 對調(diào)節(jié)過程的影響，系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的輸出如下：如=1.20 =0.02 =35.00 時(shí)：通過改變,的大小，觀察階躍響應(yīng)曲線，可知比例作用可使調(diào)節(jié)過程趨于穩(wěn)定，但在單獨(dú)使用時(shí)，使被調(diào)量產(chǎn)生靜態(tài)偏差；積分作用能使被調(diào)量無靜態(tài)偏差，但單獨(dú)使用時(shí)，會(huì)使調(diào)節(jié)過程變成振蕩甚至不穩(wěn)定；微分作用能有效地減少動(dòng)態(tài)偏差，但不能單獨(dú)使用。4 串級回路系統(tǒng)參數(shù)整定4.1主蒸汽溫度串級控制系統(tǒng)參數(shù)整定本實(shí)驗(yàn)以某300MW機(jī)組配套鍋爐的過熱汽溫串級控制系統(tǒng)為例，其原理結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：圖4-1 過熱汽溫串級

11、控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖由上圖，可得過熱汽溫串級控制系統(tǒng)的方框圖如下：過熱汽溫串級控制系統(tǒng)中主調(diào)節(jié)器采用比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：過熱汽溫串級控制系統(tǒng)中副調(diào)節(jié)器采用比例（P）調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：打開一個(gè)Simulink 控制系統(tǒng)仿真界面，根據(jù)過熱汽溫串級控制系統(tǒng)方框圖建立仿真組態(tài)圖如下：串級控制系統(tǒng)參數(shù)整定步驟如下：1、首先整定內(nèi)回路，即副調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定將過熱汽溫串級控制系統(tǒng)仿真組態(tài)圖中主回路反饋系數(shù)r1設(shè)為0（即斷開主回路的反饋），同時(shí)令主調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，積分系數(shù)，微分系數(shù)。將階躍信號輸出模塊（Step）的終值（Final value）設(shè)為過熱蒸汽溫度的穩(wěn)態(tài)值535，仿真時(shí)

12、間設(shè)為1000s，逐漸增加副調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) ，在響應(yīng)曲線顯示器Scope1 中觀察溫度的變化，使溫度盡快達(dá)到穩(wěn)定，并盡量接近穩(wěn)態(tài)值，此時(shí)的比例系數(shù)即為副調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)。調(diào)節(jié)完成后得：, 仿真運(yùn)行效果如下圖：2、整定外回路，即主調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定圖中主回路反饋系數(shù) 改為1，副調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)保持上一步的整定參數(shù)不變，仿真時(shí)間設(shè)1000s，逐漸增加主調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) ，在響應(yīng)曲線顯示器Scope 中觀察溫度 的變化，直至響應(yīng)曲線出現(xiàn)等幅振蕩，記下此時(shí)的比例系數(shù)同時(shí)通過響應(yīng)曲線可以確定振蕩周期，查表即可確定調(diào)節(jié)器參數(shù)值調(diào)節(jié)完成后由圖得： 其仿真運(yùn)行圖如下：計(jì)算主調(diào)節(jié)器的各參數(shù)： 查表確定參數(shù)為：

13、整定結(jié)果的變化如圖所示：3、在500s時(shí)加入減溫水?dāng)_動(dòng)后的的變化如圖所示:4、當(dāng)負(fù)荷變成75%后并且主副調(diào)節(jié)器參數(shù)不變時(shí)，的變化曲線如圖所示：負(fù)荷升高以后，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差變小，達(dá)到平衡的時(shí)間變短了。5 北京國電智深氣溫控制系統(tǒng)SAMA圖分析5.1過熱器一級減溫系統(tǒng)1、SAMA圖：2、工作原理：一級減溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括一個(gè)噴水調(diào)節(jié)閥，兩個(gè)過熱器入口蒸汽溫度，A、B 側(cè)過熱器出口蒸汽溫度（各一個(gè)）。調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用串級控制，為提高負(fù)荷響應(yīng)特性，副調(diào)節(jié)器引入總風(fēng)量作為前饋信號。主、副調(diào)節(jié)器都采用ADAPT 參數(shù)調(diào)整方式，便于變參數(shù)調(diào)節(jié)。另外，主調(diào)節(jié)器還增加了SMITH 預(yù)估控制器。一級減溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度定值是

14、負(fù)荷（主蒸汽流量）的函數(shù)，運(yùn)行人員在 M/A 站上可以對溫度定值進(jìn)行偏置。調(diào)節(jié)系統(tǒng)手動(dòng)時(shí)，副調(diào)節(jié)器輸出自動(dòng)跟蹤M/A 站手動(dòng)輸出，主調(diào)節(jié)器輸出自動(dòng)跟蹤入口溫度信號，故調(diào)節(jié)系統(tǒng)手、自動(dòng)無擾切換。另外，調(diào)節(jié)系統(tǒng)手動(dòng)時(shí)，M/A 站出口汽溫定值偏置自動(dòng)跟蹤反向計(jì)算的定值偏差信號，即實(shí)現(xiàn)定值自動(dòng)跟蹤測量值，故手、自動(dòng)切換，定值無擾。5.2過熱器二級減溫系統(tǒng)1、SAMA圖：2、工作原理：A、B 側(cè)二級減溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)是分別獨(dú)立的串級控制系統(tǒng)，各包括一個(gè)噴水調(diào)節(jié)閥，兩個(gè)過熱器入口蒸汽溫度，1 個(gè)過熱器出口蒸汽溫度。調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用串級控制，為提高負(fù)荷響應(yīng)特性，副調(diào)節(jié)器引入總風(fēng)量作為前饋信號。主、副調(diào)節(jié)器都采用ADA

15、PT 參數(shù)調(diào)整方式，便于變參數(shù)調(diào)節(jié)。另外，主調(diào)節(jié)器還增加了SMITH 預(yù)估控制器。二級減溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度定值是負(fù)荷（主蒸汽流量）的函數(shù)，運(yùn)行人員在 M/A 站上可以對溫度定值進(jìn)行偏置。調(diào)節(jié)系統(tǒng)手動(dòng)時(shí)，副調(diào)節(jié)器輸出自動(dòng)跟蹤M/A 站手動(dòng)輸出，主調(diào)節(jié)器輸出自動(dòng)跟蹤入口蒸汽溫度信號，故調(diào)節(jié)系統(tǒng)手 、自動(dòng)無擾切換。另外，調(diào)節(jié)系統(tǒng)手動(dòng)時(shí)，M/A站出口汽溫定值偏置自動(dòng)跟蹤反向計(jì)算的定值偏差信號，即實(shí)現(xiàn)定值自動(dòng)跟蹤測量值，故手、自動(dòng)切換，定值無擾?？偨Y(jié)汽溫控制的質(zhì)量直接影響到機(jī)組的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。影響主汽溫變化的因素很多，主要有鍋爐負(fù)荷、爐膛過量空氣系數(shù)、給水溫度、燃料性質(zhì)、受熱面污染情況和燃燒器的運(yùn)行方式等。 影響過熱器出口蒸汽溫度變化的原因很多，如蒸汽流量變化、燃燒工況變化、鍋爐給水溫度變化、進(jìn)入過熱器的蒸汽溫度變化、流經(jīng)過熱器的煙氣溫度和流速變化、鍋爐受熱面結(jié)垢等