1、半比老*子科技學院熱工控制系統課程設計氣溫控制系 別動力工程系專業班級熱能13K4學生姓名王巧珍指導教師孫群麗二O六年十二月目 錄1前言 12多容對象動態特性的求取 22.1導前區 錯誤！未定義書簽。2.2惰性區 43單回路系統參數整定 53.1 廣 域 頻 率 法 確 定 調 節數53.2 臨 界 比 例 帶 法 確 定 調 節 器 參數63.3比例、積分、微分調節器的作用 84串級回路系統參數整定 124.1主蒸汽溫度串級控制系統參數整定 125北京國電智深氣溫控制系統SAM/圖分析 165.1 過熱器一級減溫系統165.2 過熱器二級減溫系統17總結 18參考文獻 191刖言汽溫控制系統

2、作為電廠三大控制系統之一，蒸汽溫度的穩定對于電廠的安全經濟運行 非常重要。汽溫過高，會引起鍋爐受熱面及管道金屬材料的蠕變速度加快，部件機械強度 降低，導致受熱面超溫爆管，設備壽命縮短甚至損壞；汽溫過低，會降低機組循環熱效率， 煤耗增大；汽溫變化過大，會使管材及有關部件產生疲勞，汽輪機轉子和汽缸的脹差變化， 導致汽輪機劇烈振動，危及機組安全。汽溫控制的任務是維持主、再熱汽溫在規定值或允許的范圍內（土 5C）,而影響汽 溫變化的因素很多，主要有鍋爐負荷、爐膛過量空氣系數、給水溫度、燃料性質、受熱面 污染情況和燃燒器的運行方式等；且主汽溫被控對象本身具有大遲延、大慣性和時變特性。 因此這些因素使得常

3、規控制方法的控制性能指標不夠理想。為此人們一直試圖利用改變一 些對生產過程影響的種種擾動，以控制目標值的恒定，PID控制理論從此應運而生。以前鍋爐系統比較簡單，單回路的控制系統基本上可以滿足控制要求。但是隨著科技的發展， 單回路控制系統已經不能滿足控制系統的性能要求，需要采用功能更完善的多回路控制系 統或其他復雜的控制系統來完成。因此過熱蒸汽的汽溫控制是十分重要的。2多容對象動態特性的求取主汽溫被控對象本身具有大遲延、大慣性和時變特性，有自平衡能力的高階對象的階 躍響應可用遲延環節和一階慣性環節串聯來等效階躍響應曲線如圖傳遞函數的形式為K(Ts 1)nW(s)二在階躍響應曲線上，求得y(t1)

4、 = 0.4y( g)及y(t2) = 0.8y()時對應的時間t1、t2 后,利用下式求階數n：利用兩點法公式可知：由曲線可知放大系數K,利用兩點法可確定t1 , t2，利用如下公式計算對象階次和慣性時間。lt211、2十0.5 t1 t2T2.16 n上式求得的n值不是整數時，應選用與其最接近的整數某主氣溫對象在100%勺負荷下導前區和惰性區對象傳遞函數，可以用兩點法求上述主K汽溫對象的傳遞函數，傳遞函數形式為 W(s)=錯誤！未指定書簽。(Ts+1) n ,利用Matlab 求取階躍響應曲線，然后利用兩點法確定對象傳遞函數。2.1導前區100%荷下導前區動態特性為：,815，運行Matl

5、ab,建立仿真組態圖如下圖,324s2 36s 1修改仿真時間為400秒。點擊運行，通過雙擊Scope可以查看仿真結果在matlab命令窗口輸入：nu m=0.815; den=324 36 1; step=num den;回車后可得到對象的階躍響應曲線如下圖所示：在圖上取兩點后為:利用兩點法公式可知：有曲線可知放大系數K=0.815 t1=24.8 t2=53.4 t1/t2=0.4642lt211+ 0.5=2T 昱18.1022.16 n即可根據階躍響應曲線利用兩點法確定其傳遞函數:W( s)0.8152(18.102s 1)2.2惰性區100獗荷下惰性區動態特性為:1.27638806

6、720+ 12654365+1719343SH24590S+5078S+ 110s+ 1在matlab命令窗口輸入：num=1.276;den=38806720 12654365 1719343 124590 5078 110 1; step( nu m,de n);回車后可得到對象的階躍響應曲線如下圖所示：在圖中取兩點后為利用兩點法公式可知：將曲線放大可知放大系數K=1.276利用兩點法可確定 t仁93.5 , t2=145，t1/t2=93.5/145=0.64593.5 1452.16*6對于對象Ws二1.27618.403S 1 6計算確定：Kp =161.276（cos 二 /6）=

7、1.856即階躍響應曲線利用兩點法確定其傳遞函數為：1276618.403S 1所以n=6 T=t1+t2 =2.16n =18.4033單回路系統參數整定利用第一部分建立的對象傳遞函數，就行參數整定。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對象(為一多容慣性環節)進行參數整定3.1廣域頻率法確定調節器參數調節器采用比例調節器，WT(S)二Kp,以衰減率.=0.75為整定指標:1 Kp1 .276618 .403 S 1= 0.75= m =0.221S = -mw wj為閉環特征方程的根，由1 Kp1 .276618 .403 S 10 得:2-1.276 Kp = (1 -

8、mwT jwT )6 = (1 - mwT )6(wT )j6tg 丄wT1 _mwT6 2 2二 Kp 二(1-mwT) (wT ) 2-、1.276= 6tg1 wT1 - mwTwT1 - mwTji七廠05774二 wT 二 0.512求得 Kp 二 0.910,3.2臨界比例帶法確定調節器參數由等幅振蕩法確定調節器參數。對于上述 n階慣性環節，可以通過計算確定系統 等幅震蕩的周期和出現等幅振蕩時的比例調節器參數 Kpo注意采用等幅振蕩法確定調節器 參數時相當于系統衰減率 m)=0,系統振蕩周期為：T=2n / 3。通過計算確定調節器參數后,在matlab中進行仿真分析，觀看實際系統效

9、果是不是正確對于對象Ws =1.276(18.403S +1 6計算確定:Kp11.276(cos 二 /6)6=1.856運行Matlab,建立仿真組態圖如下圖:采用等幅振蕩法通過試湊法逐步確定等幅振蕩時比例調節器的比例增益，和計算確定 的調節器參數進行比較。將計算確定的參數Kp=1.8527。投入系統運行,系統結構如下圖所示：根據等幅振蕩是比例增益和系統輸出曲線確定的等幅振蕩周期，可以查臨界比例帶參數表確定當系統衰減率' =0.75時:、k -0.536Tk =200Kp 1.8661)P調節器Kp2、10.9332 0.536與廣義頻率特性法計算所得值相近2)PI調節器Kp12Z

10、k0.8482.2 0.536Ki12.2'k 0.85Tk0.0052.2 0.536 0.85 200在matlab中進行仿真分析，實際系統效果圖形為:3) PID調節器Kp11.67、k1.1171.67 0.536Ki11.67 K 0.5Tk11.67 0.536 0.5 200= 0.0112Td0.25Ti0.25 漢 0.5Tk 0.25 7.5 漢 200 “ “K d27.935 d1.67§k將計算確定的參數心".117, K| =0.0112, Kd= 27.93。投入閉環系統運行，觀察運行效果3.3比例、積分、微分調節器的作用1)增大和減小

11、 心對調節過程的影響，系統階躍響應曲線的輸出如下：Kp增大時，當Kp =1.5時Kp減小時，當Kp =0.9時:2）增大和減小Ki對調節過程的影響，系統階躍響應曲線的輸出如下:0增大時，當心=0.015時：Ki減小時，當心=0.009時3）增大和減小Kd對調節過程的影響，系統階躍響應曲線的輸出如下心增大時，當Kd -35.00時：心增大時，當Kd -24.00時:4）同時改變Kp Ki Kd對調節過程的影響，系統階躍響應曲線的輸出如下:如 Kp=1.20 Ki =0.02 Kd =35.00 時:通過改變Kp, Ki , Kd的大小，觀察階躍響應曲線，可知比例作用可使調節過程趨于 穩定，但在單

12、獨使用時，使被調量產生靜態偏差；積分作用能使被調量無靜態偏差，但單 獨使用時，會使調節過程變成振蕩甚至不穩定；微分作用能有效地減少動態偏差，但不能 單獨使用。4串級回路系統參數整定4.1主蒸汽溫度串級控制系統參數整定本實驗以某300MW機組配套鍋爐的過熱汽溫串級控制系統為例，其原理結構圖如下圖 所示：|貞水過熱器 減淑器過熱番圖4-1過熱汽溫串級控制系統原理結構圖由上圖，可得過熱汽溫串級控制系統的方框圖如下：PID）調節器，其傳遞過熱汽溫串級控制系統中主調節器 Wt1 S采用比例積分微分 函數為：串級控制系統參數整定步驟如下：1首先整定內回路，即副調節器參數的整定將過熱汽溫串級控制系統仿真組態

13、圖中主回路反饋系數 r1設為0（即斷開主回路的反 饋），同時令主調節器的比例系數 Kpi =1，積分系數© = 0 ,微分系數心=0。將階躍信 號輸出模塊（Step）的終值（Final value ）設為過熱蒸汽溫度的穩態值 535C，仿真時間 設為1000s，逐漸增加副調節器的比例系數 Kp2，在響應曲線顯示器Scopel中觀察溫度心 的變化，使溫度t2盡快達到穩定，并盡量接近穩態值 419.28°C，此時的比例系數Kp2即為 副調節器的比例系數。調節完成后得：Kp2 =4.5,仿真運行效果如下圖：2、整定外回路，即主調節器參數的整定圖中主回路反饋系數ri改為1,副調節器

14、的比例系數Kp2保持上一步的整定參數不變，仿真時間設1000s，逐漸增加主調節器的比例系數 Kp1，在響應曲線顯示器Scope中觀察 ( 1 溫度ti的變化，直至響應曲線出現等幅振蕩，記下此時的比例系數Kp1瓦=丄 同時通< 心1丿過響應曲線可以確定振蕩周期Tk，查表即可確定調節器參數值調節完成后由圖得：Kp1 =2.02Tk =220其仿真運行圖如下：計算主調節器的各參數:J1Kp1 一 2.02= 0.495查表確定參數為:Kp111.6711.67 0.495= 1.209711.67、 k 0.5Tk10.01101.67 0.495 0.5 220Kd10.25 0.5Tk1.

15、67 k0.25 0.5 2201.67 0.495二 33.267整定結果t1的變化如圖所示:3、在500s時加入減溫水擾動后的ti的變化如圖所示4、當負荷變成75%t并且主副調節器參數不變時，ti的變化曲線如圖所示:負荷升高以后，系統的動態偏差變小，達到平衡的時間變短了5北京國電智深氣溫控制系統 SAM/圖分析5.1過熱器一級減溫系統1、SAM/圖：也L49;TF"ZHD:«辭am諜量y .-i >-7J' = : T v.''- hSa卜 1-宗嘴：凰糜-f;一氐沁叫 CftiFCvm2、工作原理：一級減溫調節系統包括一個噴水調節閥，兩個

16、過熱器入口蒸汽溫度，A、B側過熱器出口蒸汽溫度（各一個）。調節系統采用串級控制，為提高負荷響應特性，副調節器引入 總風量作為前饋信號。主、副調節器都采用ADAPT參數調整方式，便于變參數調節。另外, 主調節器還增加了 SMITH預估控制器。一級減溫調節系統溫度定值是負荷（主蒸汽流量）的函數，運行人員在M/A站上可以對溫度定值進行偏置。調節系統手動時，副調節器輸出自動跟蹤M/A站手動輸出，主調節器輸出自動跟蹤入口溫度信號， 故調節系統手、自動無擾切換。另外，調節系統手動時， M/A站出口汽溫定值偏置自動跟蹤反向計算的定值偏差信號，即實現定值自動跟蹤測量 值，故手、自動切換，定值無擾。5.2過熱器

17、級減溫系統1、SAMAS:FHo喘畤f i.工Hfi)*岳書導£：j"型口JL 一f Xk；咒也心屋a£ 二 >亠SBF4 亠, 召餐空寧用L , 匸泌央熬 3ID款O帛斗術,nS- * 9 * T氓巳豆弓左二mirrv 車 roW |_ j.0§©©Q0©<ba. t< 手克I 彳心!1-tiitiM g 換 ft右二A確過溥<oifcvi.j)2、工作原理：A、B側二級減溫調節系統是分別獨立的串級控制系統，各包括一個噴水調節閥，兩 個過熱器入口蒸汽溫度，1個過熱器出口蒸汽溫度。調節系統采用串級控制

18、，為提高負荷 響應特性，副調節器引入總風量作為前饋信號。 主、副調節器都采用ADAPT參數調整方式, 便于變參數調節。另外，主調節器還增加了 SMITH預估控制器。二級減溫調節系統溫度定值是負荷（主蒸汽流量）的函數，運行人員在M/A站上可以對溫度定值進行偏置。調節系統手動時，副調節器輸出自動跟蹤M/A站手動輸出，主調節器輸出自動跟蹤入口蒸汽溫度信號，故調節系統手、自動無擾切換。另外，調節系統手動時，M/A站出口汽溫定值偏置自動跟蹤反向計算的定值偏差信號，即實現定值自動跟 蹤測量值，故手、自動切換，定值無擾。總結汽溫控制的質量直接影響到機組的安全與經濟運行。影響主汽溫變化的因素很多，主 要有鍋爐負荷、爐膛過量空氣系數、給水溫度、燃料性質、受熱面污染情況和燃燒器的運 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、進入過熱器的蒸汽溫度變化、流經過熱器的煙氣溫度和流速變化、鍋爐 受熱面結垢等，但歸納起來，主要有減溫水流量擾動下汽溫的動態特性，蒸汽負荷擾動下 汽溫的動態特性，煙氣側擾動時的汽溫動態特性等三方面。了解到蒸汽溫度控制的任務和控制