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燃烧过程控制系统.doc

燃烧过程控制系统

天外飞先2011
2014-01-16 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《燃烧过程控制系统doc》,可适用于人文社科领域

燃烧过程控制系统东北大学研究生考试试卷考试科目:计算机控制理论与设计课程编号:阅卷人:关守平考试日期:姓名:薛胜先学号:注意事项.考前研究生将上述项目填写清楚.字迹要清楚保持卷面清洁.交卷时请将本试卷和题签一起上交东北大学研究生院燃烧过程控制系统摘要:本作业主要针对燃烧控制系统进行了仿真首先简要介绍了燃烧控制系统的工作原理然后对燃烧控制系统各个部分的PI调节器进行了参数整定并对负压控制系统前馈进行了补偿整定最后对燃烧控制系统进行了仿真其中包含了串级系统和前馈系统。关键词:燃烧控制系统仿真串级系统前馈系统引言在许多的工业生产过程中燃烧都是必要的一环如氧化铝生产过程中的燃烧问题、硫化床生产过程的燃烧问题等。从燃料角度来说燃烧过程有燃油、燃煤、燃气等区别。虽然燃烧应用场合和燃料各异但对燃烧过程的控制都不外是燃料控制、温度控制、燃烧程度控制、安全性控制、节能控制等。在此仅以燃油蒸汽锅炉为例说明燃烧系统中带有一定普遍性的控制问题。燃油锅炉的燃烧控制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。基本理论蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统图燃烧炉蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统的方案燃油蒸汽锅炉燃烧的目的是生产蒸汽供其他生产环节使用。一般生产过程中蒸汽的控制是通过压力实现的后续环节对蒸汽的生产用量不同反映在燃油蒸汽锅炉环节就是蒸汽压的波动。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烧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空气实现的。因此蒸汽压力是最终被控制量可以根据生成情况确定燃料量是根据蒸汽压力确定的空气供应量根据空气量与燃料量的合理比值确定。燃烧炉蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统的方案如图。炉膛负压控制系统锅炉炉膛负压力过小时炉膛内的热烟、热气会外溢造成热量损失、影响设各安全运行甚至会危及工作人员安全当炉膛负压太大时会使外部大量冷空气进入炉膛改变燃料和空气比值增加燃料损失、热量损失和降低热效率。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较大此时经常采用的控制方法如图所示。图炉膛负压控制系统框图由图可以看出该方案中以负压为控制目标用引风量构成控制闭环利用前馈控制消除送风量变动对负压的影响。仿真燃烧过程的仿真和其他仿真过程一样由系统辨识、稳定性分析、控制策略选择、参数整定和系统仿真等内容组成。某锅炉燃烧系统要求对系统进行蒸汽控制。采用燃烧炉蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统并辅以炉膛负压控制的方案控制系统简图如图所示。建立数学模型()建立燃料炉蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统数学模型燃料流量被控对象:燃料流量至蒸汽压力关系约为:蒸汽压力至燃料流量关系约为:蒸汽压力检测变换系统数学模型:燃料流量检测变换系统数学模型:燃料流量与控制流量比值:空气流量被控对象:()建立炉膛负压控制系统数学模型引风量与负压关系:送风量对负压的干扰:图控制系统框图控制系统的整定()燃料控制系统参数整定为使系统无静差燃料流量调节器采用PI形式。即:其中参数KP和KI采用稳定边界法整定。先让KI=调整KP使系统等幅震荡(系统被控对象在KP=附近时系统震荡)即系统处于临界稳定状态。系统临界震荡仿真框图及其震荡响应如图(a)和图(b)所示。(a)系统临界振荡仿真框图(b)系统临界振荡响应图系统临界振荡仿真框图及其振荡响应记录此时的振荡周期Tcr=s和比例系数Kcr=。则KP=Kcr=KI=KP(Tcr)=。在KP=KI=基础上对PI参数进一步整定后燃料流量闭环控制系统单位阶跃输入的仿真框图如图(a)所示。调节KP=KI=时系统响应如图(b)所示可见系统有大约的超调量。(a)燃料流量闭环控制系统单位阶跃输入的仿真框图(b)燃料流量闭环控制系统单位阶跃输入的仿真响应图燃料流量闭环控制系统参数整定()蒸汽压力控制系统参数整定蒸汽压力控制系统参数整定框图(b)蒸汽压力控制系统参数整定仿真结果图蒸汽压力控制系统参数整定仿真在燃料流量控制系统整定的基础上采用试误法整定蒸汽压力控制系统参数。系统整定仿真框图如图(a)所示。当KP=KI=时(此时相当于无调节器此时系统最简单)仿真结果如图(b)所示上图为系统阶跃响应下图为阶跃输入。由仿真结果图(b)可以看出系统响应超调量大约。此时系统调节器最简单工程上系统响应速度和稳定性都较好。空气流量控制系统参数整定空气流量控制参数整定方法和燃料流量控制参数整定方法类似此处不详细说明。当KP=KI=时系统阶跃响应如图所示可见系统响应超调量大约。图整定后空气流量控制系统阶跃响应()负压控制系统参数整定图整定后负压控制系统阶跃响应(a)燃烧炉控制系统仿真框图燃烧炉控制系统仿真结果图燃烧炉控制系统仿真负压控制系统参数的整定方法和燃料流量控制参数整定方法类似此处不详细说明。当KP=KI=时系统阶跃响应如图所示可见系统响应超调量大约。()负压控制系统前馈补偿整定采用动态前馈整定其前馈补偿函数为:控制系统Simulink仿真利用各整定参数对控制系统仿真其框图如图(a)所示。假定蒸汽压力设定值为炉膛负压设定值为。仿真结果如图(b)所示。由仿真图可以看出空气流量波形大约有的超调量但之后趋于稳定稳定在。实际蒸汽变动波形大约有的超调量但之后趋于稳定稳定在给定量。负压变化波形实际蒸汽变动波形大约有的超调量但之后趋于稳定稳定在给定量。总体来说虽然系统的超调量比较大但由于系统负反馈闭环和前馈补偿的作用系统可以稳定工作。图为燃烧炉控制系统加干扰的仿真框图与仿真结果。燃烧炉控制系统仿真框图燃烧炉控制系统仿真结果图燃烧炉控制系统仿真由图可以看出系统受到干扰后空气流量波形、实际蒸汽变动波形和负压变化波形也能在一定时间后趋于稳定可见由于系统负反馈闭环和前馈补偿的作用系统还有一定的抗干扰能力。总结此次作业我首先简要介绍了燃烧控制系统的工作原理然后对燃烧控制系统各个部分的PI调节器进行了参数整定并对负压控制系统前馈进行了补偿整定最后对燃烧控制系统进行了仿真其中包含了串级系统和前馈系统。通过此次作业我加深了对串级系统和前馈系统的了解学习到了新知识受益匪浅。

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