锅炉燃烧过程控制系统的Simulink仿真Word格式文档下载.doc
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锅炉燃烧过程控制系统的Simulink仿真
摘要：
过程控制作为自动化的重要方向和组成部分，已广泛应用于石油、化工、电力、冶金、机械、轻工等许多国民经济的重要领域。
根据实际应用领域和工艺过程的不同，所采用的控制方式及其侧重点也不相同。
在大量的工业生产中,锅炉是重要的动力设备，燃烧是必要的一环，从燃烧角度来说，有燃油、燃煤、燃气的区别。
燃烧过程的控制包括压力控制、温度控制、燃烧程度控制、安全性控制、节能控制等。
本文根据火电厂锅炉燃烧过程的生产工艺和流程，利用单回路、串级、比值等控制系统的特点，分别设计锅炉燃烧过程控制系统的三个子系统：
蒸汽压力控制系统，燃料与空气的比值控制，炉膛负压控制系统。
在仿真软件MATLAB/Simulink中，根据控制系统原理方框图，作出仿真模型图，分别进行相应的仿真。
经PID参数整定后，得出仿真结果，并进行分析总结。
关键词：
燃烧过程控制；
MATLAB仿真；
SIMULINK
Simulinksimulationoftheboilercombustionprocesscontrolsystem
Abstract：
Processcontrolasanimportantdirectionofautomationtechnologyandcomponents,hasbeenwidelyusedinpetroleum,chemical,electricpower,metallurgy,machinery,lightindustry,andmanyotherimportantareasofthenationaleconomy.Dependingonthefieldofpracticalapplicationandprocess,usingthecontrolanditsfocusisnotthesame.Burningareanessentialpartinalargenumberofindustrialproductionfromthecombustionpointofview,thedifferencebetweenfueloil,coalandgas.Althoughtheapplicationsandfuelburningmaybedifferent,butthecontrolofthecombustionprocessisnotoutsidethecombustioncontrol,temperaturecontrol,combustiondegreeofcontrol,safetycontrol,energy-savingcontrol.Basedonthethermalpowerplantboilercombustionprocessproductiontechnologyandprocesses,theuseofsingle-loop,thecharacteristicsofthecascade,ratiocontrolsystemweredesignedboilercombustioncontrolsystemconsistsofthreesubsystems:
thesteampressurecontrolsystem,fuelandairratiocontrol,thenegativepressureinfurnacecontrolsystem.InthesimulationsoftwareMATLAB/Simulinkblockdiagramofcontrolsystemtheorytomakethesimulationmodeldiagram,simulation,respectively.AfterPIDcontrollerparametersobtainedsimulationresultsandanalysis.
Keywords:
Combustionprocesscontrol;
MATLABsimulation;
SIMULINK
目录
引言 1
1控制系统及MATLAB语言的应用基础 3
1.1控制系统性能要求 3
1.2控制系统的时域分析 3
1.3控制系统的频域分析 4
1.3.1频域性能指标：
4
1.3.2频域分析的三种分析方法 4
1.4控制系统的根轨迹分析 5
1.5MATLAB软件认识 5
1.5.1MATLAB的特点 5
1.5.2MATLAB在控制系统分析中的应用 6
1.5.3根轨迹绘制 6
1.5.4控制系统的频域分析 7
1.6MATLAB环境下的Simulink简介 9
2燃烧过程控制系统概述 11
2.1蒸汽压力控制系统和燃料空气比值系统 12
2.2炉膛负压控制系统 14
3锅炉燃烧控制系统辨识 17
3.1燃烧炉蒸汽压力控制和燃料空气比值控制 17
3.2炉膛负压控制 17
4系统稳定性分析 18
4.1燃料控制系统 18
4.2空气流量控制系统 19
4.3负压控制系统 19
5锅炉燃烧控制各子系统仿真 21
5.1燃料控制系统 21
5.2蒸汽压力控制系统 24
5.3空气流量控制系统 26
5.4负压控制系统前馈补偿整定 27
6锅炉燃烧控制系统SIMULINK仿真 30
7总结 32
[参考文献] 33
附录 34
致谢 37
引言
过程控制系统是工业中控制系统的主要表现形式，一般指工业生产过程中自动控制系统的被控变量为温度、压力、流量、液位、成分等变量的系统。
由于被控过程的多样性，因此过程控制系统的形式也多样，相应的控制方案也丰富多彩。
在实际工程中，控制系统的结构往往很复杂，如果不借助专用的系统建模软件，很难准确地把一个控制系统的复杂模型输入计算机，对其进行进一步的分析与仿真，Simulink的出现给控制系统分析与设计带来了福音。
它有两个主要功能：
Simu（仿真）和Link（连接），即该软件可以利用鼠标在模型窗口上搭建出所需要的控制系统模型，然后对系统进行仿真和分析。
[1]
Simulink仿真的模型是具体的函数模型，因此，过程的建模就显的十分的重要。
过程建模方法主要有这么几种：
1．机理法
用机理法建模就是根据过程的内在机理，写出各种有关的平衡方程，例如物质平衡方程、能量平衡方程、动量平衡方程、相平衡方程，以及反映流体流动、传热、传质、化学反应等基本规律的运动方程、物性参数方程和某些设备的特性方程等，从中获得所需的数学模型。
2．测试法
测试法建模通常只用于建立输入输出模型。
它是根据过程的输入和输出的实测数据进行某种数学运算后得到的模型，其主要特点是把被研究的过程视为一个黑匣子，完全从外特性上描述它的动态性质，也称为“黑箱模型”。
复杂过程一般都采用测试法建模。
测试建模法又可分为经典辨识法和系统辨识法两大类：
（1）经典辨识法
不考虑测试数据中偶然性误差的影响，只需对少量的测试数据进行比较简单的数学处理，计算工作量一般较小。
经典辨识法包括时域法、频域法和相关分析法。
（2）系统辨识法
其特点是可以清除测试数据中的偶然性误差即噪声的影响，为此就需要处理大量的测试数据，计算机是不可缺少的工具。
我们针对工程训练任务书中给出的系统辨识函数，搭建了仿真框图，调整PID参数，最终使系统在较好的指标内达到稳定。
本论文主要分为以下几章：
第一章控制系统及MATLAB语言的应用基础
第二章锅炉燃烧过程控制系统概述
第三章锅炉燃烧控制系统辨识
第四章系统稳定性分析
第五章锅炉燃烧控制各子系统仿真
第六章锅炉燃烧控制系统Simulink仿真
第七章总结
1控制系统及MATLAB语言的应用基础
控制的任务是形成控制作用的变化规律，使得不管是否存在扰动对象都能得到所期望的行为。
自动控制系统是在无人直接操作或干预的条件下，通过控制器使控制对象自动的按照给定的规律运行，使被控制量能够按照给定的规律变化。
1.1控制系统性能要求
对于一个控制系统的性能要求可以概括为三个方面：
稳定性、快速性和准确性。
稳定性是指动态过程的平稳性，就是动态过程的振荡倾向于系统受干扰偏离平衡状态后恢复平衡状态的能力。
控制系统的稳定性是系统使用的基础，不稳定的系统没有实际意义。
快速性是指动态过程的快速性，即动态过程的时间长短，时间越短，快速性能越好。
准确性是指动态过程的最终精度，即控制系统输出量的期望值与实际终止值之差（即稳态误差），其差值越小精度越高。
受控对象不同，对稳、准、快的技术要求也各有所侧重。
对于一个实际系统，不能要求三项性能指标都很优良，那样系统的成本会很高。
而且，同一个系统的稳、准、快各个指标往往相互制约。
1.2控制系统的时域分析
时域分析法是根据自动控制系统微分方程，用拉普拉斯变换来求解动态响应的过程曲线。
时域分析的目的是求解响应的性能指标。
通常将控制系统跟踪或复现阶跃输入信号响应的指标作为系统控制性能的指标。
阶跃响应的一般性能指标有：
上升时间tr、峰值时间tp、超调量sigma（σ%）、调节时间ts及稳态误差ess。
超调量σ%是指阶跃响应曲线h（t）中对稳态值的最大超出量与稳态值之比。
即：
峰值时间tp：
是指从0到阶跃响应曲线h（t）进入稳态值附近的误差带而不再超出的最小时间。
恢复时间：
从阶跃扰动作用开始到输出量基本上恢复稳态的过程中，输出量与新的稳态值之差进入某基准量的范围之内所需的时间。
在MATLAB中实现时域分析有两种方法：
一种是MATLAB的函数指令方式，如求取连续系统的单位阶跃响应函数step（），单位冲激响应函数impulse（），零输入响应函数initial（）等；
另一种是在Simulink窗口菜单操作方式下进行时域仿真。
[2]
1.3控制系统的频域分析
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