关 键 词：

jl019 电厂 锅炉 蒸汽 温度 微分 控制系统 设计

资源描述：

【JL019】电厂锅炉蒸汽温度导前微分控制系统设计,jl019,电厂,锅炉,蒸汽,温度,微分,控制系统,设计

内容简介：

指 导教师 ： 金文 凯 论 文 题 目 ： 电厂锅炉蒸汽温度导前微分控制系统设计 班 级 ： 191002 学 生： 苏 俊宁 学号 ： 103603 第一章 选题的意义和导前微分控制系统的简介 一、选题的意义 二、 导前微分控制系统的简介 一、选题的意义 本次课设设计的主要考虑部分是锅炉蒸汽温度控制系统的设计。蒸汽过热系统包括一级过热器、减温器、二级过热器。锅炉汽温控制系统主要包括过热汽和再热蒸汽温度的调节。 目前广泛采用的过热汽温控制系统主要有：串级控制系统和导前微分信号的双回路控制系统。应用于实际生产之中的控制方式以这两种方式为主，继续提高主气温、再热汽温的控制品质，仍有较高的理论与实用价值。 二、导前微分控制系统简介 单回路控制系统往往不能满足生产工艺的要求 ,在这样的情况下 ,导前微分控制系统就应运而生。 导前微分控制系统结构框图 只用了一个调节器，调节器的输入取了两个信号。一个信号是主汽温经变送器直接进入调节器的信号，另一个信号则是减温器后的温度经微分器后送入调节器的信号。在时间和相位上，后一个信号超前于主信号（主汽温信号），因此把这种系统称为导前微分控制系统。 第二章 导前微分控制系统各参量的选择 一、执行器的选择 二、 温度变送器的选择 三、温度传感器的选择 四、主、副控制器控制 规律的选择 一、执行器的选择 调节阀按驱动方式可分为：气动调节阀、电动调节阀和液动调节，即以压缩空气为动力源的气动调节阀，以电动力源的电动调节阀，以液体介质压力为动力的电液动调节阀；由于生产现场有防爆要求，所以应选择气动执行器 二、温度变送器的选择 本次设计选用电动 操作、维护更为方便简捷，同时仪表还有较完善的跟踪、保持电路，使得手动切换更为方便，随时都可以进行转换，而且保证无干扰。 三、温度传感器的选择 本次设计选择的温度传感器是 22 电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中。 四、主、副控制器控制规律选择 本次设计参数整定的方法为导前微分等效为串级控制系统， 采用导前汽温微分信号的双回路控制系统转化为串级控制系统来看待时，其等效主、副调节器均为 等效主调节器为 分能消除余差，适用于控制通道较小，负荷变化不大，被控参数不允许有余差的场合。 第三章 控制器的设计及仿真 主控对象数学模型为 2234 )11 0 53 6 7 54 2 8 7 5/(1 2 s 14/)202 8 0()( 4执行器的数学模型为 )1302 2 5/(8)( 24 )174/(37)( 4 等效为串级控制系统的响应曲线 调节器参数调整后的 调节器参数调整后的仿真图 调节器加扰动的 首先，我要衷心感谢我的指导老师金文凯老师，没有金老师的悉心指导，我也不会这么顺利的完成我的毕业设计。其次， 主调节器加扰动的仿真图 总结 一、我完成了金文凯老师给我布置的毕业设计任务 二、设计的仿真实现了系统具有很强的抗干扰能力，当有扰动进入系统中时，系统能够快速的做出反应，消除干扰，保证系统的主蒸汽温度稳定，使得系统安全、高效运行。 致谢 首先，我要衷心感谢我的指导老师金文凯老师，没有金老师的悉心指导，我也不会这么顺利的完成我的毕业设计。其次， 我要衷心感谢我的指导老师金文凯老师，没有金老师的悉心指导，我也不会这么顺利的完成我的毕业设计。其次，感谢帮助过我的那些同学。谢谢你们 谢谢各位老师 西北工业大学明德学院本科毕业设计 英语资料及译文 ID is on of of of of to of is to of to as of 0 of is ID of a is of P), I) D) of of of of Ti d) In -2 of is of of or be of so p, Ti d be on of of a 北工业大学明德学院本科毕业设计 1 of of be by of be in is to be of In we a of in of of so a As a of of ID is to ID in to or ID is a of a In ID to to be If be on in to to a is in of a so ID is in If on to by of of of in of so to a In on of is of of ID in in is to 北工业大学明德学院本科毕业设计 2 on a to ID in of is if ID of of to is is At of a of of in of an At of a of of is as be A s to to is to be in is At ID or a a of in in is a ID ID ID or to to 北工业大学明德学院本科毕业设计 3 PC so is of to ID be s so be ID s it be to 1, is of on In do on be to of 2, is by of be to of to or of if to of is to as if is as is a is to as a of to to If no is no it an a a it is a 3, to a to is 北工业大学明德学院本科毕业设计 4 s of of be to is of a be to of be be a of to is it to to a of 4, ID n to ID ID 0 of in to of or of it is to on to ID of we do an or be an of to ID in I D is of of P) is of s to of is a I) n s is 北工业大学明德学院本科毕业设计 5 an if is to as or a In to be of of on of of In if is as it to of so D) n s of of of is to to in be or is of or is of in is to in of in is to in of be of of is of is to to of In be to so of to or a of or to in of of 西北工业大学明德学院本科毕业设计 6 制简介 当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。 这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。 例 微分）控制器作为最早实用化的控制器已有 50 多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。 制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制 器。 制器由比例单元（ P）、积分单元（ I）和微分单元（ D）组成。 它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（ 可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。 首先， 用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样 可控制了。 其次， 数较易整定。也就是， 数 以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特 性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化， 数就可以重新整定。 第三， 制器在实践中也不断的得到改进，下面是两个改进的例子。 在工厂，总是能看到许多回路都处于手动状态，原因是很难让过程在“自动”模式下平稳工作。由于这些不足，采用 工业控制系统总是受产品质量、安全、产量和能源浪费等问题的困扰。 数自整定就是为了处理西北工业大学明德学院本科毕业设计 7 数整定这个问题而产生的。现在，自动整定或自身整定的 制器已是商业单回路控制器和分散控制系统的一个标准。 在一些情况下针对特定的系统设计的 制器控制 得很好，但它们仍存在一些问题需要解决： 如果自整定要以模型为基础，为了 数的重新整定在线寻找和保持好过程模型是较难的。闭环工作时，要求在过程中插入一个测试信号。这个方法会引起扰动，所以基于模型的 数自整定在工业应用不是太好。 如果自整定是基于控制律的，经常难以把由负载干扰引起的影响和过程动态特性变化引起的影响区分开来，因此受到干扰的影响控制器会产生超调，产生一个不必要的自适应转换。另外，由于基于控制律的系统没有成熟的稳定性分析方法，参数整定可靠与否存在很多问题。 因此，许多自身整定参数的 制器经常工作在自动整定模式而不是连续的自身整定模式。自动整定通常是指根据开环状态确定的简单过程模型自动计算 数。 控制非线性、时变、耦合及参数和结构不确定的复杂过程时，工作地不是太好。最重要的是，如果 制器不能控制复杂过程，无论怎么调参数都没用。 虽然有这些缺点， 制器是最简单的有时却是最好的控制器 目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动 控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前， 制及其控制器或智能 制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的 制器产品，各大公西北工业大学明德学院本科毕业设计 8 司 都 开 发 了 具 有 数自整定功能 的智能调节器 (其中 制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用 制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现 制功能的可编程控制器 (还有可实现 制的 统等等。 可编程控制器 (是利用其闭环控制模块来实现 制，而可编程控制器 (以直接与 连，如 。还有可以实现 制功能的控制器，如 品系列，它可 以直接与 连，利用网络来实现其远程控制功能。 1、开环控制系统 开环控制系统是指被控对象的输出 (被控制量 )对控制器的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。 2、闭环控制系统 闭环控制系统的特点是系统被控对象的输出 (被控制量 )会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就 是一个具有负反馈的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净，并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。 3、阶跃响应 阶跃响应是指将一个阶跃输入（ 到系统上时，系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后，系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性，一个系统要能 正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的；准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来描述，它表示系统西北工业大学明德学院本科毕业设计 9 输出稳态值与期望值之差；快是指控制系统响应的快速性，通常用上升时间来定量描述。 4、 制的原理和特点 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称 制，又称 节。 制器问世至今已有近 70 年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的 其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用 制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用 制技术。 制，实际中也有 制。 制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（ P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。 积分（ I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积 分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例 +积分 (制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分（ D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调 节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用西北工业大学明德学院本科毕业设计 10 的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例 +微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例 +微分 (制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 本科毕业设计论文 题 目 电厂锅炉蒸汽温度导前微分控制系统设计 专业名称 自动化 学生姓名 苏俊宁 指导教师 金文凯 毕业时间 西北工业大学明德学院本科毕业设计 毕业设计任务书 一、题目 电厂锅炉蒸汽温度导前微分控制系统设 计 二、指导思想和目的要求 通过毕业设计使学生对所学自动化基本知识和专业理论加深理解，掌握工业生产过程控制系统设计和仿真的基本方法，培养独立开展 设计 工作的能力。 要求在毕业设计中： (1)分析 研究 火力发电厂 锅炉蒸汽温度控制 要求，特点及控制系统设计方法，设计 锅炉蒸汽温度导前微分控制系统，达到要求的 主要技术指标 ； (2)开展 控制系统方案论证， 建立系统数学模型，进行温度控制系统 分析 ； (3)设计导前微分控制系统控制规律，进行参数整定； (4)进行数学 仿真，验证 设计 ； (5)撰写毕业设计论文。 三、主要技术指标 1 350组锅炉过热蒸汽温度保持在 00550 5C ； 在减温水流量变化时，锅炉过热蒸汽温度控制系统能稳定运行，衰减系数 ； 2 过程动态性能指标为： (1)温度波动最大偏差不超过 04C ； (2)过渡过程时间不大于 3. 锅炉稳定运行时，过热蒸汽温度应在给定值的 02C 范围内 四、进度和要求 西北工业大学明德学院本科毕业设计 （ 1） 1集查阅资料； （ 2） 4成总体 方案设计和建模； （ 3） 7成系统分析和控制规律设计 ； （ 4） 9成仿真验证及修改； （ 5） 12：完成毕业设计论文 . 五、主要参考书及参考资料 1 胡寿松主编 五版） 2007； 2 张晓华主编 1999； 3 于海生主编 机械工业出版社 4 刘文定，王东林主编 真 . 机械工业 出版社 5 薛定宇主编 言与应用 2006； 6 邵裕森，戴先中 过程控制工程 北京 机械工业出版社 ， 2000； 7 金以慧等，过程控制，清华大学出版社， 2000 年； 8 张栾英，孙万云，火电厂过程控制，中国电力出版社， 2004 年； 9 于希宁，刘红军，火电场自动控制理论，中国电力出版社， 2004年 . 10 林德杰 北京 : 机械工业出版社， 2004： 学 生 苏俊宁 指导教师 金文凯 系主任 史仪凯 西北工业大学明德学院本科毕业设计 I 摘 要 本文是针对锅炉蒸汽温度控制系统进行的分析和设计，而对锅炉蒸汽的良好控制是保证系统输出蒸汽温度稳定的前提，只有当串级控制系统选用 制器时，其系能才优于导前微分控制系统，所以本次设计的内容是导前微分系统的研究和设计。火电厂锅炉过热汽温控制系统是火电厂热工控制的主要组成部分 ,过热器的主要任务是保证锅炉所产生的蒸汽维持在一定温度范围之内，同时在锅炉允许的负荷波动变化范围内以及工况变化时保持过热蒸汽温度正常，其波动保持在规定范 围以内。 对于过热蒸汽温的控制通常采用传统的 制如串级控制和导前微分控制，这两种控制方法对于具有非线性、大滞后、大惯性和不确定性的汽温对象，都能得到令人满意的控制效果。主要考虑的部分是锅炉温度蒸汽控制系统设计，蒸汽过热系统包括一级过热器、减温器、二级过热器，锅炉气温控制系统主要包括过热器和再热蒸汽温度的调节。主要蒸汽温度与再热蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行是非常重要的。 本文设计了火力发电厂单元机组过热汽温的控制系统。通过介绍过热器的工作原理和结构特点，然后分析影响过热汽温的各种因素，最后本人应用 的是导前微分控制等效为串级控制系统进行的参数整定和仿真。仿真结果表明： 统具有很强的抗干扰能力，当有扰动进入系统中时，系统能够快速的做出反应，消除干扰，保证系统的主蒸汽温度稳定，使得系统安全、高效。 关键词： 过热汽温；串级控制；导前微分控制； 制 西北工业大学明德学院本科毕业设计 Of is in of of is to of ID is in so of is a of is of is to by at a at in to ID as of of is of is of of of of my is a of 西北工业大学明德学院本科毕业设计 is a to of of 西北工业大学明德学院本科毕业设计 录 第一章 前言 . 7 . 7 毕业设计的任务分析 . 7 业设计的要求 . 7 要技术指标 . 8 第二章 概述 . 9 . 9 . 11 . 12 . 12 值开关温度控制法 . 12 . 13 能温度控制法 . 14 内外实例 . 15 第三章 汽包锅炉蒸汽温度控制系统方案 . 17 热气温的调节方法 . 17 . 17 前微分控制系统 . 18 . 19 . 20 第四章 制器原理 . 21 . 21 P）调节 . 21 西北工业大学明德学院本科毕业设计 V I）调节 . 21 分（ D）调节 . 21 . 22 方法 . 23 . 23 第五章 系统建模 . 27 控对象建模 . 27 . 28 . 29 . 29 . 29 、副控 制器控制规律的选择 . 29 制器正反作用的选择 . 32 导前微分控制系统的分析 . 32 导前微分控制系统的参数整定 . 34 种汽温自动控制系统的比较 . 38 . 38 . 38 . 39 . 39 第六章 控制器的设计及仿真 . 39 计控制系统框图 . 39 . 41 效为串级控制系统 . 41 和仿真图 . 42 . 43 第七章 结论 . 44 西北工业大学明德学院本科毕业设计 谢 . 46 参考文献 . 47 毕业设计小结 . 49 西北工业大学明德学院本科毕业设计 7 第一章 前言 题的意义 随着现代工业生产的迅速发展 ,对工艺操作条件的 要求更加严格 ,对安全运行及对控制质量的要求也更高。 过热蒸汽温度控制的任务是维持过热器出口蒸汽温度在允许的范围之内，并保护过热器，使其管壁温度不超过允许的工作温度。过热蒸汽温度是锅炉汽水系统中的温度最高点，蒸汽温度过高会使过热器管壁金属强度下降，以至于烧坏过热器的高温段，严重影响安全。 而单回路控制系统往往不能满足生产工艺的要求 ,在这样的情况下 ,导前微分 控制系统就应运而生。 目前广泛采用的过热汽温控制系统主要有：串级控制系统和导前微分信号的双回路控制系统。现阶段对过热汽控制系统的研究还有过热汽温智能控制， 串级控制的 估控制等。应用于实际生产之中的控制方式以传统方式为主，继续提高主气温、再热汽温的控制品质，仍有较高的理论与实用价值。我的设计采用导前微分控制算法对被控对象进行分析和整定，导前汽温微分信号的双回路系统较为简单，一般情况下完全能满足生产商的需求，是改善汽温控制系统调节品质的有效方案。 选择此控制策略，从工程上讲是提高系统的稳定性，系统的运行参数能够及时掌握，进一步的提高生产工艺的成熟系数，提高生产效率。 从控制思想上来讲是提高对自动化理论的认识，理论和实践结合起来。能够促进自己的进一步学习 。 毕业设计的任务分析 业设计的要求 出控制系统的具体方案，进而分析影响温度的 西北工业大学明德学院本科毕业设计 8 因素。 行参数正定； 件进行仿真验证，修改设计； 要技术指标 1. 锅炉汽包内径 身长 20m；正常水位在汽包几何中心线下1000 ；给水流量 W=0450t/h，蒸汽流量 D=0500t/h； 炉汽包水位控制系统能稳定运 行，衰减系数 ； (1)水位波动最大偏差不超过 80 (2）水位恢复到 15 围内的时间不大于 4. 锅 炉稳定运行时，汽包水位应在给定值的 15 围内变化。 西北工业大学明德学院本科毕业设计 9 第二章 概述 程控制 (1)工业过程控制的发展概况 自本世纪 30 年代以来，伴随着自动控制理论的日趋成熟，自动化技术不断地发展并获得了惊人的成就，在工业生产和科学发展中起着关键性的作用。过程控制技术是自动化技术的重要组成部分，普遍运用于石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织、建材等工业部门。 初期的过程控制系统采用基地式仪表和部分单元组合仪表，过程控制系统结构大多是单输入 ，单输出系统，过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论，以保持被控参数温度、液位、压力、流量的稳定和消除主要扰动为控制目的过程。其后，导前微分控制、比值控制和前馈控制等复杂过程控制系统逐步应用于工业生产中，气动和电动单元组合仪表也开始大量采用，同时电子技术和计算机技术开始应用于过程控制领域，实现了直接数字控制（ 设定值控制（ 之后，以最小二乘法为基础的系统辨识，以极大值和动态规划为主要方法的最优控制和以卡尔曼滤波理论为核心的最佳估计所组成的现代控制理论，开始应用于解决过程控制生 产中的非线性，耦合性和时变性等问题，使得工业过程控制有了更好的理论基础。同时新型的分布式控制系统（ 计算机技术、控制技术、通讯技术、故障诊断技术和图形显示技术为一体，使工业自动化进入控制管理一体化的新模式。现今工业自动化己进入计算机集成过程系统（ 代，并依托人工智能，控制理论和运筹学相结合的智能控制技术向工厂综合自动化的方向发展。 （ 2） 过程计算机控制系统 现代化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，而对生产质量经济效益的要求，对生产的安全、可靠性要求以及对生态环 境保 西北工业大学明德学院本科毕业设计 10 护的要求却越来越高。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。因此继续采用常规的调节仪表（模拟式与数字式）已经不能满足对现代化过程工业的控制要求。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具有很强的通信能力等特点，目前以微处理器单片微处理器为核心的工业控制几与数字调节器 过程计算机设备，正逐步取代模拟调节器，在过程控制中得到十分广泛的作用。 在控制系统中引入计算机，可以充分利用计算机的运算逻辑判断和记忆等功能完成多种控制任务和实现复杂控制规 律。在系统中，由于计算机只能处理数字信号，因而给定值和反馈量要先经过 A/D 转换器将其转换为数字量，才能输入计算机。当计算机接受了给定值和反馈量后，依照偏差值，按某种控制规律（ 行运算，计算结果再经 D/A 转换器，将数字信号转换成模拟信号输出到执行机构，从而完成对系统的控制作用。 过程计算机控制系统的组成包括硬件和软件（除了被控对象检测与执行装置外）。 (1)过程计算机系统的硬件部分： 由中央处理器时钟电路内存储器构成的计算机主机是组成计算机控制系统的核心部分，进行数据采集数据处理逻辑判断 控制量计算越限报警等，通过接口电路向系统发出各种控制命令，指挥系统安全可靠的协调工作。 包括各种控制开关数字键功能键指示灯声讯器和数字显示器等的控制台是人机对话的联系纽带，操作人员可以通过操作台向计算机输入和修改控制参数，发出操作命令；计算机向操作人员显示系统运行状态，发出报警信号。 通用外围设备包括打印机记录仪图形显示器闪存等，它们用来显示存储打印记录各种数据。 I/O 接口和 I/O 通道是计算机主机与外部连接的桥梁。 I/O 通道有模拟量通道和数字量通道。模拟量 I/O 通道将有传感变送 器得到的工业对象的生产过程参数（标准电信号）变换成二进制代码传送给计算机；同时将计算机输出的数字控制量变换为控制操作执行机构的模拟信号，实现对生产过程的控制。 （ 2） 过程计算机系统的软件部分： 西北工业大学明德学院本科毕业设计 11 系统软件由计算机及过程控制系统的制造厂商提供，用来管理计算机本身资源，方便用户使用计算机。 应用程序由用户根据要解决的控制问题而编写的各种程序（如各种数据采集滤波程序控制量计算程序生产过程监控程序），应用软件的优劣将影响到控制系统的功能精度和效率。 件 件是由美国 司开发的，是目前国际上最流行、应用最广泛的科学与工程计算软件，它广泛应用于自动控制、数学运算、信号分析、计算机技术、图形图象处理、语音处理、汽车工业、生物医学工程和航天工业等各行各业，也是国内外高校和研究部门进行许多科学研究的重要工具。 早发行于 1984 年，经过 10 余年的不断改进，现今已推出基于2000/ 本。新的版本集中了日常数学处理中的各种功能，包括高效的数值计算、矩阵运算、信号处理和图形生成等功能。在 户可以集成地进行程序设计、数值计算、图形绘制、输入输出、文件管理等各项操作。 供了一个人机交互的数学系统环境，该系统的基本数据结构是复数矩阵，在生成矩阵对象时，不要求作明确的维数说明，使得工程应用变得更加快捷和便利。 统由五个主要部分组成： (1)言体系 高层次的矩阵数组语言具有条件控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特性。利用它既可以进行小规模编程，完成算法设计和算法实验的基本任务，也可以进行大规模编程，开发复杂的应用程序。 (2)作环境 这是对 供给用户使用的管理功能的总称包括管理工作空间中的变量据输入输出的方式和方法，以及开发、调试、管理 M 文件的各种工具。 (3)图形图像系统 这是 形系统的基础，包括完成 2D 和 3D 数据图示、图像处理、动画生成、图形显示等功能的高层 令，也包括用户 西北工业大学明德学院本科毕业设计 12 对图形图像等对象进行特性控制的低层 令，以及开发 用程序的各种工具。 (4)学函数库 这是对 用的各种数学算法的总称包括各种初等函数的算法，也 包括矩阵运算、矩阵分析等高层次数学算法。 (5)用程序接口 (这是 用户提供的一个函数库，使得用户能够在 境中使用 c 程序或 序，包括从 动态链接 )，读写 件的功能。 具有根强的功能扩展能力，与它的主系统一起，可以配备各种各样的工具箱，以完成一些特定的任务。 有丰富的可用于控制系统分析和设计的函数， 控制系统工具箱 (供对线性系统分析 、设计和建模的各种算法； 系统辨识工具箱（ 以对控制对象的未知对象进行辨识和建模。 仿真工具箱（ 供了交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境。它用结构框图代替程序智能化地建立和运行仿真，适应线性、非线性系统；连续、离散及混合系统；单任务，多任务离散事件系统。 炉温度控制技术国内外现状分析 究背景 温度是生活及生产中最基本的物理量，它表征的是物体的冷热程度。自然界 中任何物理、化学过 程都紧密地与温度相联系。在很多生产过程中，温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。自 18世纪工业革命以来，工业过程离不开温度控制。温度控制广泛应用于社会生活的各个领域，如家电、汽车、材料、电力电子等。温度控制的精度以及不同控制对象的控制方法选择都起着至关重要的作用，温度是锅炉生产质量的重要指标之一，也是保证锅炉设备安全的重要参数。同时，温度是影响锅炉传热过程和设备效率的主要因素。基于此，运用反馈控制理论对锅炉进行温度控制，满足了工业生产的需求，提高了生 产力。 值开关温度控制法 西北工业大学明德学院本科毕业设计 13 所谓定值开关控温法，就是通过硬件电路或软件计算判别当前温度值与设定目标温度值之间的关系，进而对系统加热源（或冷却装置）进行通断控制。若当前温度值比设定温度值高，则关断加热器，或者开动制冷装置；若当前温度值比设定温度值低，则开启加热器并同时关断制冷器。这种开关控温方法比较简单，在没有计算机参与的情况下，用很简单的模拟电路就能够实现。目前，采用这种控制方法的温度控制器在我国许多工厂的老式工业电炉中仍被使用。由于这种控制方式是当系统温度上升至设定点时关断电源 ， 当系统温度下降 至设定点时开通电源 ， 因而无法克服温度变化过程的滞后性，致使系统温度波动较大，控制精度低，完全不适用于高精度的温度控制。 性温度控制法 1922年美国的 对船舶自动导航的研究中，提出了基于输出反馈的比例积分微分（ 制器的设计方法 1，标志了 制的诞生。随后， 制器就以其结构简单、对模型误差具有鲁棒性以及易于操作等特点，在大多数控制过程中能够获得满意的控制性能，到了 20世纪 40年代就已在过 程控制中得到了广泛的应用。 20世纪 30 40年代，经典的域设计法得到了很快的发展。较为重要的是 稳定性理论上所取得的重要成就。这种经典设计方法是设计一种反馈补偿器，以获得一定量的稳定裕度，重点考虑了模型的不确定性，并利用反馈来减少系统对干扰和模型误差的灵敏度。补偿器的设计主要是采用由 定准则引申出来的图解法。进入 50年代以后，发展较快的是解析法，并且定义了一些瞬态性能指标。借助于模拟计算机的帮助，能较为方便的检测时域响应指标。然而，与此同时对控制系统的鲁棒性和灵敏度的 关注有所降低。 20世纪 50年代中期，随着数字计算机的出现，用差分方程来描述控制系统模型的方法得到了应用。对人造地球卫星的控制促进了现代控制理论的发展，最优控制被用于去寻找非线性动态系统的最优轨迹。 20世纪60年代，基于最优化技术的控制器设计方法在解决各种不同设计问题上显示出了其优势。现代控制理论开始应用于实际的过程控制，但这需要对过程对象建立精确的数学模型，所以实际上往往难以得到精确的数学模型。因此进入七十年代以后，鲁棒性问题得到了人们更多的关注。 西北工业大学明德学院本科毕业设计 14 从 20世纪 80年代开始，在单回路 制器中引入 了参数整定和自适应控制理论， 制理论从此进入了高速发展阶段。由于 制算法简单、可靠性高等特点，在控制技术高速发展的今天，它在工业过程控制中仍然占有主导地位。由于 节器模型中考虑了系统的误差，误差变化及误差积累三个因素，因此，其控制性能大大地优越于定值开关控温法。其具体电路可以采用模拟电路或计算机软件方法来实现 节功能。前者称为模拟 节器，后者称为数字 器的参数可以在现场实现在线整定，因此具有较大的灵活性，可以得到较好的控制效果。采用这种方法实现的温度控 制器，其控制品质的好坏主要取决于三个 数（即比例值、积分值、微分值）。只要 数选取的正确，对于一个确定的受控系统来说，其控制精度是比较令人满意的。它对大多数工业控制对象都能达到较好的控制效果，但它有明显的缺点，比如依赖于对象模型对于非线性、大滞后、时变系统控制效果不理想等。而且随着生产的发展，对控制的实时性与精度要求越来越高，被控对象也越来越复杂，单纯采用常规 此出现了许多新的控制方法。比如自适应控制、最优控制、智能控制、鲁棒控制、满意控制等，这些控制策略引入到 制系统的设计当中极大地提高了系统的控制性能。其中，智能 制近几年引起了人们极大的研究兴趣。将智能控制方法和常规 制方法融合在一起，形成了许多形式的智能 制器。它吸收了智能控制与常规 制两者的优点。首先，它具备自学习、自适应、自组织的能力，能够自动辨识被控过程参数、自动整定控制参数、能够适应被控过程参数的变化 ;其次，它又具有常规 制器结构简单、鲁棒性强、可靠性高、为现场工程设计人员所熟悉等特点。 能温度控制法 1971年，著名的美籍华裔科学家傅京孙教授最 早公开指出了一个崭新的研究领域，并提出了相应的概念，这就是智能控制系统（ 1985年 8月， 美国纽约召开了第一界智能控制学术讨论会，智能控制原理和智能控制系统结构这一提法成为这次会议的主要议题。这次会议决定，在 制系统学会下设立一个 能控制专业委员会。这标志着智能控制这一新兴学科研究领域的正式诞生。智能控制作为一门独立的学科，已正式在国际上建立起 西北工业大学明德学院本科毕业设计 15 来。在过去的 20多年里，智能控制理论发展迅猛，出现了大量新颖的控制理论。 智能控制系 统是某些具有仿人智能的工程控制和信息处理系统，它与人工智能的发展紧密联系。智能控制是一门新兴的交叉前沿学科，它具有非常广泛的应用领域。智能可定义为 :能有效的获取、传递、处理、再生和利用信息，从而在任意给定的环境下成功的达到目的的能力。人工智能是应用除了数学式子以外的方法把人们的思维过程模型化，并利用计算机来模仿人的智能的学科。它的应用范围远比控制理论广泛，如包括判断、理解、推理、预测、识别、规划、决策、学习和问题求解等，是高度脑力行为和体力行为的综合。智能控制就是应用人工智能的理论与技术和运筹学的优化方法， 并将其同控制理论方法与技术相结将智能控制与 现温度的智能控制。智能控温法采用神经元网络和模糊数学为理论基础，并适当加以专家系统来实现智能化。其中应用较多的有模糊控制、神经网络控制以及专家系统等。尤其是模糊控温法在实际工程技术中得到了极为广的应用。目前已出现一种高精度模糊控制器，可以更好的模拟人的操作经验来改善控制性能，从理论上讲，可以完全消除稳态误差。所谓第三代智能温控仪表，就是指基于智能控温技术而研制的具有自适应 法的温度控制仪表。 目前国内温控仪表的发展，相对国外而言在性 能方面还存在一定的差距，它们之间最大的差别 体表现为国内温控仪在全量程范围内温度控制精度低，自适应性较差。这种不足的原因是多方面造成的，如针对不同的温控对象，由于控制算法的不足而导致控制精度不稳定等。 内外实例 甘肃大学的赵紫静研究了一种基于 度控制技术的 X 射线发生器。这种发生器需要将其精度控制在 左右，才能保证器件输出的 X 射线波长不发生超出要求的飘移，否则， X 射线波长的超范围飘移将使整个设备难以正常使用 7。在温控过程中，由于难以建立控制对象的精 确数学模型，所以可以用 术根据预先设定好的控制规律不停地自动调节控制量以使被控系统朝着设定的平衡状态过渡，最后达到控制范围精度内的稳定动态平衡。模糊温度控制是基于模糊逻辑描述的控制算法，主要嵌入操作人员的经验和直觉知识。它适用于控制不易取得精确数学模型和数学模型不确定或经常变化的对象。武汉科技大学信息科学与 西北工业大学明德学院本科毕业设计 16 工程学院的贾静云等将模糊 使得烟气加热炉的运行状况和维护条件得到了明显的改善，提高了喷煤比和设备开机率，降低了能耗和设备故障次数，很大程度地提高了生 产效率 8。中国内蒙古科技大学信息工程学院的董志学等研究了一种基于模糊 制系统的热分析仪控制策略，结合了模糊控制技术和 制技术，提高了对控制对象的适应能力，进而提高了温度控制的精度。数字 制则是一种是以微处理器为基础 ,综合了计算机技术、控制技术、通讯技术等高新技术的智能控制。海军航空工程学院基础实验部的李建海等设计了一种上位机监控采用组态软件，下位机采用西子电路智能温度控制系统，实现了智能控制、闭环控制、多控制功能为一体的综合控制系统。 昆明理工大学信息工程与自动化学院的 王清海等在锅炉温度控制研究中将神经网络 及交互结合，实现对锅炉温度的数据采集、控制和现实，提高了锅炉温控系统的效率。英国的 将 制器应用到冰箱的温度控制中，通过使用 件仿真和误差分析图的方式与传统的制做了细致的比较。结果表明， 制无论是在精度和控制性能方面都优于 制。日本 司的 基于制与现代控制理论相结合的离子化热水器温度控制开展了研 究，结果证明这样的温度控制方法是可行的。 西北工业大学明德学院本科毕业设计 17 第三章 汽包锅炉蒸汽温度控制系统方案 热气温的调节方法 维持稳定的汽温是保证机组安全和经济运行所必须的。汽温过高会使金属应力下降，将影响机组的安全运行；汽温降低则会机组的循环的效率。据计算，过热器在超温 10 到 20 下长期运行，其寿命会缩短一半；而汽温降低 10 会使循环若效应降低 运行中一般规定汽温额定值的波动不能超过 10 +5 。因此，要求锅炉设置适当的调温手段，以修正运行因素对汽温波动的影响。 对 汽温调节方法的基本要求是：调节惯性或延迟时间小，调节范围大，对热循环热效率影响小，结构简单可靠及附加设备消耗少。汽温的调节可归结为两大类：蒸汽侧的调节和烟气侧的调节。所谓蒸汽侧的调节，是指通过改变蒸汽的热焓来调节温度。例如喷水式减温器向过热器中喷水，喷入的水的加热和蒸发要消耗过热蒸汽的一部分热量，从而使汽温下降，调节喷入的水量，可以达到调节汽温的目的。烟气侧的调节，使通过改变锅炉内辐射受热面和对流受热面的吸热量分配比例的方法（例如调节燃烧器的倾角，采用烟气再循环等）或改变流经 过热器的烟气量的方法（如调节烟 气挡板）来调节过热蒸汽温度。 热汽温控制的难点及设计原则 过热汽温调节系统的难点在于 : (1) 发生扰动后，时滞较大。此外，测量温度的传感器也有较大的惯性。 (2) 设备的结构设计与自动调节的要求存在矛盾。从调节的角度来看，减温设备应安装在过热器出口的地方，这样可以使调节作用的时滞最小，但是从设备安全的角度看，减温设备应安装在过热器入口的地方。 (3) 造成过热汽温扰动的因素很多，各钟因素之间有相互影响，使对象的动态过程十分复杂。能使过热器出口汽温改变的因素有：蒸汽流量的变化、燃烧工况耳的变化、锅炉给水温度的变化、进入 过热汽温热焙的变化、流经过热器烟气温度即流速的变化、锅炉受热面结垢等。 西北工业大学明德学院本科毕业设计 18 综上所述，过热汽温控制系统设计原则可归纳为： （ 1） 从动态特性的角度考虑，改变烟气侧参数（如改变烟温或烟气流速）的调节手段是比较理想的，但具体现实比较困难的，所以一般很少被采用。 （ 2） 喷水减温对过热器的安全运行比较理想，尽管对象的调节特性不够理想，但还是目前被广泛使用的过热汽温调节方法。采用喷水减温时由于对象调节通道有较大的延迟和惯性以及运行中要求有较小的汽温控制偏差，所以采用单回路调节系统往往不能获得好的调节品质。针对过热汽温调节对象调节 通道惯性延迟大、被调节信号反馈慢的特点，应该从对象的调节通道中找出一个比被调量反应快的中间点信号作为调节器的补充反馈信号，以改善对象调节通道的动态特性，提高调节系统的质量。 （ 3） 使用快速的测量元件，安装在正确的位置，保证测量信号传递的快速性，减小延迟和惯性。如果测量元件的延迟和惯性比较大，就不能及时反映过热气温的变化，就会造成系统不稳定，影响控制质量。 前微分控制系统 在温度控制系统中，常用的一种便是导前微分控制系统。 这种控制系统的结构特点是：只用了一个调节器，调节器的输入取了两个信号。一个信号是主汽 温经变送器直接进入调节器的信号，另一个信号则是减温器后的温度经微分器后送入调节器的信号。在时间和相位上，后一个信号超前于主信号（主汽温信号），因此把这种系统称为导前微分控制系统。又因为它有两个信号直接送入到调节器，所以也称这样的系统为具有导前微分信号的双冲量控制系统。微分作用能反映输出量的变化趋势，因而能提前反映输出量的变化，把这种作用用于控制系统，能改善控制性能。 导前微分控制系统的组成及原理 : 采用导前微分信号的过热汽温控制系统如 3示。这个系统引入了导前汽温 2 的微分信号作为调节器的补充信号，以改善控制质量。因为2和主汽温1的变化趋势是一致的，切