基于matlab鍋爐仿真..

1、<p><b>　　內(nèi)蒙古科技大學(xué)</b></p><p>　　MATLAB課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2012</p><p>　　題 目：鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)</p><p><b>　　學(xué)生姓名：林三彪</b></p><p>　　學(xué) 號(hào)：0967112127</p>&

2、lt;p>　　專 業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器</p><p>　　班 級(jí)：2009-1</p><p><b>　　指導(dǎo)教師：梁 麗</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　鍋爐是化工、煉油、發(fā)電、造紙和制糖等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的重要?jiǎng)恿υO(shè)備。鍋爐往

3、往成了不少工廠不可缺少的一部分，因而，對(duì)鍋爐設(shè)備中的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析研究是必要的。</p><p>　　鍋爐是全廠重要的動(dòng)力設(shè)備，其要求是供給合格蒸汽，使鍋爐蒸汽量適應(yīng)負(fù)荷的需要。為此，生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)主要工藝參數(shù)必須嚴(yán)格控制。鍋爐水位控制系統(tǒng)是過(guò)路生產(chǎn)控制系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)。鍋爐是一種特種設(shè)備，是工業(yè)生產(chǎn)中的常用設(shè)備。對(duì)鍋爐生產(chǎn)操作如果不合理，管理不善，處理不當(dāng)，往往會(huì)引起事故。這些事故中的大部分是由于鍋爐水

4、位控制不當(dāng)引起的，可見(jiàn)鍋爐汽包水位控制在鍋爐設(shè)備控制系統(tǒng)中的重要性。而對(duì)水位的控制不當(dāng)，往往是汽包受到蒸汽負(fù)荷干擾后，產(chǎn)生虛假水位，使控制器反向動(dòng)作。</p><p>　　本文在分析了鍋爐汽包水位特性的基礎(chǔ)上，梳理了控制系統(tǒng)的幾種方案，對(duì)其中的第三種方案進(jìn)行了Matlab仿真。</p><p>　　關(guān)鍵詞：鍋爐；汽包水位控制；仿真；控制策略 </p><p><

5、;b>　　目 錄</b></p><p><b>　　緒 論1</b></p><p>　　0.1 鍋爐的簡(jiǎn)介1</p><p>　　0.2 虛假水位的形成及對(duì)策2</p><p>　　第一章 鍋爐汽包水位的動(dòng)態(tài)特性3</p><p>　　1.1給水流量作用下的動(dòng)態(tài)特

6、性3</p><p>　　2.2蒸汽流量作用下的動(dòng)態(tài)特性3</p><p>　　第二章 汽包鍋爐水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5</p><p><b>　　2.1概述5</b></p><p>　　2.2單沖量控制系統(tǒng)5</p><p>　　2.3雙沖量控制系統(tǒng)6</p><

7、p>　　2.4三沖量控制系統(tǒng)7</p><p>　　第三章 鍋爐汽包水位的Matlab仿真8</p><p>　　3.1仿真軟件功能概述8</p><p>　　3.2汽包鍋爐水位控制系統(tǒng)的仿真8</p><p>　　3.2.1 參數(shù)設(shè)定9</p><p>　　3.2.2 仿真結(jié)果10</p&g

8、t;<p>　　3.2.3 仿真結(jié)果分析10</p><p><b>　　總 結(jié)11</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)12</b></p><p><b>　　緒 論</b></p><p><b>　　0.1 鍋爐的簡(jiǎn)介<

9、;/b></p><p>　　21世紀(jì)自動(dòng)控制技術(shù)在工程和科學(xué)發(fā)展中起著極為重要的作用，熱力發(fā)電廠的生產(chǎn)過(guò)程中也毫無(wú)例外的采用了自動(dòng)控制技術(shù)。在熱力發(fā)電廠的生產(chǎn)過(guò)程中采用的熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)，是伴隨著社會(huì)對(duì)電能需求的日益增加、單機(jī)容量的日益擴(kuò)大和自動(dòng)控制技術(shù)在熱力發(fā)電廠中應(yīng)用的深度與廣度與日俱增而逐步發(fā)展起來(lái)的。</p><p>　　鍋爐是一種既受壓又直接受火的特種設(shè)備，是工業(yè)生產(chǎn)中的

10、常用設(shè)備。對(duì)過(guò)濾生產(chǎn)如果操作不合理，管理不善，處理不當(dāng)，往往會(huì)引起事故，因此，鍋爐的安全問(wèn)題是一項(xiàng)非常重要的問(wèn)題，必須引起高度重視。</p><p>　　工業(yè)鍋爐中常見(jiàn)的事故有：鍋爐缺水，鍋爐超壓，鍋爐滿水，汽水共騰，爐管爆破，爐膛爆破，二次燃燒，鍋爐滅火等。其中以鍋爐缺水事故比例最高。這些事故中的大部分是由于鍋爐水位控制不當(dāng)引起的，可見(jiàn)鍋爐汽包水位控制在鍋爐設(shè)備控制系統(tǒng)中的重要性。</p><

11、;p>　　汽包水位是影響鍋爐安全運(yùn)行的重要參數(shù)，同時(shí)鍋爐汽包水位高度關(guān)系著汽水分離的速度和生產(chǎn)蒸汽的質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代鍋爐要向蒸發(fā)量大，汽包容積相對(duì)減小的方向發(fā)展。這樣，要使鍋爐的蒸發(fā)量隨時(shí)適應(yīng)負(fù)載設(shè)備的需要量，汽包水位的變化速度必然很快，稍不注意就容易造成汽包滿水，或者燒成干鍋。在現(xiàn)代鍋爐操作中，即使是缺水事故，也是非常危險(xiǎn)的，這是因?yàn)樗贿^(guò)低，就會(huì)影響自然循環(huán)的正常進(jìn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使個(gè)別上水管形成自由水面，產(chǎn)生流

12、動(dòng)停滯，致使金屬管壁局部過(guò)熱而爆管。無(wú)論滿水或缺水都會(huì)造成事故。因此，必須對(duì)汽包水位進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，將水位嚴(yán)格控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)。</p><p>　　維持鍋爐水位在一定的范圍內(nèi)變化，是汽機(jī)和鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要條件。若水位過(guò)高，會(huì)影響汽包的汽水分離裝置的正常工作，導(dǎo)致鍋爐出口蒸汽帶水和含鹽量過(guò)大，使過(guò)熱器受熱面結(jié)垢甚至破壞，影響機(jī)組的正常運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。若汽包水位過(guò)低，會(huì)使鍋爐水循環(huán)工況破壞，造成水冷壁供水

13、不足而燒壞。</p><p>　　隨著鍋爐參數(shù)的提高和容量的擴(kuò)大，對(duì)給水控制提出了更高的要求。隨著鍋爐容量的增大，鍋爐負(fù)荷變化對(duì)水位的影響加劇了。另外，鍋爐工作壓力的提高，使給水調(diào)節(jié)閥和給水管道系統(tǒng)相應(yīng)復(fù)雜，調(diào)節(jié)閥的流量特性更不易滿足控制系統(tǒng)的要求。</p><p>　　因此，隨著汽包鍋爐朝著大容量、高參數(shù)的發(fā)展，給水系統(tǒng)采用自動(dòng)控制是必不可少的，它可以保證水位控制的準(zhǔn)確性，保證鍋爐運(yùn)行的

14、安全可靠，而且大大減輕運(yùn)行工作人員的工作強(qiáng)度，減少人為因素的影響。</p><p>　　0.2 虛假水位的形成及對(duì)策</p><p>　　虛假水位是鍋爐運(yùn)行時(shí)不真實(shí)的水位。虛假水位的產(chǎn)生是由于當(dāng)汽包壓力突降時(shí)，爐水飽和溫度下降到壓力較低時(shí)的飽和溫度，使?fàn)t水大量放出熱量來(lái)進(jìn)行蒸發(fā)。于是爐水內(nèi)的汽泡增加，汽水混合物體積膨脹，使水位不是下降而是很快上升，形成虛假水位。當(dāng)汽包壓力突升時(shí)，則相應(yīng)的飽

15、和溫度提高一部分熱量被用于加熱爐水，而用來(lái)蒸發(fā)爐水的熱量則減少，爐水中汽泡量減少，使汽水混合物的體積收縮，使水位不是上升而是很快下降，形成虛假水位。</p><p>　　此外當(dāng)鍋爐內(nèi)熱負(fù)荷增加或驟減時(shí)，水的比容將增大或減小，也會(huì)形成虛假水位。鍋爐負(fù)荷突變、滅火、安全門(mén)動(dòng)作、燃燒不穩(wěn)時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生虛假水位。在負(fù)荷突然變化時(shí)，汽壓也相應(yīng)變化，這時(shí)將會(huì)出現(xiàn)虛假水位。負(fù)荷變化速度越快，虛假水位越明顯。如遇汽輪機(jī)甩負(fù)荷，汽壓

16、突然升高，水位將瞬時(shí)下降；運(yùn)行中燃燒突然增強(qiáng)或減弱，引起汽泡量突然增大或減少，使水位瞬時(shí)升高或下降；安全閥起座時(shí)，由于壓力突然下降，水位瞬時(shí)明顯升高；鍋爐滅火時(shí)，由于燃燒突然停止，鍋水中汽泡產(chǎn)量迅速減少，水位也將瞬時(shí)下降。</p><p>　　在輸入端引入蒸汽流量信號(hào)，設(shè)置水位系統(tǒng)的前饋調(diào)節(jié)，于是當(dāng)蒸汽流量增大時(shí)，給水量隨之增大，給水量增多，水溫又較低，有利于克服“虛假水位”的影響。</p><

17、;p>　　第一章 鍋爐汽包水位的動(dòng)態(tài)特性</p><p>　　1.1給水流量作用下的動(dòng)態(tài)特性</p><p>　　根據(jù)物料不平衡和熱平衡的關(guān)系，鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性方程經(jīng)推導(dǎo)，可簡(jiǎn)化成： （2-1）</p><p>　　式中：h為汽包水位的高度；</p><p>　　為給水流量項(xiàng)的時(shí)間常數(shù)；</p><p&

18、gt;　　為蒸汽流量項(xiàng)的時(shí)間常數(shù)；</p><p>　　為蒸汽流量項(xiàng)的放大倍數(shù)；</p><p><b>　　、為時(shí)間常數(shù)。</b></p><p>　　同時(shí)、的式子如下： （2-2） </p><p>　　式中：D為鍋爐蒸汽流量；</p><p><b>

19、　　W為鍋爐給水流量。</b></p><p>　　可見(jiàn)，引起汽包水位變化的擾動(dòng)主要是蒸汽流量（稱為外擾動(dòng)）和給水流量（稱為外擾動(dòng)），因此，在給水流量作用下的汽包水位調(diào)節(jié)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)方程式可表示為： （2-3）</p><p>　　兩邊取拉氏變換，結(jié)合工程實(shí)際忽略較小的，并考慮到汽包水位在較長(zhǎng)一段時(shí)間里不隨給水量

20、的增加而增加。因此，可得到鍋爐汽包水位在給水流量作用下的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型如下： （2-4）</p><p>　　通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)的分析處理，最終，可得到鍋爐汽包水位在給水流量作用下的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型為： （2-5）</p><p>　　2.2蒸汽流量作用下的動(dòng)態(tài)特性</p><p>　　同理，可得到在外擾動(dòng)下，汽包水

21、位調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性方程為： （2-6）</p><p>　　對(duì)上式方程進(jìn)行拉氏變換，并令、 得到鍋爐汽包水位在蒸汽流量作用下的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型如下： （2-7）</p><p>　　經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的分析和處理，最終可得到鍋爐汽包水位在蒸汽流量作用下的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型為：

22、 （2-8）</p><p>　　第二章 汽包鍋爐水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1概述</b></p><p>　　汽包水位的控制問(wèn)題伴隨著鍋爐的出現(xiàn)而出現(xiàn)，長(zhǎng)久以來(lái)一直是控制領(lǐng)域的一個(gè)典型的難問(wèn)題。隨著控制理論、控制技術(shù)和現(xiàn)代控制方法的發(fā)展，鍋爐自動(dòng)化控制的水平也在逐漸提高。其間主要經(jīng)歷了上世紀(jì)三四十年代單參數(shù)儀表

23、控制，四五十年代單元組合儀表綜合參數(shù)儀表控制，以及六十年代興起的計(jì)算機(jī)控制等幾個(gè)階段。通常有如下幾種方案：</p><p>　　單沖量控制系統(tǒng)。即汽包水位的單回路水位控制系統(tǒng)；</p><p>　　雙沖量控制系統(tǒng)。即在單沖量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入了蒸汽流量信號(hào)；</p><p>　　三沖量控制系統(tǒng)。是在雙沖量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再引入給水流量信號(hào)而構(gòu)成。</p>&

24、lt;p>　　2.2單沖量控制系統(tǒng)</p><p>　　單沖量水位控制系統(tǒng)以汽包水位作為唯一的控制信號(hào)，沖量即變量。水位測(cè)量信號(hào)經(jīng)變送器送到水位調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器根據(jù)汽包水位測(cè)量值H與給定值H0的偏差，通過(guò)執(zhí)行器去控制給水調(diào)節(jié)閥以改變給水量，保持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。系統(tǒng)框圖為圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 單沖量控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　

25、這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是典型的單回路定制控制系統(tǒng)。對(duì)于水在汽包內(nèi)的停留時(shí)間較長(zhǎng)，且負(fù)荷又比較穩(wěn)定，“虛假水位”現(xiàn)象不嚴(yán)重的情況下，采用單沖量控制系統(tǒng)，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)一般就能滿足生產(chǎn)要求。</p><p>　　單沖量汽包水位調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在汽包容量比較大、水位在受到擾動(dòng)后的反應(yīng)速度比較慢、“虛假水位”現(xiàn)象不很嚴(yán)重的場(chǎng)合，采用單沖量水位調(diào)節(jié)時(shí)能夠滿足生產(chǎn)要求。</p><p>　

26、　單沖量汽包水位調(diào)節(jié)存在著一些缺點(diǎn)，主要有：</p><p>　?。?）單沖量控制方案只根據(jù)水位信號(hào)控制給水量，在鍋爐負(fù)荷變化大，即階躍擾動(dòng)很大時(shí)，由于鍋爐的“虛假水位”現(xiàn)象，例如負(fù)荷蒸汽增加時(shí)，水位一開(kāi)始先上升，調(diào)節(jié)器只根據(jù)水位作為控制信號(hào)，就去關(guān)小閥門(mén)減少給水量，這個(gè)動(dòng)作對(duì)鍋爐流量平衡是錯(cuò)誤的，從而在過(guò)程一開(kāi)始就擴(kuò)大蒸汽流量和給水流量的波動(dòng)幅度，擴(kuò)大了進(jìn)出流量的不平衡。</p><p>

27、;　?。?）從給水?dāng)_動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性可以看出，由于給水壓力變化等原因造成給水量變化時(shí)，調(diào)節(jié)器要等到水位變化后才開(kāi)始動(dòng)作，而在調(diào)節(jié)器動(dòng)作后又要經(jīng)過(guò)一段滯后時(shí)間 才能對(duì)汽包水位發(fā)生影響，因此必將導(dǎo)致汽包水位波動(dòng)幅度大，過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)。</p><p>　　2.3雙沖量控制系統(tǒng)</p><p>　　在汽包的水位控制中，最主要的擾動(dòng)是負(fù)荷的變化。雙沖量控制系統(tǒng)是以鍋爐汽包水位測(cè)量信號(hào)作為主控信號(hào)

28、，以蒸汽流量信號(hào)作為前饋信號(hào)構(gòu)成的“前饋-反饋”控制系統(tǒng)。系統(tǒng)框圖為圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 雙沖量控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　雙沖量控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：引入蒸汽流量前饋信號(hào)可以消除“虛假水位”所引起的不良影響。當(dāng)蒸汽量變化時(shí)，就有一個(gè)給水量與蒸汽量同方向變化的信號(hào)，可以減少或抵消由于“虛假水位”現(xiàn)象引起的假水位；引入蒸汽流量前饋信號(hào)，能夠改善控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性，提

29、高控制質(zhì)量。雙沖量控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題是：對(duì)于給水系統(tǒng)的擾動(dòng)不能直接補(bǔ)償，當(dāng)給水量發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，要等到汽包水位信號(hào)變化時(shí)才能通過(guò)調(diào)節(jié)器操作執(zhí)行調(diào)節(jié)，滯后時(shí)間長(zhǎng)，水位波動(dòng)大。</p><p>　　2.4三沖量控制系統(tǒng)</p><p>　　三沖量鍋爐汽包給水自動(dòng)控制系統(tǒng)，是以汽包水位H為主控制信號(hào)，蒸汽流量D為前饋控制信號(hào)，給水流量W為反饋控制信號(hào)組成的控制系統(tǒng)。</p><p

30、>　　三沖量控制系統(tǒng)采用蒸汽量進(jìn)行前饋控制。當(dāng)負(fù)荷（蒸汽流量）突然發(fā)生變化，蒸汽流量信號(hào)能使給水調(diào)節(jié)閥一開(kāi)始就向正方向移動(dòng)，即當(dāng)蒸汽流量增加時(shí)，給水調(diào)節(jié)閥開(kāi)大，抵消了由于“虛假水位”引起的方向誤動(dòng)作。如給水流量減少，調(diào)節(jié)器立即根據(jù)給水流量減少的信號(hào)，開(kāi)大給水閥，從而使給水量保持不變。另外，給水流量信號(hào)也是調(diào)節(jié)器動(dòng)作后的反饋信號(hào)，能使調(diào)節(jié)器及早知道控制的效果，所以使用三沖量控制系統(tǒng)，能使調(diào)節(jié)器動(dòng)作加快，還可以避免調(diào)解過(guò)量，減少水位波

31、動(dòng)，防止失控。系統(tǒng)框圖為圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3單級(jí)三沖量控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　從系統(tǒng)框圖可以看出，單級(jí)三沖量控制系統(tǒng)有兩個(gè)閉合回路：一個(gè)是由給水流量W、給水變送器、調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥組成的內(nèi)回路；另一個(gè)是由汽包水位對(duì)象和內(nèi)回路構(gòu)成的主回路。蒸汽流量D及其蒸汽變送器未包含在這兩個(gè)閉合回路之內(nèi)。但它的引入可以改善控制質(zhì)量，且不影響閉合回路工作的穩(wěn)定性。所以三沖量控

32、制的實(shí)質(zhì)是前饋加反饋的控制系統(tǒng)。</p><p>　　單級(jí)三沖量控制系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)單沖量和雙沖量控制系統(tǒng)，其控制品質(zhì)最好，能有效地滿足系統(tǒng)對(duì)快速性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性的要求，能有效地避免“虛假水位”現(xiàn)象。與單沖量和雙沖量相比，最大的不足是，系統(tǒng)成本高，系統(tǒng)復(fù)雜，不容易整定。</p><p>　　第三章 鍋爐汽包水位的Matlab仿真</p><p>　　3.1仿

33、真軟件功能概述</p><p>　　Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書(shū)寫(xiě)程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件

34、可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。</p><p>　　Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了

35、創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。</p><p>　　Simulink是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊

36、庫(kù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。.</p><p>　　構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。Simulink與MATLAB緊密集成，可以直接訪問(wèn)MATLAB大量的工具來(lái)進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的定義</p><p>　　3.2汽包鍋

37、爐水位控制系統(tǒng)的仿真</p><p>　　仿真分析涉及到高次微分方程的求解，因此系統(tǒng)的仿真必須選用一個(gè)好的軟件。MATLAB具有強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力和完美的圖形可視化功能，成為國(guó)內(nèi)外控制界首選的計(jì)算機(jī)工具，其控制系統(tǒng)工具箱（Control system Toolbox）可進(jìn)行鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)仿真。因此，本課題在建模后選擇使用MATLAB軟件進(jìn)行仿真。MATLAB的構(gòu)件Simulink直接對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型仿真，其圖

38、形化設(shè)計(jì)界面使得建立系統(tǒng)模型的工作更直觀和方便。它是一個(gè)用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的軟件包，它可以完成連續(xù)、離散和混合的線性或非線性系統(tǒng)的仿真，也能完成多種采樣數(shù)率的系統(tǒng)仿真。Simulink為用戶提供了用方塊圖進(jìn)行建模的圖形接口，與傳統(tǒng)仿真軟件包用微分方程和差分方程建模相比，具有更大的優(yōu)勢(shì)，它不但可以用于系統(tǒng)仿真、分析和設(shè)計(jì)，也實(shí)現(xiàn)了與MATLAB、C或者Fortran甚至硬件之間的數(shù)據(jù)傳遞，大大地?cái)U(kuò)展了其功能。在數(shù)字仿真方面，Si

39、mulink給出了多種仿真算法。</p><p>　　3.2.1 參數(shù)設(shè)定</p><p>　　仿真模型采用蒸發(fā)量為670t/ h 的鍋爐汽包對(duì)象，</p><p>　　給水流量W 與水位L 的傳遞函數(shù)為；</p><p>　　蒸汽流量D 與水位L 的傳遞函數(shù)為；</p><p>　　執(zhí)行器傳遞函數(shù)為； </p

40、><p>　　給水流量變送器傳遞函數(shù)為；</p><p>　　汽包水位變送器傳遞函數(shù)為 ；</p><p>　　動(dòng)態(tài)前饋補(bǔ)償器傳遞函數(shù)為；</p><p>　　給定水位為0.3米。</p><p>　　3.2.2 仿真結(jié)果 </p><p>　　針對(duì)鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的汽包水位的輸出進(jìn)行仿真分析，

41、所建立的系統(tǒng)Simulink仿真框圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)Simulink仿真框圖</p><p>　　所建立的系統(tǒng)Simulink仿真曲線如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-2 系統(tǒng)Simulink仿真曲線</p><p>　　3.2.3 仿真結(jié)果分析</p><p>　　從

42、響應(yīng)曲線可以看出，單沖量控制系統(tǒng)超調(diào)大，響應(yīng)較慢，快速性差，抗干擾能力較差。控制性能遠(yuǎn)不及三沖量控制系統(tǒng)。而串級(jí)三沖量控制系統(tǒng)在快速性、抗干擾性上也較單級(jí)三沖量控制系統(tǒng)更加優(yōu)越，響應(yīng)曲線更加平穩(wěn)，對(duì)蒸汽流量擾動(dòng)的抑制也更強(qiáng)。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)這一學(xué)期對(duì)這門(mén)課的不斷學(xué)習(xí)和深入了解，使我真正的明白這門(mén)課對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的重

43、要性。如果經(jīng)過(guò)模擬仿真實(shí)驗(yàn)就進(jìn)行直接實(shí)驗(yàn)，不但提高系統(tǒng)的研發(fā)效率，減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的調(diào)試時(shí)間，增強(qiáng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，以至于減少在系統(tǒng)研發(fā)中的資金投入。因此我們學(xué)習(xí)這門(mén)課對(duì)我們以后的發(fā)展有很大的幫助，做課程設(shè)計(jì)不僅鞏固了課本所學(xué)過(guò)的知識(shí)，增加實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)還學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的內(nèi)容。這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，理論的知識(shí)有時(shí)候比較抽象，使我們很難理解，如果把兩者結(jié)合起來(lái)，這樣理解一些知識(shí)就比較容易了。通過(guò)本次

44、課程設(shè)計(jì)提高了自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。這為以后的工作打下了良好的基礎(chǔ)，做設(shè)計(jì)也可以發(fā)現(xiàn)自己的很多不足之處，我們?cè)谝院蟮膶W(xué)習(xí)中要時(shí)刻的彌補(bǔ)自己的缺點(diǎn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]李國(guó)勇.控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與CAD[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2003，9</p><p>　　[2]王丹力，M

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