燃氣熱水鍋爐控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究.pdf

1、鍋爐作為重要的動力和供暖設(shè)備，在經(jīng)濟發(fā)展中的地位越來越突出。然而燃煤鍋爐的應(yīng)用在過去占據(jù)了大部分份額，長期的運行經(jīng)驗表明燃煤鍋爐具有控制復(fù)雜、燃燒效率低、人力資源浪費和環(huán)境污染嚴重等缺點。在倡導(dǎo)綠色發(fā)展的今天，燃煤鍋爐終將被其他的清潔能源所代替。本文主要針對燃氣熱水鍋爐的應(yīng)用進行工藝分析、算法仿真和控制系統(tǒng)設(shè)計。
　　天然氣是一種清潔能源，幾乎零污染，同時燃氣鍋爐設(shè)備相對簡單便于實現(xiàn)智能化控制，易于提高鍋爐的燃燒效率。因此，首先分

2、析了燃氣熱水鍋爐的工藝過程和控制機理的實現(xiàn)方法，同時對燃氣鍋爐控制對象特性和任務(wù)進行分析，得出通過控制燃氣比例閥和鼓風(fēng)機風(fēng)量來調(diào)節(jié)鍋爐的出水溫度。
　　燃氣鍋爐是一個復(fù)雜的控制對象，具有非線性、大慣性和時滯性的特點，因此選擇合適的控制算法是一件非常重要的工作。工業(yè)現(xiàn)場中應(yīng)用較多是線性PID算法，PID算法具有原理清楚、結(jié)構(gòu)簡單和穩(wěn)態(tài)精度高等優(yōu)點，但是算法本身對控制對象數(shù)學(xué)模型精度要求較高，而燃氣熱水鍋爐不易建立精確的數(shù)學(xué)模型。所以

3、本文介紹分析了模糊控制理論，并結(jié)合常規(guī)PID算法設(shè)計了模糊自整定PID算法，其中重點介紹了模糊控制器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計。
　　為了驗證模糊自整定PID算法理論分析的正確性以及對鍋爐的控制效果，本文進行了模糊自整定PID算法和常規(guī)PID算法的仿真分析。首先借助MATLAB軟件中的系統(tǒng)辨識工具箱對中小型燃氣熱水鍋爐的數(shù)學(xué)模型進行了辨識，這種方法的精度不高，但是完全滿足仿真驗證的需要。接著在MATLAB/SIMULINK中搭建了兩種算法的仿真

4、框圖，并進行對比分析。仿真結(jié)果表明，模糊自整定PID算法具有更好的動靜態(tài)性能和魯棒性好等優(yōu)點。
　　最后，本文搭建了基于STM32燃燒控制器的硬件平臺，在AltiumDesigner6.9上完成了原理圖和PCB的工作，實現(xiàn)的功能主要有鍋爐狀態(tài)量和模擬量的采集、控制算法運算、PWM調(diào)節(jié)燃氣比例閥和DAC輸出控制鼓風(fēng)機、繼電器輸出、RS485通訊電路、人機交互、實時時鐘、JATG調(diào)試等。在硬件平臺的基礎(chǔ)上利用KEIL完成了軟件設(shè)計，同