课程设计报告
(2013--2014年度第1学期)
名称：过程控制课程设计
题目：主汽压力控制系统
院系：自动化系
专业：自动化1004班
设计周数：1周
姓名学号分工成绩
成员李林芸201009030110 被控对象动态特性分析；画控
制原理图；
张振超201002020425 控制系统仿真实验，控制器参
数整定
包周琦201002020402 画SAMA图、画控制系统工
艺流程图
芦翔201002020411 写课程设计报告、总结
日期：2014 年1 月03 日
《过程控制》课程设计
任务书
一、目的与要求
“过程控制课程设计”是“过程控制”课程的一个重要组成部分。通过实际工业
过程对象控制方案的选择、控制功能的设置、工程图纸的绘制等基础设计和设计
说明的撰写，培养学生基本控制系统工程设计能力、创新意识，完成工程师基本
技能训练。
二、主要内容
1．根据对被控对象进行的分析，确定系统自动控制结构，给出控制系统原理图；
2．根据确定控制设备和测量取样点和调节机构，绘制控制系统工艺流程图（PID
图）；
3．根据确定的自动化水平和系统功能，选择控制仪表，完成控制系统SAMA图（包
括系统功能图和系统逻辑图）；
4．对所设计的系统进行仿真试验并进行系统整定；
5．编写设计说明书。
三、进度计划
序号设计(实验)内容完成时间备注
1 下达任务，查找资料周一、周二
周二、周三
2 制定控制方案，绘制控制系统SAMA
图
3 仿真试验、撰写设计说明周三、周四
4 答辩周五
四、设计（实验）成果要求
1．绘制所设计热工控制系统的的SAMA图；
2．根据已给对象，用MATABL进行控制系统仿真整定，并打印整定效果曲线；
3．撰写设计报告
五、考核方式
提交设计报告及答辩
指导教师：
2014年1 月3 日
一、课程设计的目的与要求
通过对主汽压这一实际工业过程对象的具体分析，优化设计控制方案、选择合理的仪表，绘制控制原理图、工艺流程图、SAMA图，对设计的系统进行仿真试验并进行整定，并编写设计说明书的实际操作，加深对实际热工对象的理解，对控制方案的选择，培养学生基本控制系统工程设计能力、创新意识，完成工程师基本技能训练。
二、设计正文
1．基本任务和要求：
任务：1.维持主汽压力在一定的范围内。
2.维持稳定的燃烧量。
要求：1.了解实现燃料全程控制的关键技术；
2. 根据主汽压力对象特性选择相应的控制系统结构独立设计一套完整的控制系统SAMA图，并在matlab上仿真验证系统设计的可行性。
2.对象：
锅炉主蒸汽压力作为表征锅炉运行状态的重要参数，不仅直接关系锅炉设备的安全运行，而且汽压是否稳定反映了燃烧过程中的能量供需关系。在单元制运行状态下，锅炉的蒸汽压力值与机组的运行状态及运行方式有关，即锅炉的汽压控制与汽轮机的负荷控制是相互影响的。而且，就锅炉而言，燃烧过程控制的主要任务是维持汽压稳定，其关联参数还有维持燃烧过程经济性的氧量信号和关系锅炉安全运行的负压参数，这三个参数的调节互相影响。所以说，影响主汽压稳定的因素是多方面的，本课设的分析是以给煤量扰动为主，汽轮机耗汽量（代表负荷）作为外部负荷扰动，以此作为主汽压控制系统的设计和分析依据。
1）主汽压被控对象数学模型
汽压调节对象生产流程如图1所示，其对象由五个环节组成。工质（水）通过炉膛吸收了燃料燃烧的热量，不断升温，不断产生饱和蒸汽汇集于汽包内，最后经过过热器称为过热蒸汽，输送到汽轮机做功。
（1）燃烧环节
给煤量M 与释放热量Q 的传递函数为：
从式中可以看出此过程为纯迟延环节，K 为燃烧环节系数。 （2）吸热蒸发环节
此环节中锅炉总吸热量包括两部分，一部分被过热器带走（D ），一部分为锅炉蓄热的增量（Pb ），其传递函数为：
式中Cb ——蓄热系数，反映锅炉的蓄热能力； Pb ——汽包蓄热，为汽包压力的函数； D ——主汽流量带走的热量； Dq ——总吸热量。
（3）受热面阻力环
此环节的传递函数为：gr
m b R s P s P s D s G 1
)()()()(=
-=
（4）蒸汽流量环节
此环节为主汽压力Pm 与锅炉蒸发量D 及汽机总耗汽量Dt 之间的物质平衡关系环节传递函数为：)
(1
)()()()(s G s D s D s P s G m t m =
-=
（5）主汽压与耗汽量关系环节
采用功率控制以维持汽机功率为给定值的系统，耗汽量只与负荷有关而与主汽压力无关，即负荷变化对于主汽压力来说是一个外部扰动，公式如下： p t K s Pt s D s G ==
)
()
()( 式中，Dt 为主汽流量；Pt 为主汽压力。 2）汽压调节对象的动态特性：
主汽压力是衡量蒸汽量与外界负荷两者是否相适应的一个标志。主蒸汽压力pt 受到的主要扰动来源有二：其一是燃料量扰动称为基本扰动或外部扰动。
(1)内扰下汽压调节对象的动态特性
由于给煤机提供煤粉量不均匀以及煤的质量（发热量）发生变化，引起了燃料量的变化，记作B μ∆。当B μ∆作阶跃增加后，炉膛热负荷立即增大，致使汽包压力d p 上升，压差（T d p p -）增大，就使蒸汽流量D 增加。由于汽机调门开度不变，主汽压T p 将随着蒸
