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基于Simulink的单轴重型燃气轮机动态仿真模型史玉恒【摘要】采用面向对象的模块化建模方法,在Matlab/Simulink软件环境中开发了单轴重型燃气轮机动态无迭代仿真模型.为了提高仿真精度,模型采用了变比热容的计算方法,除考虑容积惯性和转动惯性的影响外,还考虑了燃气轮机流道金属热惯性对仿真模型的影响.仿真结果表明:该模型能较好地反映系统的动态特性,具有较高的仿真精度,可用于重型燃气轮机控制系统的研制和测试.【期刊名称】《发电设备》【年(卷),期】2015(029)001【总页数】4页(P20-23)【关键词】燃气轮机;变工况;建模;动态仿真【作者】史玉恒【作者单位】北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司,北京100084【正文语种】中文【中图分类】TK472重型发电用燃气轮机（简称燃机）是联合循环电站的核心设备，研究整个机组的动态性能，对机组的设计、运行和控制系统分析具有非常实际的意义。
只有充分了解其动态性能（如加速、减速、甩负荷等），才能设计出合理的控制系统，使燃机安全可靠地工作，而利用计算机仿真技术则是实现这一目的的有效手段。
在使用计算机构造燃机仿真模型的过程中，文献［1］介绍了3种动态仿真模型的建模方法：线性化建模方法、准非线性化建模方法和非线性化建模方法。
线性化仿真模型是以设计稳态工况点为基础建立的，只适用于研究偏离设计点较小的动态过程，当研究甩负荷、加速、减速等工况变动较大的情况时，该模型就不够合理。
准非线性化仿真模型是在线性化仿真模型的基础上，考虑了不同稳态工况点时系数不相等的情况下建立的，故可适用于工况变动较大的动态过程。
而非线性仿真模型则是直接从部件特性方程及参数联系方程中寻求被积函数，故该模型能够模拟燃机的各种实际工况，仿真精度也最高，但需要准确的部件特性。
因此可根据不同的研究目的和使用环境，选用不同的建模方法。
目前国内外对燃机的实时动态仿真有很多研究［27］，比较常用的方法是考虑容积惯性和转动惯性影响的燃机非线性热力学模型；但文献［8］指出在燃机工况变动时，随着燃气温度大幅度变化（尤其是单轴恒速机组），与之接触的金属表面温度也随之变化。
基于MATLAB的燃烧系统虚拟仿真
杨玲玲
【期刊名称】《计算技术与自动化》
【年(卷),期】2005(24)1
【摘要】在Matlab环境下,利用V-RealmBuilder建立虚拟模型和虚拟环境,使用Simulink应用接口实现图形用户界面的交互,简化设计和编程工作.介绍燃烧系统的工作过程,分析其虚拟仿真的具体实现.
【总页数】3页(P24-25,71)
【作者】杨玲玲
【作者单位】广东工业大学自动化学院,广东,广州,510090
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.7
【相关文献】
1.基于Matlab和OpenGL球杆系统虚拟仿真 [J], 杨振华;何岭松
2.基于Matlab的虚拟仿真技术在连轧管机组液压压下系统设计中的应用 [J], 孙福;刘春旭;张英婵
3.基于MATLAB/Simulink的采样系统虚拟仿真实验 [J], 边敦新;王红梅;季画
4.基于Matlab的数控测试平台中PMSM控制系统虚拟仿真实现 [J], LV Li;YIN Hong-mei;SHENG Ding-gao
5.基于Matlab/Simulink虚拟仿真的通信系统建模的研究与探索 [J], 朱明慧;方淼因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
收稿日期:2000207207 作者简介:简清华(19612),男,江西新余人,工程师;从事计算机管理及其应用方面的教学工作。
基于Matlab Simulink 的仿真方法研究简清华,杨高波(华东交通大学电气与信息工程学院,南昌330013) [摘 要] 本文介绍了运用Matlab 工具箱之一的动态仿真工具Simulink 进行仿真的方法,并结合一个异步电动机的实例,对仿真过程中出现的一些热点问题如提高仿真速度、仿真结果分析等进行了深入的阐述。
同时对Simulink 与G UI 的接口也作了介绍。
[关键词] Matlab ;Simulink ;异步电动机[中图分类号]TP391.9 [文献标识码]A [文章编号]100020682(2001)0420041203R esearch on a simulation method on Matlab SimulinkJ I AN Qing 2hua ,Y ANG G ao 2bo(Electrical &Information School o f East China Jiaotong Univer sity ,Nanchang 330013,China ) Abstract :This paper presents a simulation tool called simulink ,one of the Matlab toolboxes.The paper al 2s o expounds s ome central issues ,such as how to im prove the simulation speed ,the analysis of simulation results and s o on during the simulation in combination with an exam ple of asynchronous m otor.The interface of simulink and G UI is als o discussed. K ey w ords :Matlab ;Simulink ;Asynchronous m otor Matlab 是Mathw orks 公司推出的当今国际上最为流行的软件之一。
机电系统动态仿真-基于MATLAB Simulink课程设计简介机电系统是由电气、机械及控制部分组成的复杂系统。
动态仿真是一种研究系统行为的方法，可以帮助我们更好地理解系统的运行原理。
本课程设计旨在介绍机电系统动态仿真的基本原理和方法，并使用MATLAB Simulink软件进行实践操作。
课程内容本课程设计包括以下几个部分：1. 机电系统简介介绍机电系统的组成部分、基本特性及其应用场景，旨在让学生对机电系统有一个全面的认识和了解。
2. MATLAB Simulink简介介绍MATLAB Simulink的基本使用方法，包括模块的添加、参数的设置和仿真结果的显示等。
3. 机电系统建模使用MATLAB Simulink软件对机电系统进行建模，包括机械部分、电气部分及控制部分等。
4. 系统仿真利用所建立的机电系统模型进行系统仿真，包括控制器输出、系统响应等结果分析。
5. 结果分析对仿真结果进行对比分析，分析不同参数条件下系统的运行情况，找出系统的优化方案。
实践操作为了让学生更好地掌握机电系统动态仿真的基本原理和方法，本课程设计还包括以下的实践操作：1. 模型建立使用MATLAB Simulink工具箱，建立一个简单的机电系统模型。
2. 参数设置调整模型内参数，观察系统响应情况。
3. 仿真并分析结果执行仿真操作，对仿真结果进行分析，并尝试不同参数条件下系统的运行情况。
4. 优化方案结合分析结果，提出相应的优化方案，并重新设置参数进行仿真。
5. 实验报告整理实验数据、结果和分析，撰写实验报告。
实验环境本课程设计使用的软件工具为MATLAB Simulink，需要学生提前安装并掌握基本使用方法。
课程收获通过本课程的学习和实践操作，学生能够初步掌握机电系统动态仿真的基本原理和方法，了解MATLAB Simulink的基本使用方法，从而更好地理解机电系统的运行原理和优化方案。
同时，学生能够提高实际操作能力，加强分析和解决问题的能力。
2012年3月郑州大学学报（工学版）Mar.2012第33卷第2期Journal of Zhengzhou University （Engineering Science ）Vol.33No.2收稿日期：2011－10－22；修订日期：2011－12－29基金项目：河南省重大公益性科研项目（0811********）；河南省自然科学研究计划项目（2011A480004）．作者简介：周俊杰（1974－），男，河南太康人，郑州大学副教授，博士，主要研究方向为数值计算技术及其在过程设备中的应用，E-mail ：zhoujj@zzu．edu．cn．文章编号：1671－6833（2012）02－0051－04基于MATLAB /Simulink 的燃烧过程控制系统仿真周俊杰，房全国，王定标（郑州大学化工与能源学院，河南郑州450001）摘要：通过仿真软件MATLAB /Simulink 利用Ziegler-Nichols 整定法确定了燃料控制系统、蒸汽压力控制系统、空气流量控制系统的PID 控制器的参数，并建立了燃烧过程控制系统的仿真模型．仿真结果表明，在燃料流量、空气流量受chip 信号干扰时，系统控制的蒸汽压力最大超调量为0．36%，响应时间为46．5s ，系统的稳定程度和响应速度都比较好．MATLAB /Simulink 仿真软件为燃烧过程控制系统的分析、评估研究提供了有效途径．关键词：燃烧过程控制系统；MATLAB /Simulink ；系统仿真中图分类号：TP273；TK224文献标志码：Adoi ：10．3969/j．issn．1671－6833．2012．02．0130引言燃烧过程在许多工业过程中都是必要的一环，如电厂锅炉的燃烧问题、流化床生产过程的燃烧问题等．燃烧过程的控制是燃烧过程的重要环节，控制系统的性能直接关系到设备和工作人员的安全问题及节能问题，提高燃烧过程的自动控制水平，对当前技术改造和节能工作具有重要意义．目前燃烧过程控制系统的研究受到许多人的关注．姚若玉［1］、杨长亮［2］采用模糊自整定PID 的控制方法，对锅炉的燃烧系统进行了控制规律的设计．薛福珍等［3］针对锅炉燃烧系统多变量、强耦合、大时滞的复杂性，提出一种多变量时滞对象的控制方法，解决了在负荷变化时对象模型的参数不确定性．吕剑虹等［4］结合燃烧控制系统实际工程，提出了优化送、引风控制系统的方法，改善了控制系统质量．吴明永［5］对燃烧控制系统进行了仿真和性能分析，提出了蒸汽压力控制系统采用模糊自适应PID 串级控制能增强系统的抗干扰能力．笔者利用MATLAB /Simulink 工具箱［6－7］对燃油锅炉燃烧过程控制系统进行仿真并对控制系统的性能进行分析，确保燃烧系统安全、经济地运行，为燃烧过程控制系统的分析、评估研究提供有效途径．1燃烧过程的主要控制系统燃烧控制主要由蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统组成［8］．锅炉燃烧的目的是生产蒸汽供其他生产环节使用．一般生产过程中蒸汽的控制是通过压力实现的，随着后续环节的生产用量不同，反映在燃油蒸汽锅炉环节就是蒸汽压的波动．蒸汽压力是衡量蒸汽供求关系是否平衡的重要指标，是蒸汽的重要参数．蒸汽压力过低或过高，对于金属导管和负荷设备都是不利的．在锅炉运行过程中，蒸汽压力降低，说明负荷设备的蒸汽消耗量大于锅炉的蒸发量；蒸汽压力升高，表明负荷设备的蒸汽消耗量小于锅炉的蒸发量．因此，控制蒸汽压力，是安全生产的需要，是维持负荷设备正常工作的需要，也是保证燃烧经济性的需要．保证蒸汽压力恒定的主要手段是随着蒸汽压力波动及时调节燃烧产生的热量，而燃烧产生热量的调节是通过控制所供应的燃料量以及适当比例的助燃空气实现的．因此，蒸汽压力是最终被控制量，可以根据生成情况确定，燃料量是根据蒸汽压力确定的，空气供应量根据空气量与燃料量的合理比值确定．蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统结构简图及框图的方案如图1、图2所示．52郑州大学学报（工学版）2012年图1蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统的简图Fig．1Structure diagram of stream pressure control and fuel air ratio control system2燃烧过程控制系统的仿真2．1数学模型燃料流量被控对象：G（s）=213s+1e－3s；（1）燃料流量至蒸汽压力关系约为：G（s）=3；（2）蒸汽压力至燃料流量关系约为：G（s）=13；（3）蒸汽压力检测变换系统数学模型：G（s）=1；（4）燃料流量检测变换系统数学模型：G（s）=1；（5）燃料流量与控制流量比值：G（s）=12；（6）空气流量被控对象：G（s）=28s+1e－2s．（7）2．2控制系统PID控制器的参数整定PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容，它根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间．工程整定方法［9］主要有：Ziegler-Nichols整定法、临界比例度法、衰减曲线法．这3种方法各有特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定．但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善．图2蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统框图Fig．2Scheme of steam pressure control and fuel air ratio control system在Simulink中建立燃料流量闭环控制系统、蒸汽压力闭环控制系统、空气流量闭环控制系统的单位阶跃输入仿真框图，如图3所示．利用Zie-gler-Nichols整定法初步整定燃料控制系统、蒸汽压力控制系统、空气流量控制系统中的PID控制器的参数，在仿真框图中调整完善后得最终参数整定结果见表1，此时对应的燃料流量闭环控制系统、蒸汽压力控制系统、空气流量闭环控制系统的单位阶跃系统响应如图4所示．2．3控制系统的仿真模型利用以上PID控制器参数，建立燃烧过程控制系统的仿真模型．假设蒸汽压力设定值为20，燃料流量、空气流量受外界干扰，干扰信号为chip 信号（幅值为ʃ0．1的随机干扰），如图5所示，则燃烧过程控制系统的仿真模型如图6所示．表1控制器参数整定结果Tab．1Controller parameter setting results控制系统PID控制器K P K I K D 燃料流量控制系统燃料流量调节器1．150．100蒸汽压力控制系统蒸汽压力调节器1．0000空气流量控制系统空气流量调节器1．000．1502．4仿真结果在MATLAB/Simulink中建立燃烧过程控制系统仿真图，仿真结果如图7所示．由仿真结果图可以看出，当燃料流量、空气流量受chip信号干扰时，系统控制的蒸汽压力最大超调量为0．36%，响应时间为46．5s，系统的稳定程度和响应速度都比较好，满足控制系统的性能要求．第2期周俊杰，等：基于MATLAB/Simulink的燃烧过程控制系统仿真533结束语通过对燃烧过程控制系统的分析，建立了控制系统的数学模型．通过仿真软件MATLAB/Sim-ulink利用Ziegler-Nichols整定法确定了PID控制器的参数，并建立了燃烧过程控制系统的仿真模型．通过仿真结果分析得到当燃料流量、空气流量受chip信号干扰时，系统控制的蒸汽压力最大超调量为0．36%，响应时间为46．5s，系统的稳定程度和响应速度都比较好．MATLAB/Simulink仿真软件为燃烧过程控制系统的分析、评估研究提供了有效途径．54郑州大学学报（工学版）2012年图7燃烧过程控制系统仿真结果Fig．7Simulation results of combustionprocess control system参考文献：［1］姚若玉．基于模糊控制理论的锅炉燃烧系统控制［D］．西安：西安建筑科技大学机电工程学院，2003．［2］杨长亮．基于模糊PID控制的燃气热水锅炉燃烧控制系统研究［D］．成都：电子科技大学自动化工程学院，2010．［3］薛福珍，刘涛，尹君，等．电厂锅炉燃烧过程改进方案及实现［J］．控制工程，2008，15（2）：124－126．［4］吕剑虹，王建武，杨榕，等．电厂锅炉燃烧控制系统优化［J］．中国电力，2001，34（10）：34－38．［5］吴明永．工业锅炉控制策略研究与控制系统设计［D］．兰州：兰州理工大学电气工程与信息工程学院，2009．［6］王正林，王胜开．MATLAB/Simulink与控制系统仿真［M］．北京：电子工业出版社，2008．［7］夏玮，李朝晖．MATLAB控制系统与实例详解［M］．北京：人民邮电出版社，2008．［8］郭阳宽，王正林．过程控制工程及仿真———基于MATLAB/Simulink［M］．北京：电子工业出版社，2009．［9］王毅，张早校．过程装备控制技术及应用［M］．北京：化学工业出版社，2007．Simulation of Combustion Process Control System Based on Matlab/SimulinkZHOU Jun-jie，FANG Quan-guo，WANG Ding-biao（School of Chemical Engineering＆Energy，Zhengzhou University，Zhengzhou450001，China）Abstract：Through simulation software Matlab/Simulink，this paper gets the PID controller parameters of fuel flow、steam pressure and air flow control system by using the method of Ziegler-Nichols，establishes the simula-tion model of combustion process control system．Simulation results show that if the fuel flow and air flow are disturbed by chip signal，steam pressure maximum overshoot is0．36%，and the response time is46．5s，sta-bility and response speed of control system are quite good．MATLAB/Simulink software provides an effective way for the analysis and evaluation study of combustion process control system．Key words：combustion process control system；Matlab/Simulink；system simulation（上接第50页）Study on the Vapor-Liquid Equilibrium for Cyclohexane-CyclohexanoneBinary System under Normal Atmospheric PressureWANG Xun-qiu，WANG Hui，YAN Bing-li，JIANG Deng-gao（School of Chemical and Energy Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou450001，China）Abstract：In order to calculate the vapor-liquid equilibrium（VLE）data of the multicomponent system，the VLE data of cyclohexane-cyclohexanone system were determined under normal atmospheric pressure（101．3 kPa）by using an improved Rose vapor-liquid equilibrium still，and the thermodynamic consistencies of the obtained data were examined．The results show that the experimental data satisfy the examination of the ther-modynamic consistencies．Then the VLE data obtained were correlated with Wilson equation and NRTL equa-tion respectively，and the model parameters of interaction energies between the molecules were determined by using the error sum squares of vapor phase composition as target function．The comparison of the experimental VLE data with those calculated with Wilson equation and NRTL equation shows that the deviations are little，which indicates that the models are suitable to be used for the engineering separation design．Key words：vapor-liquid equilibrium；cyclohexane；cyclohexanone；Wilson equation；NRTL equation。
第38卷 第4期2009年12月热力透平THERMA LTURB INEVol.38No.4Dec.2009基于SIMULINK 的单轴重型燃气轮机模型动态仿真研究李忠义,刘尚明,张文杰(清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室,北京100084)摘 要:为进一步验证在M A T L A B/SI M U L INK 环境中建立的燃气轮机系统模型能否反映燃气轮机复杂的动态特性,本文以西门子V64.3型重型燃气轮机为研究对象,进行了甩负荷过程的模拟。
仿真研究结果表明,该模型能够正确反映燃气轮机系统甩负荷过程的动态特性,满足安全性要求,符合燃机的运行规律。
该模型可以用于下一步燃气轮机控制系统的设计研究工作。
关键词:燃气轮机;甩负荷;动态仿真;SIM U L IN K中图分类号:T K 472 文献标识码:A 文章编号:1672-5549(2009)04-0221-05Dynamic Simulation Study Based on Single Shaft Heavy -Duty GasTurbine Model Using SIMULINKL I Zhong -y i ,LI U Shang -m ing ,ZH AN G Wen -j ie(Key Laboratory for Thermal Science and Power Engineering of M i nistr y of Education,D epartm ent of Therm al Engi neering,Tsinghua University,Beiji ng 100084,C hi na)Abstract: T he g as turbine sy stem mo del w hich has been developed using M AT LA B/SIM U L IN K is utilizedto simulate a load rejectio n test fro m full load to idle.T his paper mainly studies the lo ad r ejection perfor mance of Siemens V64.3,Single Shaft H eavy -duty Gas T urbine.T he r esear ch show s that t he g as tur bine mo del can simulate the dynamic behavior o f load rejectio n fo r Single Shaft Heav y -dut y Gas T urbine.T he model is practicability and can be adopted fo r the next r esear ch w or k o n develo pment and test of gas turbine contro l system.Key words: g as tur bine;load reject ion;dynamic simulat ion;SIM U LIN K收稿日期:2008-05-16作者简介:李忠义(1985-),男,汉族,江西丰城人,清华大学硕士研究生,主要从事燃气轮机系统建模、仿真与控制方向的研究工作。
