锅炉串级三冲量给水控制系统的MATLAB 仿真

引言汽包锅炉给水控制的任务是使给水量适应锅炉蒸发量，并使汽包中的水位保持在一定范围内，具体要求有以下两个方面：1．维持汽包水位在一定范围内。

汽包水位是影响锅炉安全运行的重要因素。

如果锅炉汽包水位锅炉汽包水位过高，会降低汽水分离装置的汽水分离效果，造成汽包出口饱和蒸汽中含水过多，使含盐浓度增大，易使过热器受热面结垢而导致过热器烧坏；同时还会引起过热汽温急剧变化。

过热蒸汽中含盐量增多会使汽轮机叶片结垢，使汽轮机出力降低和轴向推力增大。

如果汽包水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁的破裂。

正常运行时水位波动范围：±15mm异常情况：±200mm事故情况：＞±350mm2．保持稳定的给水量。

给水量不应该时大时小地剧烈波动，否则，将对省煤器和给水管道的安全运行不利。

由此可见，在电厂热工生产过程中更好的控制锅炉汽包水位显得尤为重要。

随着锅炉参数的提高和容量的扩大，对给水控制提出了更高的要求。

影响水位的因素主要有锅炉蒸发量（负荷D），给水量W，炉膛热负荷（燃烧率M）。

由此设计出了多种给水控制系统，但随着锅炉的大型化，调节质量的不断提高，单冲量给水控制系统、双冲量给水控制系统逐渐被三冲量给水控制系统所取代。

其中三冲量给水控制系统中串级结构的更是成为目前大型机组锅炉给水控制的基本方案。

科学的不断发展，锅炉给水控制系统也在不断的完善中，目前采用单回路可编程控制器的给水自动控制系统和采用变速泵的全程给水控制系统逐渐增多。

第一章概论随着科学技术的不断发展，生产过程自动化水平也有了飞速发展，已广泛应用于工农业生产、交通运输和国防建设。

自动化水平的不断提高，保证了生产的稳定，同时降低了成本，改善了劳动条件，从而促进了文明生产，保证了生产的安全和提高了生产能力。

1.1热工自动控制系统的发展、现状及内容在科学技术高度发达的二十世纪，在工程和科学发展中，自动控制技术的发展起着极为重要的作用。

所谓自动控制就是在没有人直接参与的情况下，通过控制设备使被控对象或生产过程自动地按照预定的规律运行。

MATLAB技术在锅炉汽包三冲量调节系统中的应用摘要：在现代火力发电领域中，蒸汽锅炉扮演着十分重要的角色。

锅炉控制领域中，用PI-PID串级控制器实现对蒸汽锅炉给水系统的控制可以提高效率从而达到节能减排的目的。

在这个过程当中，三冲量调节系统可以很好的控制锅炉汽包水位，使蒸汽锅炉汽包水位在给水流量、蒸汽流量、给定水位信号的作用下响应的快速性、稳定性、动态性能好。

本设计采用经验法选用合适的参数并经过处理，通过MATLAB软件编程得到其仿真图像，经过计算和分析之后确定出合适的整定参数以实现满意的效果。

关键词：三冲量；PI-PID串级控制；MATLAB仿真；参数整定；节能减排1火力发电与蒸汽锅炉及其三冲量原理蒸汽锅炉是由“锅”和“炉”两部分组成的。

锅就是蒸汽锅炉的汽水系统，如图1所示。

由汽包、下降管、过热器、上升管、给水调节阀、给水母管、蒸汽母管、蒸汽阀门及PID控制器等组成。

蒸汽锅炉的给水用给水泵打入省煤器，在省煤器中，水吸收烟气的热量，使温度升到本身压力下的沸点，成为饱和水然后引入汽包。

【1】汽包中的水经下降管进入锅炉底部的下联箱，随即又回入汽包。

水在水冷壁管中吸收炉内火焰直接辐射的热，在温度不变的情况下，一部分蒸发成蒸汽，成为汽水混合物。

汽水混合物在汽包中分离成水和汽，水和给水一起再进入下降管参加循环，汽则由汽包顶部的管子引往过热器，蒸汽在过热器中吸热，升温达到规定温度，成为合格蒸汽送入蒸汽母管。

图1 蒸汽锅炉汽包液位三冲量控制系统图根据上图我查了下资料找了下关于此图的传递函数，【2】其内容为下：图中给水量W与锅炉汽包水位H的传递函数为：(1)蒸汽流量D与锅炉汽包水位H的传递函数为：(2)给水流量变送器传递函数：(3)汽包水位变送器传递函数为：(4)动态前馈补偿传递函数为：(5)根据以上的函数我将这些函数根据其内容化成原理图【2】如下所示：图2 锅炉汽包液位三冲量控制系统框图三冲量即图中L为汽包液位，Fw为给水流量，Fs为蒸汽流量。

摘要蒸汽锅炉液位控制系统是发电厂中的一个重要的热工控制系统，其任务是使给水量适应锅炉蒸发量，并使汽包中液位位保持在一定的范围内，实现机组安全经济运行。

蒸汽锅炉液位控制系统有三种基本结构：单冲量调节系统结构、双冲量调节系统结构、串级三冲量调节系统结构。

低负荷阶段，由于疏水和锅炉排污等因素的影响，给水和蒸汽流量存在着严重的不平衡，而且流量太小时，测量误差大，故在低负荷阶段，很难采用三冲量调节方式，一般均采用单冲量调节方式。

负荷达到一定值以上时，疏水和排污阀逐渐关闭，汽、水趋于平衡，流量逐渐增大，测量误差逐渐减小，这时原则上可采用三冲量调节方式。

但由于单级三冲量调节系统要求蒸汽流量和给水流量信号在稳态时必须相等，否则汽包水位存在静态偏差，而且由于测量装置及变送器的误差等因素的影响，实际上现场这两个信号在稳态时，经常难以做到完全相等，而且单级三冲量调节系统一个调节器参数整定需兼顾的因素多。

因此单级三冲量事实上一般也难以采用。

串级三冲量调节方式，采用主、副两个调节器。

两调节器任务分工明确，整定相对容易，而且不要求稳态时给水流量信号与蒸汽流量信号完全相等，易于得到较好的调节品质，因此现场多采用此控制方式。

在串级控制系统中，参数的整定也是非常重要的，由于在系统中所设计的对象是确定的，所以只有对调节器进行整定，控制系统的参数整定有理论计算方法和工程整定方法，理论计算方法是基于一定的性能指标，结合组成系统各环节的动态特征，通过理论计算求得调节器的动态参数设定值；而工程整定法，则是源于理论分析，结合实验、工程实际经验等一套工程上的方法，其具体方法将在本文中体现。

本文主要是采用串级三冲量给水控制系统控制汽包水位，使其平稳运行，并通过MATLAB仿真，证明所设计的系统可以很好的克服系统的内外扰动，实现汽包锅炉水位控制的要求。

但是，传统PID控制器参数的整定是在获取对象数学模型的基础上，根据某一整定规则来确定的，不能进行在线调整，难以适应锅炉汽包水位这样一个复杂多变的控制系统，其控制效果往往难以满足要求。

基于Simulink的锅炉温度流量串级控制系统设计与仿真Design and Simulation of Concatenation Control Systems for Water Tank Level andTemperature Based on Simulink天时海洋工程及石油装备研究院（青岛）有限公司蔡大伟（Cai Dawei）摘 要: 本文采用过程控制理论及Simulink仿真技术、计算机控制系统，设计了一套锅炉温度流量串级控制系统。

通过实验法建立出锅炉数学模型，从而得出锅炉进水流量与温度间传递函数，通过现代控制理论设计的控制方案进行仿真，测量响应曲线。

通过仿真软件对其进行验证，基本准确，通过对参数进行整定，得到较好现场控制效果。

最后，为了体现串级控制的优势，将串级控制系统的抗干扰能力和单回路控制系统的抗干扰能力加以比较。

关键词: 温度；流量；PID控制；串级控制系统Abstract:In this paper, a set of boiler temperature flow cascade control system is designed by using process control theory, Simulink simulation technology and computer control system. The mathematical model of the boiler was established by experiment, and the transfer function between the water inflow and the temperature was obtained. It is verified by simulation software, which is basically accurate, and good control effect can be obtained by setting parameters. Finally, in order to embody the advantages of cascade control, the anti-interference ability of the cascade control system is compared with that of the single-loop control system.Key words: Temperature; Flow; PID control; Concatenation control systems【中图分类号】TP13 【文献标识码】B 【文章编号】1561-0330(2019)02-093-051 引言现代化过程工业向着连续化和大型化的方向发展，生产过程也随之日趋复杂，而对生产经济效益﹑质量的要求，对生产的可靠、安全性的要求以及对生态环境保护的要求也越来越高。

基于MATLAB的锅炉水温与流量串级控制系统的设计目录摘要 (1)Abstract (2)1 概述 (3)1。

1过程控制 (3)1。

2串级控制系统 (5)1。

3 MATLAB软件 (6)1。

4 MCGS组态软件 (7)2 PID控制器原理 (9)2.1 PID控制器简介 (9)2.2 PID控制系统 (10)2。

3 PID控制参数的整定及方法 (11)2。

3。

1 PID控制参数的整定简介 (11)2.3。

2 PID控制参数整定方法 (11)3 建立被控对象模型 (14)3.1 被控对象建模 (14)3。

2 测量被控对象阶跃响应曲线 (15)3.3求取被控对象传递函数 (16)4 控制方案的设计及仿真 (21)4.1 设计控制系统框图 (21)4.2 Simulink控制系统仿真 (22)4.3仿真结果分析 (23)4。

4 串级控制与单回路控制系统抗干扰性能仿真 (25)5 结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)附录：英语资料及译文 .................................................. 错误!未定义书签。

摘要本设计针对锅炉温度控制问题，综合应用过程控制理论以及近年来兴起的仿真技术、计算机远程控制、组态软件，设计了锅炉温度流量串级控制系统。

首先,通过实验法建立锅炉的数学模型,得到锅炉温度与进水流量之间的传递函数，通过对理论设计的控制方案进行仿真，得到较好的响应曲线,为实际控制系统的实现提供先决条件。

其次，使用智能仪表作为控制器，组建现场仪表过程控制系统，通过参数整定，得到较好现场控制效果。

再次，实现积分分离的PID控制算法。

关键词：水温流量串级控制系统 PID控制仪表过程控制系统计算机过程控制系统AbstractThe purpose of this thesis is to design the liquid level's concatenation control system of the double capacity water tank。

锅炉汽包水位控制系统的设计与仿真张子才;龚争理;黄良沛;王少力【摘要】针对锅炉在运行过程中存在的一些问题,介绍目前先进的汽包锅炉串级三冲量给水控制系统,根据串级三冲量给水控制的工作原理,设计了Simulink控制仿真系统,并在MATLAB仿真环境中对控制系统进行了模拟仿真.结果表明,三冲量串级加前馈给水控制系统可以及时消除负荷(蒸汽量)变化和给水流量波动的干扰,快速使控制水位达到稳定运行要求,具有较高的调节质量和调节精度,能够保障机组的安全稳定运行,从而延长锅炉的使用寿命.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2010(000)011【总页数】3页(P30-32)【关键词】汽包水位;三冲量;Simulink【作者】张子才;龚争理;黄良沛;王少力【作者单位】湖南科技大学,湖南省机械设备健康维护重点实验室,湖南,湘潭,411201;湖南科技大学,湖南省机械设备健康维护重点实验室,湖南,湘潭,411201;湖南科技大学,湖南省机械设备健康维护重点实验室,湖南,湘潭,411201;湖南中联重科专用车有限责任公司,研发部,湖南,长沙,410007【正文语种】中文【中图分类】TB114.2锅炉是火力发电厂生产过程中的主要动力设备,汽包水位则是锅炉运行中的一个重要监控参数。

它反映了锅炉蒸发量和给水流量之间的一种动态平衡关系。

水位过高会影响汽包的汽水分离效果,影响锅炉出力,严重时会使蒸汽品质下降,挟带的水份会造成水冲击汽轮机的恶性事故,降低汽轮机的使用寿命;过低时会使锅炉水循环破坏,影响省煤器运行,甚至造成干锅和锅炉爆炸的危险,因此汽包水位必须控制在一定范围内。

而影响锅炉水位的因素很多,但最主要的还是蒸发量和给水量的波动[1-4]。

汽包锅炉给水控制系统的作用是使锅炉的给水量自动适应锅炉的蒸发量,维持汽包水位在一定范围内波动,这对机组的安全、稳定、经济运行有着重要的影响。

由于控制对象在给水量扰动时有一定的惯性,而且在负荷扰动时又存在“虚假水位”,采用串级三冲量给水控制系统能有效地消除这些扰动。

汽包锅炉串级三冲量给水控制系统的MATLAB 仿真汤涛3090433025陈飞3090433007沈杰3090433022汽包锅炉的控制任务使供给汽轮机及其他设备的蒸汽的参数值(压力、温度等) 符合一定的要求; 维持汽包水位在允许的范围内;保证燃料的经济性和维持一定的炉膛负压, 使设备安全、经济地运行。

工艺过程●1.锅炉的汽包水位能够间接反映锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系, 维持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。

●2.汽包锅炉给水控制系统的作用是使锅炉的给水量自动适应锅炉的蒸发量, 维持汽包水位在规定的范围内波动。

●3.汽包水位H 是汽包中储水量和水面下汽包容积的综合反映, 不仅受汽包储水量变化的影响, 还受汽水混合物中汽包容积变化的影响。

其中主要的扰动为给水流量W 、锅炉蒸发量D 、汽包压力、炉膛热负荷等, 其对水位的影响各不相同。

其中给水流量和蒸汽流量是影响汽包水位的2 种主要扰动, 前者来自调节侧, 称为内扰; 后者来自负荷侧, 称为外扰。

对于给水控制通道迟延和惯性较大的锅炉, 采用串级控制系统, 其控制质量较好, 调试整定也比较方便, 因此, 在大型汽包锅炉上可采用串级三冲量给水控制系统。

1.控制汽包水位2.控制蒸汽温度3、控制蒸汽压力锅炉汽包水位高度，是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数，对现代工业生产来说尤其是这样。

因为现代锅炉的特点之一就是蒸发量显著提高，汽包容积相对变小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成汽包满水或者烧成干锅。

在现代锅炉操作中，即使是缺水事故，也是非常危险的，这是因为水位过低，就会影响自然循环的正常进行，严重时会使个别上水管形成自由水面，产生流动停滞，致使金属管壁局部过热而爆管。

无论满水或缺水都会造成事故，因此，必须严格控制水位在规定范围之内。

过热蒸汽的温度是生产工艺确定的重要参数，蒸汽温度过高会烧坏过热器水管，对负荷设备的安全运行带来不利因素。

锅炉汽包水位三冲量siuml仿真
锅炉汽包水位三冲量仿真主要是通过模拟和计算分析锅炉在不同工况下的水位变化情况和水位控制系统的性能。

具体步骤如下：
1. 建立数学模型：根据锅炉的几何形状、参数和物理特性，建立锅炉汽包水位的数学模型，一般采用质量守恒方程和动量方程作为基础。

2. 确定边界条件：根据实际工况，确定锅炉进水量、蒸汽排放量等边界条件，作为仿真的输入。

3. 选择仿真软件：根据需求选择合适的仿真软件，例如ASYMUL、MATLAB/Simulink等。

4. 进行仿真计算：在仿真软件中，将数学模型导入仿真环境，设定输入边界条件，进行仿真计算。

5. 分析仿真结果：根据仿真结果，分析锅炉汽包水位的变化情况，评估水位控制系统的性能。

6. 优化设计：根据仿真结果和分析，对水位控制系统进行优化设计，改进系统的稳定性和性能。

7. 验证仿真结果：将优化后的设计应用到实际锅炉中，进行实际运行和测试，与仿真结果进行对比验证。

通过锅炉汽包水位三冲量仿真，可以帮助工程师更好地了解锅炉水位的变化规律，指导控制系统的设计和调整，提高锅炉的安全性和效率。

摘要在大多数情况下，简单控制系统由于其自身需要的自动化仪表少，设备投资少，维护、投运简单，同时，生产实践证明它能解决大量的生产控制问题，满足定值控制的要求，因此，简单控制系统是生产过程自动控制中最简单、最基本、应用最广的一种形式，约占自动控制系统的90%左右。

但是，针对不同的生产过程为满足其生产过程的生产工艺、生产参数的不同要求，简单控制系统已不能满足生产要求，所以相继出现了各种复杂控制系统，例如，串级控制系统，前馈控制系统，纯滞后补偿控制系统和解耦控制系统等。

在各种复杂控制系统中，串级控制系统占有较大比重。

串级控制系统是在简单控制系统的基础上发展起来的，为双闭环或多闭环控制系统。

串级控制系统可以应用于容量滞后较大的对象，纯滞后较大的对象，扰动变化激烈而且幅度大的对象和参数互相关联的对象。

锅炉液位控制方案是通过对锅炉内的压力和液位的直接控制，在有蒸汽流量的改变时，系统能够很快的做出设置，使系统稳定。

运用副回路的快速作用，将有效地提高控制质量，可以满足生产要求。

为此设计以串级控制为基础的加热炉串级控制系统，对该生产过程有积极意义。

关键词：串级控制，锅炉液位，前馈-串级控制 matlab目录一、对串级系统研究 (1)二、系统器件选择（包括器件参数）及系统分析 (2)2.1 系统器件选择 (2)2.2 串级控制系统性能分析 (2)2.3 主、副控制规律的设计 (2)2.4 控制参数的工程整定 (3)三、锅炉液位串级控制系统的仿真与结果分析 (4)3．1锅炉液位仿真图如下所示 (4)3.2 PID 参数整定及MATLAB 系统仿真 (4)3.3 扰动加在不同对象时的曲线 (5)3.4 不同副调节器比例度的影响 (6)四、设计总结 (8)五、参考资料 (9)一、对串级系统研究串级控制系统性能特点：串级控制系统即在结构上多了一个副回路，形成了两个闭环——双闭环。

就其主回路来看是一个定值控制框图，而副回路则为一个随动系统。