燃烧控制设计及仿真
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目录1 控制系统简介 (1)2控制系统分析 (2)2.1 燃烧量控制 (2)2.2 送风量控制 (2)3利用Matlab或应用稳定性判据对系统稳定性分析 (3)3.1稳定判定 (3)3.2空气流量被控对象 (4)3.3 引风量与负压关系 (6)3.4 送风量对负压的干扰 (7)3.5 前馈补偿函数 (8)4利用Simulink建立控制系统各部分参数整定仿真框图 (10)4.1 燃料控制系统临界振荡仿真框图 (10)4.2蒸汽压力控制系统参数整定仿真框图 (15)4.3 空气流量控制系统参数整定 (16)4.4 负压控制系统参数整定 (18)5 利用Simulink建立燃烧炉控制系统仿真框图以得到仿真结果 (20)6 总结 (21)燃煤锅炉的控制过程会受到许多不可测扰动的影响,加之过程含有时滞,故仅采用常规反馈控制很难有效地消除这些不可测扰动的影响。
目前常用的解决方法是估计扰动的模型,采用补偿的办法。
但锅炉实际运行中的扰动是无法完全估测或不易测量的。
简单的扰动模型不能对扰动作出完全的估计,因而给其控制带来很大困难。
而利用燃烧过程中可测量的输出量,推断不可测扰动对过程主要控制量影响的控制思想———推理控制正好可解决上述问题。
因此本系统的设计框图如下：2.1 燃烧量控制使进入锅炉的燃料燃烧所产生的蒸汽量满足的外部负荷要求信号。
燃料量控制方案：燃料量控制采用单回路控制方式，副调节器燃料控制调节器接受蒸汽压力的信号。
燃料量控制系统为串级系统，主调节器接受反馈压力信号和压力定值信号比较后所得偏差经过主调节器运算后输出校正信号，该信号作用于副调节器入口作为定值信号。
副调节器输出调节信号去改变燃料量的值，以适应负荷要求，调节结束后，系统应保证机前压力恢复到给定值。
燃料量信号反馈到调节器入口，用以克服来自燃料侧的内扰。
2.2 送风量控制任务：保证锅炉燃烧过程的经济性控制方案：燃料流量与控制流量的比值G(s)=1/2。
采用单回路控制送风量。
3 利用Matlab 或应用稳定性判据对系统稳定性分析3.1 稳定判定1132)(+=s s G s e 3- s=tf('s');num=2;den=[13 1];G=tf(num,den);G.iodelay=3;bode(G)计算出相位裕量与增益裕量[Gw, Pw, Wcg, Wcp]=margin(G) Gw =3.7283Pw =97.1000Wcg =0.5684Wcp =0.13323.2 空气流量被控对象1113)(+=s s G se 2->> g=tf([3],[11 1],'inputdelay',2) Transfer function:3exp(-2*s) * --------11 s + 1>> bode(g)计算出相位裕量与增益裕量>> [Gw, Pw, Wcg, Wcp]=margin(g) Gw =3.0956Pw =80.0063Wcg =0.8393Wcp =0.25713.3 引风量与负压关系1710)(+=s s G s e - >> g=tf([10],[7 1],'inputdelay',1)Transfer function:10exp(-1*s) * -------7 s + 1 >> bode(g)计算出相位裕量与增益裕量>> [Gw, Pw, Wcg, Wcp]=margin(g)Gw =1.1641Pw =14.3208Wcg =1.6568Wcp =1.42103.4 送风量对负压的干扰132)(+=s s G >> g=tf([2],[3 1])Transfer function:2-------3 s + 1 >> bode(g)计算出相位裕量与增益裕量>> [Gw, Pw, Wcg, Wcp]=margin(g) Gw =InfPw =120.0007Wcg =NaNWcp =0.57733.5 前馈补偿函数51517)(++=s s s G>> g=tf([7 1],[15 5])Transfer function:7 s + 1--------15 s + 5>> bode(g)计算出相位裕量与增益裕量>> [Gw, Pw, Wcg, Wcp]=margin(g) Gw =InfPw =InfWcg =NaNWcp =NaN4 利用Simulink 建立控制系统各部分参数整定仿真框图4.1 燃料控制系统临界振荡仿真框图为使系统无静差，燃烧流量调节器采用PI 形式，即:sK K S G IP C +=)(,其中，参数P K 和I K 采用稳定边界法整定。
从PID 控制器的3个参数的作用可以看出3个参数直接影响控制效果的好坏,所以要取得较好的控制效果,就必须对比例、积分、微分3种控制作用进行调节. 总之,比例主要用于偏差的“粗调”,保证控制系统的“稳”；积分主要用于偏差的“细调”,保证控制系统的“准”；微分主要用于偏差的“细调”,保证控制系统的“快”。
过程控制系统中常用的P ID 校正装置传递函数为：()IP D K G s K K s s=++ 4-1 其中P K 、I K 、D K 分别是比例系数、积分系数、微分系数.Simulink 环境仿真的优点是:框图搭建非常方便、仿真参数可以随便修改。
表4-1 稳定边界法参数整定的计算公式使用稳定边界法整定PID 参数分为以下几步。
1)将积分系数I K 和微分系数D K 设为0，P K 置较小的值，使系统投入稳定运行。
2)逐渐增大比例系数P K ， 直到系统出现稳定振荡,即所谓临界振荡过程. 记利用各整定参数对控制系统仿真，其框图如图5所示。
假定蒸汽压力设定值为10，炉膛负压设定值为5，系统受幅值±0.1的随机干扰。
在燃料流量控制系统整定的基础上，整定蒸汽压力控制系统参数。
系统整定仿真框图如图所示。
此时P K =10.5，从图4-5中读出曲线两峰值之间的距离约为4s ，因此取T=4s 。
下一步即可算出按稳定边界法表4-1整定的PI 参数了。
P K =10.5；T=4； I K =1.2*P K /T ；P K =0.6*P K 4-2通过将PID 参数写入PID 控制器对系统进行仿真，最后得到校正后的PI 参数分别为：P K =6.3；I K =3.15，将这三数据输入PI 控制器里，便得到如下仿真曲线图录此时的临界振荡增益P K 和临界振荡周期T 。
4)按照表4-1的经验公式和校正装置类型整定相应的PID 参数,然后再进行仿真校验.下面将根据前面提到的稳定边界法来进行参数整定。
首先是求取临界振荡周期和临界增益。
方法是逐步增大P K ，直到系统出现等幅振荡为止。
记下此时的P K ，即为临界增益；此时的曲线两峰值之间的距离即为临界振荡周期T 。
具体在Simulink 下可以如下实现：先选取较大的P K ,例如100 (不同的对象有不同的值) ,使系统出现不稳定的增幅振荡;然后采取折半取中的方法寻找临界增益,例如第一个点是P K =0，如果仍为增幅振荡则选下一点P K =25，否则选取P K =75。
如此不断地对折可以最快找到临界增益。
利用MATLAB 求解非线性方程的功能也可以精确确定临界增益和临界振荡周期。
不过一来非常准确的精确值没有必要，二来重新编写求解非线性方程的M 函数也要耗费一定的时间,还不能保证方程列写的准确性。
因此,直接在Simulink 下通过对折取中的方法求出近似值。
等幅振荡时,有图4-5：此时P K =10.5，从图4-5中读出曲线两峰值之间的距离约为4s ，因此取T=4s 。
下一步即可算出按稳定边界法表4-1整定的PI 参数了。
P K =10.5；T=4； I K =1.2*P K /T ；P K =0.6*P K 4-2通过将PID 参数写入PID 控制器对系统进行仿真，最后得到校正后的PI 参数分别为：P K =6.3；I K =3.15，将这三数据输入PI 控制器里，便得到如下仿真曲线图4.2蒸汽压力控制系统参数整定仿真框图在燃料流量控制系统整定的基础上，整定蒸汽压力控制系统参数。
系统整定仿真框图如图4所示。
副调节器采用比例积分调节，双击开副调节器PID1模块，进行如下参数设置：4.3 空气流量控制系统参数整定4.4 负压控制系统参数整定5 利用Simulink建立燃烧炉控制系统仿真框图以得到仿真结果利用各整定参数对控制系统仿真，其框图如图5所示。
假定蒸汽压力设定值为10，炉膛负压设定值为5，系统受幅值 0.1的随机干扰。
6 总结设计期间，。
