直接蒸汽加热器自动控制系统在线仿真

线性自抗扰控制在火电机组主蒸汽温度控制中的应用仿真打开文本图片集摘要：针对大容量火电机组的直流锅炉主蒸汽温度控制难度较大问题，研究了线性自抗扰控制技术（LADRC）对经典串级PID技术在温度控制特性上的提高。

首先介绍了大容量火电机组的直流锅炉温度控制特性及其机理模型，然后介绍了線性自抗扰控制技术的控制思想与原理，最后利用simulink工具进行模型搭建，对主蒸汽温度控制进行仿真实验。

仿真结果表明，相对经典串级PID技术而言，线性自抗扰控制技术具有更强的鲁棒性和抗干扰性能。

关键词：自抗扰技术；PID；主蒸汽温度控制；扩张状态观测器0引言大型火电机组均采用直流锅炉，锅炉提供的过热蒸汽进入汽轮机，并推动发电机进行发电。

锅炉出口处的蒸汽温度、压力、流量等特性决定了机组的安全性、发电量以及经济效益等特性。

其中600MW超临界机组的主蒸汽温度设定值一般为560°C，主温度过低会使得机组的热效率降低，由于主蒸汽设定温度接近过热器管道的钢结构的耐受温度，主蒸汽温度过高则会造成过热器管道爆管，对整个机组的安全运行构成威胁，因而控制锅炉出口处的过热蒸汽温度保持稳定具有极其重要的作用。

超（超）临界机组的锅炉为直流锅炉。

要保证主蒸汽温度的稳定，其汽温控制的基本措施是保持煤水比进行粗调，利用减温喷水进行细调[1]。

目前大部分电厂采用串级PID对主蒸汽温度进行控制，选取喷水口的蒸汽温度为导前量进行控制。

在内环中对喷水口处的蒸汽温度进行控制，在外环中对过热器出口处的蒸汽温度进行控制。

使用经典串级PID进行主蒸汽温度控制往往难以取得比较理想的控制效果，甚至影响机组自动发电控制（AGC）和锅炉运行的安全和稳定。

自抗扰控制（ActiveDisturbanceRejectionControl）是韩京清研究员于上个世纪八十年代末提出的一种新型控制技术，它是一种估计补偿不确定因素的控制技术[2]。

自抗扰控制技术在对控制对象进行控制时，不需要知道系统的数学模型，对非线性、大惯性、不确定时滞等复杂系统具有很好的控制效果[3]。

d ρ ″ V sd dt
= x o Gb - Gg ( 8)
2 数学模型处理及简化
21 1 数学模型的简化
由于偏微分方程组求解很困难 , 对建立的 数学模型进行线性化处理 。对分布参数模型进 行了集总参数化处理 , 即将实际的分布参数对 象近似的等效为若干个集总参数环节组成的串 联系统 ,这样经过必要的数学转换 ,偏微分方程 组变为一组常微分方程组 ,在假设前提下 ,与原 偏微分方程系统等效 。 仿真将得到工质流量输入扰动作用下中参数 。这样 , 每 一个轴向小控制体状态参数便只与时间有关 , 与空间变量无关 。如方程 ( 12) 可化为 : ρ A
( 哈尔滨工程大学 ,黑龙江 哈尔滨 150001)
摘要 : 基于分布参数热工对象的集总参数化动力学模型 ,对自然循环蒸汽发生器进行了控制体划分并建 立了数学模型 ,并用 MA TL AB 语言和 SIMUL IN K 仿真软件对其进行了仿真 ,文章采用了 Runge2 Kutta
( 4 ,5) 求解器 ,得到不同功率装置运行时 ,一次侧 ,二次侧 ,以及管束的温度分布 ,并得到一回路给水扰动
同一截面上 ,具有相同的状态参量 ; 2) 在蒸汽发生器一次侧为单相液体 ; 3) 蒸汽发生器二次侧流体沸腾为饱和沸 腾 ,不考虑过冷沸腾 ; 4) 假设分离器效率为 100 % , 即蒸汽空间 内蒸汽为 100 %的干燥饱和蒸汽 ; 5) 忽 略 一 回 路 、 二回路工质的轴向导 热 , 忽略 U 形 管壁 的 轴 向 导 热 , 忽 略 蒸 汽 发 生器的对外散热 , 忽略除传热管外任何构件 的热容 ; 6) 管束套筒是绝热的 ,即不考虑上升通道 流体与下降通道流体间的传热 。 11 21 1 一回路侧 一回路侧为不可压缩流体 , 假定流通截面 积为常数 。 能量守恒方程 : ρ5 h p + Gp 5 h p = - qp 5t 5z

新手如何将蒸汽减压自动控制系统投自动蒸汽减压自动控制系统比较常见，通常由传感器、PID调节器和电动调节阀构成，系统调试其实是整定PID调节器的PID参数，将系统投入自动的过程， 仪表在本文教新手如何将减压自动控制系统投入自动。

控制系统构成蒸汽减压自动系统由压力变送器、PID调节器和电动调节阀三部分组成，其控制原理为压力变送器将压力信号送入PID调节器，PID调节器将输入信号进行运算后输出给电动调节阀，调节阀根据PID调节器输出的控制信号改变阀门开度使阀后蒸汽压力稳定在工艺要求的某个压力值。

蒸汽减压自动调节系统构成示意图本文不涉及阀门安装、调节器安装和压力变送器安装的知识，主要讲述将蒸汽减压自动控制系统投自动的步骤及要点。

为了让新手有一个清晰的思路，昌晖仪表工程师将整定PID参数、将系统投自动的过程分为七个步骤，每个步骤都有其需要关注的重点和目的，有助于新手迅速上手。

实例：某厂需要将1.0MPa蒸汽用减压控制系统减压至0.4MPa压力后供后续工序使用，新增电动调节阀1台(调节阀为AC220V供电，控制信号为4-20mA，阀位反馈输出4-20mA)、压力变送器1台(量程0-1.6MPa，二线制4-20mA输出)、PID调节器1台(型号YR-GFD805-020-12-HL-P-T，4-20mA输入，控制输出4-20mA，带DC24V馈电，仪表电源AC220V)。

昌晖仪表结合这个实例与新手分享将蒸汽减压自动控制系统投入自动的方法和步骤：1、仪表接线蒸汽减压自动控制系统接线包含压力变送器-PID调节器、PID调节器-电动调节阀两个部分的接线，这一部分操作很简单，全部按照说明书进行，认真即可很好完成，不再累述。

在此重点说说如何简单判断仪表接线是否正确？仪表接线是否正确可从以下三个环节看出：①PID调节器、压力变送器和调节阀供电正常(表明仪表电源回路接线无误)；②PID调节器正常显示压力测量值(表明调节器和压力变送器信号回路接线无误)；③将PID调节器置于手动控制状态，按“▲”键电动调节阀能正常打开，按“▼”键电动调节阀能正常关闭(表明调节器和调节阀控制回路接线无误)以上三个环节哪个环节有问题，应针对性检查和处理。

《过程控制系统》课程设计报告蒸汽锅炉液位控制系统设计及MATLAB模拟设计组长：袁文君小组成员：梁灿张佳指导老师: 侯雄坡化学工程与技术学院２012年10月ﻬ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。