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1、存档编号2012届 本科生毕业论文湖北文理学院毕业论文（设计）论文（设计）题目：锅炉燃烧过程控制系统的 Simulink仿真English Topic : Simulink simulation of the boiler combustionprocess control system系院物理与电子工程学院专业自动化班 级 0811班学 生指导教师2012年5月15日锅炉燃烧过程控制系统的Simulink仿真摘要：过程控制作为自动化的重要方向和组成部分，已广泛应用于石油、化工、 电力、冶金、机械、轻工等许多国民经济的重要领域。根据实际应用领域和工艺 过程的不同，所采用的控制方式及其侧重点也不
2、相同。在大量的工业生产中，锅炉是重要的动力设备，燃烧是必要的一环，从燃烧角度来说，有燃油、燃煤、燃 气的区别。燃烧过程的控制包括压力控制、温度控制、燃烧程度控制、安全性控 制、节能控制等。本文根据火电厂锅炉燃烧过程的生产工艺和流程，利用单回路、串级、比值 等控制系统的特点，分别设计锅炉燃烧过程控制系统的三个子系统：蒸汽压力控 制系统，燃料与空气的比值控制，炉膛负压控制系统。在仿真软件 MATLAB/Simulink中，根据控制系统原理方框图，作出仿真模型图，分别进行相 应的仿真。经PID参数整定后，得出仿真结果，并进行分析总结。关键词：燃烧过程控制；MATLA仿真；SIMULINKSimuli
3、nk simulation of the boiler combustion process controlsystemAbstract: Process con trol as an importa nt direct ion of automati on tech no logy and components, has been widely used in petroleum, chemical, electric power, metallurgy, machinery, light industry, and many other important areas of the nat
4、ional economy. Depending on the field of practical application and process, using the control and its focus is not the same. Bur ning are an esse ntial part in a large nu mber of in dustrial product ion from the combusti on point of view, the differe nce betwee n fuel oil, coal and gas. Although the
5、 applicati ons and fuel burning may be differe nt, but the con trol of the combustio n process is not outside the combusti on con trol, temperature con trol, combustion degree of control, safety control, energy-saving control. Based on the thermal power pla nt boiler combusti on process producti on
6、tech no logy and processes, the use of single-loop, the characteristics of the cascade,ratio control system were designed boiler combustion control system consists of three subsystems: the steam pressurec on trol system, fuel and air ratio con trol, the n egative pressure in furn ace con trol system
7、 .In the simulatio n software MATLAB / Simuli nk block diagram of control system theory to make the simulation model diagram, simulation, respectively. After PID con troller parameters obta ined simulatio n results and an alysis.Key words: Combustion process con tro; MATLAB simulatio n; SIMULINK引言1.
8、1控制系统及 MATLAB言的应用基础 31.1控制系统性能要求 3.1.2控制系统的时域分析 3.1.3控制系统的频域分析 4.1.3.1 频域性能指标： 4.1.3.2频域分析的三种分析方法41.4控制系统的根轨迹分析5.1.5MATLAB软件认识5.1.5.1MATLAB 的特点5.1.5.2 MATLAB在控制系统分析中的应用 61.5.3根轨迹绘制6.1.5.4控制系统的频域分析 7.1.6MATLAB环境下的Smulink简介92燃烧过程控制系统概述 112.1蒸汽压力控制系统和燃料空气比值系统 1 22.2炉膛负压控制系统143锅炉燃烧控制系统辨识 173.1燃烧炉蒸汽压力控制和
9、燃料空气比值控制 1 73.2炉膛负压控制1.74系统稳定性分析 184.1燃料控制系统 1.84.2空气流量控制系统194.3负压控制系统 1.95锅炉燃烧控制各子系统仿真 215.1燃料控制系统215.2蒸汽压力控制系统245.3空气流量控制系统265.4负压控制系统前馈补偿整定276锅炉燃烧控制系统SIMULINK仿真 307总结 32参考文献 33附 录 34致谢 37过程控制系统是工业中控制系统的主要表现形式， 一般指工业生产过程中自 动控制系统的被控变量为温度、压力、流量、液位、成分等变量的系统。由于被 控过程的多样性，因此过程控制系统的形式也多样，相应的控制方案也丰富多彩。在实际
10、工程中，控制系统的结构往往很复杂，如果不借助专用的系统建模软 件，很难准确地把一个控制系统的复杂模型输入计算机，对其进行进一步的分析与仿真，Simulink的出现给控制系统分析与设计带来了福音。 它有两个主要功能： Simu (仿真)和Link (连接)，即该软件可以利用鼠标在模型窗口上搭建出所 需要的控制系统模型，然后对系统进行仿真和分析。Simulink仿真的模型是具体的函数模型，因此，过程的建模就显的十分的重 要。过程建模方法主要有这么几种：1 机理法用机理法建模就是根据过程的内在机理， 写出各种有关的平衡方程，例如物 质平衡方程、能量平衡方程、动量平衡方程、相平衡方程，以及反映流体流动
11、、 传热、传质、化学反应等基本规律的运动方程、物性参数方程和某些设备的特性 方程等，从中获得所需的数学模型。2 测试法测试法建模通常只用于建立输入输出模型。 它是根据过程的输入和输出的实 测数据进行某种数学运算后得到的模型，其主要特点是把被研究的过程视为一个 黑匣子，完全从外特性上描述它的动态性质，也称为“黑箱模型”。复杂过程一 般都采用测试法建模。测试建模法又可分为经典辨识法和系统辨识法两大类：(1) 经典辨识法不考虑测试数据中偶然性误差的影响，只需对少量的测试数据进行比较简单 的数学处理，计算工作量一般较小。经典辨识法包括时域法、频域法和相关分析 法。(2) 系统辨识法其特点是可以清除测试
12、数据中的偶然性误差即噪声的影响，为此就需要处理大量的测试数据，计算机是不可缺少的工具我们针对工程训练任务书中给出的系统辨识函数，搭建了仿真框图，调整PID参数，最终使系统在较好的指标内达到稳定。本论文主要分为以下几章：第一章控制系统及MATLAB语言的应用基础第二章锅炉燃烧过程控制系统概述第三章锅炉燃烧控制系统辨识第四章系统稳定性分析第五章锅炉燃烧控制各子系统仿真第六章锅炉燃烧控制系统Simulink仿真第七章总结#1控制系统及MATLA语言的应用基础控制的任务是形成控制作用的变化规律，使得不管是否存在扰动对象都能得 到所期望的行为。自动控制系统是在无人直接操作或干预的条件下，通过控制器 使控
13、制对象自动的按照给定的规律运行，使被控制量能够按照给定的规律变化。1.1控制系统性能要求对于一个控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、快速性和准确 性。稳定性是指动态过程的平稳性，就是动态过程的振荡倾向于系统受干扰偏离 平衡状态后恢复平衡状态的能力。 控制系统的稳定性是系统使用的基础， 不稳定 的系统没有实际意义。快速性是指动态过程的快速性，即动态过程的时间长短，时间越短，快速性 能越好。准确性是指动态过程的最终精度，即控制系统输出量的期望值与实际终止值 之差(即稳态误差)，其差值越小精度越高。受控对象不同，对稳、准、快的技术要求也各有所侧重。对于一个实际系统， 不能要求三项性能指标都
14、很优良， 那样系统的成本会很高。而且，同一个系统的 稳、准、快各个指标往往相互制约。1.2控制系统的时域分析时域分析法是根据自动控制系统微分方程，用拉普拉斯变换来求解动态响应 的过程曲线。时域分析的目的是求解响应的性能指标。 通常将控制系统跟踪或复 现阶跃输入信号响应的指标作为系统控制性能的指标。 阶跃响应的一般性能指标 有：上升时间tr、峰值时间tp、超调量sigma( c %)调节时间ts及稳态误差ess。超调量c%是指阶跃响应曲线h(t)中对稳态值的最大超出量与稳态值之比。 即：h(tp) h(oo)h(s)X 100%峰值时间tp：是指从o到阶跃响应曲线h(t)进入稳态值附近+5恤的
15、误差带而不再超出的最小时间。恢复时间：从阶跃扰动作用开始到输出量基本上恢复稳态的过程中，输出量 与新的稳态值之差进入某基准量_的说范围之内所需的时间。在MATLAB中实现时域分析有两种方法：一种是 MATLAB的函数指令方 式，如求取连续系统的单位阶跃响应函数 step()，单位冲激响应函数impulse。， 零输入响应函数initial()等；另一种是在Simulink窗口菜单操作方式下进行时域 仿真。1.3控制系统的频域分析1.3.1频域性能指标：峰值：幅频特性A(的最大值。频带：幅频特性A( 3 的数值衰减到0.707A(0)时对应的频率。 相频宽：相频特性 (j等于-n /2时对应的频率。1.3.2频域分析的三种分析方法Bode图(幅频/相频特征曲线)、Nyquist曲线、Nichols图。(1) Bode 图：Bode图即对数频率特性曲线。(2) Nyquist 曲线：Nyquist曲线是根据开环频率特性在复平面上会出的幅相轨迹。根据开环 Nyquist曲线，可判断闭环系统的稳定性。反馈控制系统稳定的充分条件是， Nyquist曲线按逆时针包围临界点(-1，j0)的圈数p等于开环传递函
