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1、本科生毕业设计锅炉过热蒸汽的温度控制Temperature Control of Superheated Boiler Steam 长春理工大学本科毕业设计毕业设计原创承诺书1本人承诺：所呈交的毕业设计锅炉过热蒸汽的温度控制，是认真学习理解学校的长春理工大学本科毕业设计工作条例后，在教师的指导下，保质保量独立地完成了任务书中规定的内容，不弄虚作假，不抄袭别人的工作内容。2本人在毕业设计中引用他人的观点和研究成果，均在文中加以注释或以参考文献形式列出，对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体均已在文中注明。3在毕业设计中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。4本人完全了解学校关
2、于保存、使用毕业设计的规定，即：按照学校要求提交论文和相关材料的印刷本和电子版本；同意学校保留毕业设计的复印件和电子版本，允许被查阅和借阅；学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存毕业设计，可以公布其中的全部或部分内容。以上承诺的法律结果将完全由本人承担！ 作 者 签 名： 年 月 日长春理工大学本科毕业设计摘 要过热蒸汽温度控制系统是单元机组不可缺少的重要组成部分，其性能和可靠性已成为保证单元机组安全性和经济性的重要因素。过热蒸汽温度较高时，机组热效率则相对较高，但过高时，汽机的金属材料又无法承受，气温过低则影响机组效率。过热蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行非常重要，所以对其控制有较高的要
3、求。但是由于过热蒸汽温度是一个典型的大迟延、大惯性、非线性和时变性的复杂系统，本次设计采用串级控制以提高系统的控制性能，在系统中采用了主控-串级控制的切换装置，使系统可以适用于不同的工作环境。通过使用该系统，可以使得锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化，并保护过热器营壁温度不超过允许的工作温度。关键词：过热蒸汽温度 串级控制系统 Smith预估器 MATLAB仿真 长春理工大学本科毕业设计AbstractThe superheated steam temperature control system is an important and indispensable unit aircre
4、w part, its performance and reliability has become ensure safety and economic behavior of the unit aircrew important factors. The superheated steam temperature is higher, the thermal efficiency is relatively high, but is high, the metal materials and the turbine unable to bear, the temperature is to
5、o low will influence the unit efficiency. The superheated steam temperature stability of the unit safe and economic operation is very important, so for the control have higher requirements. But because the superheated steam temperature is a typical time-delayed, large inertia, nonlinear and changeab
6、le complex system, this design USES the cascade control in order to improve the control performance of the system, in the system by the master-cascade control of switching device, make the system can be used in different working environment. By using this system, can make the boiler overheating expo
7、rt steam temperature in allowed within the scope of the change, and the protection of superheater wall temperature not more than allow the camp of working temperature.Key words: the superheated steam temperature; cascade control system; Smith predictor;MATLAB simulation长春理工大学本科毕业设计目录摘 要IABSTRACTII第1
8、章 绪论11.1 选题的背景及意义11.2 国内外研究现状11.3 本次设计的目的21.4 本次设计的内容2第2章 过热蒸汽温度控制系统的组成与对象特性32.1 过热器的分类及基本结构32.1.1 过热器的分类32.1.2 过热器的基本结构42.2 锅炉过热蒸汽温度控制系统的基本结构与工作原理52.2.1 过热器一级减温控制系统52.2.2 过热器二级减温控制系统62.3 过热蒸汽温度控制对象的动静态特性72.3.1 静态特性72.3.2 动态特性82.4 过热蒸汽温度调节的概念和方法102.4.1 从蒸汽侧调节汽温112.4.2 烟气侧调节汽温11第3章 过热蒸汽温度控制系统的基本方案133
9、.1 PID控制器133.1.1比例积分微分（PID）调节器133.1.2 PID参数整定方法143.2 串级温度控制系统153.2.1 串级温度控制系统的基本结构及原理153.2.2 串级温度控制系统的设计163.2.3 串级温度控制系统的整定183.2.4 串级温度控制系统的仿真213.3 导前微分控制系统223.3.1 导前微分控制系统的组成及原理223.3.2 导前微分控制系统的分析233.3.3 导前微分控制系统的整定243.3.4 导前微分控制系统的仿真263.4 两种自动控制系统的比较及控制方案选择27第4章 主蒸汽温度控制系统的改进与仿真294.1 Smith预估补偿器294.
10、2 改进型史密斯预估器324.3 带有改进型Smith预估器的主蒸汽温度控制系统设计与仿真34第5章 结 论37参考文献38致 谢39附 录40长春理工大学本科毕业设计第1章 绪论1.1选题的背景及意义锅炉的过热蒸汽温度是工业蒸汽锅炉安全，稳定运行的重要指标之一。温度过高，会使蒸汽带水过多，汽水分离差，使后续的过热管壁结垢，传热效率下降，过热蒸汽温度下降，影响生产和安全；温度过低又将破坏部分水冷壁的水循环还不能满足工艺要求，严重时会引起爆炸。因此，在锅炉运行中，保证过热蒸汽的温度达标是非常重要的1。过热蒸汽的温度一般可以看作是多容分布参数的受控对象，其动态特性描述可用多容惯性环节表示，该对象具
11、有明显的滞后特性。在锅炉运行中，影响过热器出口蒸汽温度的因素很多，有蒸汽流量、锅炉给水温度、烟气温度、流量、流速等。在这些因素的共同作用下，过热汽温对象除了具有多容、大惯性、大延迟的特性之外，往往还表现出一定的非线性和时变特性，因此，过热蒸汽温度控制系统是锅炉各项控制系统中较为复杂的控制系统之一。所以针对上述情况设计的控制系统，既要求对烟气侧扰动及负荷扰动等较大外扰具有足够快的校正速度，同时又要求能够对减温水的内扰有较强的抑制能力，从而使系统具有足够的稳定性和良好的控制品质，并能保证系统运行的安全性。1.2国内外研究现状随着自动化技术与电子技术的发展，微型计算机、工业专用控制计算机的出现以及广
12、泛的应用，为锅炉控制领域开辟了一片广阔的天地。运用计算机技术的高效率、高可靠性、全自动的微机工业测控系统开始日益得到重视。80年代后期至今，国内外已经陆续出现了各种各样的锅炉微机测控系统，明显的改善了锅炉的运行状况，但还不够完善。 随着控制理论的发展，PID控制已经广泛应用到了锅炉的过热蒸汽温度控制中。国内外广大专家学者和现场工作人员主要关注的热点问题是：面对具有大延迟、工况参数对模型参数有较大影响的过热汽温，如何稳定、准确、快速地对其进行有效的控制。过热汽温对象具有时变性、不确定性、非线性等特点，并且会有一些随机的扰动产生，工艺流程复杂，使其难以建立精确的数学模型。同时还具有延迟和惯性较大等
13、特性。所以常规PID控制方法更难以取得满意的控制效果。 因此，许多火电厂都希望能有一种理想的控制策略实现对过热汽温的有效控制。随着控制理论的不断发展，控制领域出现了许多新的控制方法，如预测控制方法、自适应控制方法、各种智能控制方法(包括模糊控制、神经网络、遗传算法等等)。除此之外还有综合了几种控制形式的混合式智能控制器等多种形式，如以模糊控制为基础的专家模糊控制系统，最常见的是以常规PID数字控制为基础，通过专家系统在线实时整定PID控制参数，即智能自适应PID控制器2。一直以来，国内外许多专家学者都在积极研究将这些新的控制算法应用到过热蒸汽温度的控制上。目前比较有效的是模糊-PID复合串级控
14、制系统，较好实现对过热蒸汽温度的控制。1.3本次设计的目的本文的设计目的，就是针对过热蒸汽温度的特点，在深入分析过热蒸汽温度调节的过程，过热蒸汽温度调节对象的静态特性、动态特性以及过热蒸汽温度控制的设计难的基础上，确定在过热蒸汽温度控制系统中应用串级控制的可行性，并考虑根据蒸汽温度偏差和偏差的变化情况调整控制器的各个参数，实现控制过热蒸汽温度。并且通过仿真验证来控制效果。1.4 本次设计的内容1分析了过热蒸汽温度调节的任务，静态特性，在蒸汽流量扰动、烟气流量扰动、减温水流量扰动三种主要扰动下过热汽温的动态特性，过热汽温控制的难点和设计原则，并对过热蒸汽温度控制系统的现状进行了大致的介绍。2.由
15、于汽温对象具有大延迟、大惯性的特点，尤其随着机组容量和参数的增加，蒸汽的过热受热面的比例加大，使其延迟和惯性更大，使其控制难度加大。在各种扰动作用下反映出非线性、时变等特性，从而进一步加大了汽温控制的难度。介绍了串级控制系统和导前微分控制系统，并加以分析、比较。并对该系统参数进行整定。根据两种方案的特点，初步选用串级控制系统，将串级控制引入到过热蒸汽温度控制系统中，但串级控制系统不能克服纯之后带来的影响，在接下来对串级控制系统进行了改进。3.通过对控制系统的改进与仿真，确定了一种引入改进型Smith预估器的串级控制系统，该系统根据蒸汽温度的偏差和偏差变化情况调整控制器的PID因子，进而调整了控制系统的控制策略，解决具有纯迟延的过程控制，提高控制品质。同时，通过相应控制器去控制减温水调节阀的阀位开度，根据调节减温水的流量大小来控制过热蒸汽温度的变化，从而实现对过热蒸汽温度控制。仿真结果表明，基于改进型Smith预估器对大惯性、纯延迟系统具有较好的控制效果，提高了系统的鲁棒性得以提高，使控制品质变好。第2章
