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1、过程控制系统课程设计任务书锅炉燃烧控制系统设计与仿真一、研究对象某供汽量为35t/h的锅炉工艺流程图如上所示，工艺过程详情参考教材第10章。现在考虑对锅 炉燃烧过程进行控制，实现燃料量控制系统、风量控制系统、炉膛压力控制系统、蒸汽压力控 制系统和燃料与空气比值控制系统的仿真。为便于控制方案研究，假设如下：(1) 该锅炉的蒸汽压力工作点为P0=3MPa，炉膛负压Pf = -15Pa。(2) 蒸汽压力的测量范围都为05 MPa，炉膛负压的测量范围为-30 0 Pa。(3) 蒸汽压力检测变送器的传递函数为 G(s) =1, 燃料流量检测变送器的传递函数为G(s)=1，燃料流量与控制流量比值为G(s)
2、=1。(4) 炉膛引风量与负压的关系为G (s) = -1 e-Js，1 Ts +11 送风量对负压的干扰为G (s) =2，2 Ts +12其中对象特性参数均可能在以下范围内变化：k e 0.1, 0.2 (t/Pa),1k e 0.3,0.7 (t/Pa), T e 25,35分，T e 3,7分，J e 5,15分。2 1 2 15)蒸汽流量干扰模型:G45炉温的模型：G3(s)=k3 e-J3sTs +133蒸汽压力模型：G （s）=身e弋，f Ts6其中对象特性参数在以下范围内变化： k & 3.5,4 MPa/hr, T e 13000,14000分,k e 0.8,1.2 C /
3、hr, k e 0.8,1.2 (t/hr)，3 4T e 220, 250分，T e 7,12分，t e 12,184 66M性过剩空气系数（6）最佳过剩空气系数与负荷的关系如图2：二、研究任务对于上述被控过程，假设该锅炉的蒸汽压力的设定范围为P e3土0.5 MPa，炉膛负压0Pf e -15土3 Pa。试应用单回路、串级、前馈、比值、选择、Smith预估等控制方法，设计至少 2套控制系统，完成对锅炉燃烧过程控制的目的。对于每一套控制方案，具体要求：1、说明所采用的控制方案以及采用该方案的原因，并在工艺流程上表明该控制系统。2、确定所用控制器的正反作用，画出控制系统完整的方框图（需注明方框
4、图各环节的输入 输出信号），并选择合适的PID控制规律。3、在SIMULINK仿真环境下，对所采用的控制系统进行仿真研究。具体步骤包括：（1）在对象特性参数的变化范围内，确定各环节对象的传递函数模型，并构造 SIMULINK对象模型；（2）引入手动/自动切换环节，在手动状态下对控制通道、干扰通道分别进行阶跃响 应试验，以获得“广义对象”开环阶跃响应曲线；（3）依据PID参数整定方法，确定各控制器的参数；（4）在控制系统处于“闭环”状态下，进行蒸汽压力、炉膛负压设定值跟踪响应试 验、干扰送风量对系统输出的扰动响应试验，并获得相应的响应曲线；（5）在各控制器参数均保持不变的前提下，当对象特性在其变
5、化范围内发生变化时， 重新进行蒸汽压力、炉膛负压设定值跟踪试验与扰动响应试验，并获得相应的响 应曲线。4、根据不同控制方案的闭环响应曲线，比较控制性能（包括是否稳定、衰减比、超调量、 过渡过程时间等）。三、仿真研究要求为使仿真研究结果具有可比性，要求：（1） 跟踪响应试验前控制系统达到稳态，蒸汽压力设定值与测量值一致，均对应 3 MPa；跟踪响应试验中，蒸汽压力设定值的阶跃变化幅度对应实际压力为 +0.5MPa；炉膛负压设定值与测量值一致，均对应-15Pa；跟踪响应试验中，炉膛 负压设定值的阶跃变化幅度对应实际压力为+1Pa。（2） 扰动响应试验前控制系统达到稳态，蒸汽压力设定值与测量值一致，
6、对应3 MPa； 炉膛负压设定值与测量值一致，对应-15Pa扰动响应试验中，送风量的阶跃变化幅 度为1 t/Pa。四、报告格式要求1、研究报告采用WORD，正文为五号宋体，标题可适当加大字号或用粗体。纸张采用A4。2、所有报告均在首页标明姓名、学号、班级，文件以“姓名.doc”的格式保存，所有研究报 告需提交仿真源程序电子版。3、报告中所有图表均需指明标题，其中表格的标题在表的上方，图的标题在图的下方。所有 表格与图的标题均为小五号宋体。图中所有曲线采用黑体，并指明坐标的意义、单位以及 大小。对于有多条曲线的，对每条曲线均要表明其含义，并且需通过选用不同的线型或线 宽加以区分。4、为避免文件过大，尽可能将所有插入图形转换成黑白图形，并采用JPG图型格式。
