【毕业设计】分段串级汽温控制系统性能分析与仿真研究 ㊣ 精品文档 值得下载

图中可以看出。

直流锅炉主汽温控制系统和汽包锅炉样，采用分段控制通过调节两侧喷水流量调节蒸汽温度。

图直流锅炉主汽温控制系统的系统流程图过热器的分段控制策略过热器般会分为低温过热器屏式过热器和高温过热器。

过热器采用两级喷水减温，级喷水减温器通常布置在屏式过热器之前，且分布在过热器的中间位置。

二级喷水减温器通常布置在高温过热器之前，同样安装在过热器的中间位置。

级减温器的作用是使屏式过热器出口温度维持在设定值，以保护屏式过热器管壁不超温，同时配合高温过热器温度控制系统的工作。

二级喷水减温器是使主汽温维持在规定的范围内，并保持末级过热器不超温。

过热器每级喷水减温系统均有两只减温器，每只减温器均分两侧。

对于两侧来说，由于其出口均有的温度测点，且温度的设定值可以相互，所以其控制系统可以设计为两套的汽温控制策略。

过热汽温控制的意义及控制难点过热汽温控制对于机组的安全经济的运行有着非常重要的意义，但同时也是最难控制的的系统之，其控制难点主要体现在下几个方面过热汽温的干扰因素很多，例如负荷，减温水量等。

在各种扰动量的干扰下汽温对象具有非线性时变等特性，使控制难度加大。

汽温对象具有大迟延大惯性的特点，尤其是随着机组容量和参数的提高，蒸汽过热受热面的比例加大，使其迟延和惯性进步加大，增大了控制难度。

但同时过热汽温控制对于机组安全经济的运行有着相当重要的作用，主要有以下几个方面后屏过热器未级过热器主汽温水冷壁汽水分离器级减温水前屏过热器二级减温水主调节器副调节器对象导前区对象惰性区主变送器副变送器内回路外回路过热汽温过高会使蒸汽管道金属和锅炉受热面的蠕变加快，影响使用寿命。

当超温严重的时候，将会使材料强度急剧下降从而导致管道破裂。

过热汽温过高还会导致汽轮机的汽缸汽门前几级喷嘴和叶片的机械强度下降，导致使用寿命降低和设备损坏。

汽温过低，将会影响机组的经济性。

当汽温低的时候机组热效率降低，煤耗增大。

另外，汽温降低会使汽轮机尾部的蒸汽湿度增大，影响汽轮机内部的热效率，使汽轮机末几级叶片的侵蚀加剧。

此外，汽温降低会使汽轮机所受的轴向推力增大，对汽轮机的安全运行很不利。

主汽温变化过大，除使管材及有关部件产生疲劳外，还将引起汽轮机汽缸的转子与汽缸的胀差变化，甚至产生剧烈振动，危及机组安全运行。

总之，过热汽温是火电机组的主要参数。

由于过热器是在高温高压环境下工作，过热器出口汽温是全厂工质温度的最高点，也是金属壁温的最高处，工艺上允许的汽温变化又很小，汽温对象特性呈非线性，影响汽温变化的干扰因素多等，这些都使得汽温控制系统复杂化，因此正确选择控制汽温的手段及控制策略是非常重要的。

串级控制策略过热汽温控制对象具有大迟延大惯性的特质，简单的单回路控制系统不能满足控制要求。

目前大型机组多数采用串级控制系统，串级控制系统原理框图如图所示。

图串级控制系统原理框图从图中可以看出，串级系统和简单系统有个显著的区别，即其在结构上形成了两个闭环，个闭环在里面，被称为副环或副回路，在控制过程中起着粗调的作用，个环在外面，成为主环或者主回路，用来完成细调的任务，最终能够保证被调量满足工艺要求。

串级控制系统具有良好的控制性能，主要原因有以下三个原因对二次干扰有很强的克服能力改善了对象的动态特性，提高了系统的工作频率对负荷或操作条件的变化有定的自适应能力。

由于串级控制系统的良好控制性能，所以在过热汽温控制中得到了广泛的应用。

在基本扰动下，主汽温反映有着较大的迟延，而减温器出口温度有着明显的导前作用，因此可以构成以减温器出口温度为副参数，过热器出口温度为主参数的串级控制系统，具体如图所示。

当扰动发生在副回路时如减温水温度发生扰动，由于有副回路的存在，并且导前区的惯性小，副调节器能够快速反应，消除扰动，从而使主汽温不必发生较大变化。

当扰动发生在副回路之外时，引起主汽温偏离设定值，这时主调节器改变其输出信号，通过副调节器调节减温水流量，使主汽温恢复设定值。

图过热汽温串级控制系统本文的研究内容了解主汽温控制现状，主汽温控制系统的热力系统及其控制对象的特性，对各种控制策略都要有大概的了解，并选定自己要做的控制策略。

对分段串级控制系统的工程应用做出分析。

了解各种整定方法，建立汽温控制对象的数学模型。

在文献中找到符合自己需要的数学模型，分别设计级与二级汽温控制系统，并进行参数整定。

对级与二级汽温控制系统分别进行仿真实验，熟悉参数调节的方法，研究控制系统的稳定性，动态性能并进行鲁棒性测试。

过热器减温器减温水调节阀第二章主汽温热力系统及控制策略分析直流炉与汽包炉汽温控制系统的区别汽包炉的汽水系统主要由省煤器，汽包，下降管，水冷壁，过热器和再热器组成。

在汽水系统中，锅炉的给水由给水泵打出，先经过高压加热器，再经过省煤器吸收部分烟气中的余热后进入汽包汽包中的水在水冷壁中进行自然或强制循环，不断地吸收炉膛辐射热量，由此产生的饱和蒸汽由汽包顶部流出，再经过多级过热器进步加热成过热蒸汽。

这个具有定压力和温度的过热蒸汽就是锅炉的产品高压汽轮机接受从锅炉供给的过热蒸汽，其转子被蒸汽推动，带动发电机转动而生成电能。

从高压汽轮机排出的蒸汽，其温度压力都降低了，为了提高热效率，需要把这部分蒸汽送回锅炉，在再热器中再次加热，然主调节器和副调节器的任务是不同的，所以它们调节动作规则的选择也是不同的。

副调节器的任务是能够快速动作以迅速抵消落在副环内的二次扰动，并且不要求无差，所以可以选择调节器，也可以采用调节器。

主调节器的任务是准确保持被调量复合生产要求，是不允许有偏差的，所以般采用调节器。

串级控制系统的参数整定要比简单系统复杂些。

般来说，串级系统整定的方法有两种逐步逼近法和两步整定法。

本文采用逐步逼近法整定系统参数。

逐步逼近法是种依次整定主环副环，然后循环进行，逐步接近主副环的最佳整定的种方法，其步骤如下首先整定副环。

此时断开主环，按照单回路整定方法，求取副调节器的整定参数，得到第次整定值，记作。

整定主环。

把刚整定好的副环作为主环中的个环节，仍按照单回路整定方法，求取主调节器的整定参数，记作。

再次整定副环，注意此时副回路，主回路都已经闭合。

在主调节器的整定参数为条件下，按单回路整定方法，重新求取副调节器的整定参数。

至此已经完成个循环的整定。

从新整定主环。

同样是在两个回路闭合副调节器整定参数为的情况下，重新整定主调节器，得到。

如果调节过程仍然没有达到品质要求，按照上面步继续进行，直到控制效果满意为止。

般情况下，完成第步甚至只要完成第步就以满足品质要求，无需继续进行。

被控对象数学模型主汽温控制系统导前区的数学模型为惰性区的数学模型为级汽温控制系统导前区传递函数惰性区传递函数主汽温控制系统仿真及性能分析主汽温控制系统组态图主汽温控制系统在环境下构建的组态图如图所示图主汽温控制系统组态图其中组态图中的块中的传递函数为组态图中块中的传递函数为主汽温控制系统在设定值扰动下的仿真根据串级系统的结构图进行参数整定，内回路控制器均为调节，外回路控制器为调节。

参数整定步骤如下首先断开主回路，在内回路中加入单位阶跃响应，改变内环的比例值，最终是要得到曲线衰减比大致为的曲线。

首先将比例增益设为，衰减率为，应增大比例作用。

令，得到衰减率为的曲线。

继续增大，当时，得到衰减率为的曲线。

整定主回路，把刚整定好的副回路作为主回路中的个环节，仍按照单回路整定方法，按经验试凑法求取主调节器的整定参数，首先将设定∞，仿真曲线图主汽温在设定值扰动下的响应曲线的振荡厉害，且超调量太大，为。

减少比例作用，设定，仿真曲线的超调为，稳定值有偏差，应添加积分作用。

令，仿真曲线发散，应减小积分增益。

将积分增益改为，仿真曲线调节时间过长，应增大积分作用。

经过反复调整，将积分值设定为时，能够得到满意的曲线，如图所示。

从仿真曲线中可以看出，系统最终能稳定在设定值上，没有稳态误差，得出的动态性能参数为上升时间峰值时间调节时间超调量。

从其动态性能参数可以看出，对于主汽温控制系统来说，串级常规能够在设定值扰动下取得良好的控制效果。

主汽温控制系统在减温水扰动下的仿真对于主汽温控制系统来说，由于主要采用喷水来控制汽温，所以喷水量扰动是该系统的基本扰动。

具体仿真步骤为将设定值处的阶跃信号去除，在导前区与副调节器间加阶跃扰动，用以模拟喷水量扰动。

由于有内回路的快速调节作用，系统的输出不会产生大的变化。

仿真的得到的响应曲线如图所示图减温水扰动下主汽温响应曲线在减温水扰动下，该控制系统最终能够消除扰动，使主汽温稳定在设定值，其最大动态偏差为，调节时间为。

从其动态性能指标可以看出，串级控制能够有效的消除减温水扰动对主汽温的影响，使主汽温度不发生大范围波动。

主汽温控制系统鲁棒性测试在主汽温控制过程中，由于设备的老化或结垢等原因，被控对象的数学模型会发生变化。

在这种情况下，系统的控制品质就会变差。

因此对于主汽温控制系统来说，其采用的控制器必须具有良好的鲁棒性。

为了验证系统的鲁棒性，假定内外环惯性时间都增加，系统响应曲线如图所示图主汽温控制系统鲁棒性测试曲线从响应曲线上看出，超调量为，调节时间为，具有良好的鲁棒性，能够满足现场的控制要求。

级汽温控制系统的仿真及性能分析级汽温控制系统组态图图级汽温控制系统组态图块中的数学模型为块中数学模型为级汽温在设定值扰动下的响应曲线整定后副调节器的比例增益，主调节器的比例增益，积分增益，得到阶跃响应曲线如图所示。

图级汽温在设定值扰动下的响应曲线从响应曲线可以看出，在设定值扰动下，级汽温能够稳定在设定值，在开始有动作，上升时间，峰值时间，调节时间，超调量。

在级汽温控制系统中，常规控制策略在设定值扰动下能够取得满意的控制效果。

级汽温在减温水扰动下的响应曲线在减温水扰动下，过热汽温的响应曲线如图所示。

从响应曲线中可以看出，最终过热汽温能够稳定在设定值，其最大动态偏差为，调节时间为，基本能够满足过热汽温的控制要求。

图级汽温在减温水扰动下的响应曲线级汽温控制系统鲁棒性测试将级汽温主被控对象和副被控对象的惯性时间都增大，进行阶跃扰动实验得到的仿真曲线如图所示。

图级汽温控制系统鲁棒性测试从响应曲线可以看出，超调为，调节时间为。

第六章总结通过查阅资料，了解了分段串级汽温控制