随着锅炉的大规模使用，工业生产的不断扩大，作为动力和热源的锅炉，也向着高参数高效率发展，为了确保安全，保证生产，锅炉设备的控制系统就显得愈加重要。由于负荷变化从本质上说是非线性和时变的，锅炉侧又存在很大的延迟，负荷适应能力和主蒸汽压力稳定的矛盾直是锅炉燃烧自动控制中有待于进步解决的问题。而且锅炉燃烧控制系统不同于大多数生产过程控制系统，它不仅存在动态品质调节的问题还要考虑到锅炉的经济燃烧。如何使主蒸汽压力既具有良好的动态特性，又能使入炉燃料得以充分燃烧即高效燃烧问题，是燃烧优化控制的真正内涵，也是燃烧过程控制的关键。目前，主汽压调节系统的控制器采用的控制规律以常规的基于数学模型的控制为多。自年代以来，在锅炉系统的建模和控制方面，从理论和实际应用上进行了深入的探索，包括线性和非线性模型的建立及各种控制方法，如控制自整定控制模糊控制神经网络控制最优控制预测控制预见控制鲁棒控制容错控制反馈线性化控制多变量频域控制，以及蒸汽压力回路的均衡燃烧控制采用炉膛温度信号和炉膛辐射能信号为中间被调量的串级控制工程中常用的直接能量平衡方法等。相关领域研究现状燃油蒸汽锅炉发展和意义工业燃油锅炉的发展经历了由简单到复杂由低参数到高参数由单品种到系列化产品的发展过程。随着材料和制造工艺的提高，锅炉的结构更加完善，种类日益丰富。工业锅炉是个比较复杂的工业设备，有几十个测量参数控制参数和扰动参数，它们之间相互作用，相互影响，存在明显的或不明显的复杂因果关系，而且测控参数也经常变化，存在定的非线性特性，这切都给锅炉的控制增加了难度。锅炉控制技术的发展经历了几个历史阶段纯手动阶段在六十年代以前，由于自动化技术与电子技术发展不成熟，人们的自动化观念还比较淡薄，这段时期的锅炉般采用纯手动的控制方式，即操作工人通过经验决定送风给水引风用料的多少，通过手动操作器等方式来达到控制锅炉的目的。这样就要求司炉人员必须有丰富的经验，增加了工人的劳动强度，事故率高，更谈不上保证锅炉的高效率运行。自动化单元组合仪表控制阶段随着自动化技术与电子技术的发展，国外己经开发并广泛应用了全自动工业锅炉控制技术。年代前期，我国工业锅炉的控制技术开始发展，年代后期我国引进了国外的全自动燃油工业锅炉的控制技术，年代后期己经研制了些工业锅炉的自动化仪表，正式将自动化技术应用于工业锅炉控制领域，因而热效率有所式中单位时间内锅炉炉膛发热量蒸汽流量用热量表示锅炉蒸发部分的容量系数，即汽包压力变化个单位时，锅炉蒸发部分储热量的改变锅炉汽包压力对时间的变化率。蒸汽流量改变时对蒸汽压力扰动称为外扰。外扰有两种情况，种是负荷设备的蒸汽阀门开度改变，另种是负荷设备用汽量的突然增加或减少所产生的。下面就分析两种情况的扰动下蒸汽压力变化的动态特性。如果负荷设备的蒸汽调节阀开度突然改变，锅炉的汽压也随即改变。当调节阀开度突然开大，则从汽包中流向负荷设备的蒸汽流量立即增加。但是由于燃料量没有增加，因此汽包蒸汽压力逐渐下降，从汽包中流出的蒸汽量也逐渐减少，最后蒸汽流量只能恢复原值。也就是说燃料量不改变，在平衡状态时，锅炉供应的蒸汽流量也不会改变。至于阀门开度增大后，短时间增加的蒸汽量是依靠锅炉蒸发部分储热量减少压力降低放出来的。控制系统基本模型建立蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统基本模型燃油蒸汽锅炉燃烧的目的是生产蒸汽供应其他生产环节使用。般生产过程中蒸汽的控制是通过调节压力实现的，随着后续环节的生产用量不同，反映在燃油蒸汽锅炉环节就是蒸汽压的波动。维持压力恒定是保证生产正常进行的首要条件。保证蒸汽压力恒定的主要手段是随着蒸汽压力波动及时调节燃烧产生的热量，而燃烧产生热量的调节是通过控制所供应的燃料量以及适当比例的助燃空气实现的。因此，蒸汽压力是最终被控制量，可以根据生成情况确定燃料量是根据蒸汽压力确定的空气供应量根据空气量与燃料量的合理比例确定。燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃烧空气比值控制系统的方案如下图，所示蒸汽压力锅炉蒸汽压力检测锅炉燃烧系统燃料空气燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统结构简图蒸汽压力给定蒸汽压力调节器燃料流量调节器被控对象燃料流量量被控对象燃料流量与蒸汽压力汽燃料流量空气流量燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统框图炉膛负压控制系统当锅炉炉膛负压力过小时，炉膛内的热烟，热气会外溢，造成热量损失，影响设备安全运行甚至危及工作人员安全当炉膛负压太大时，会使外部大量冷空气进入炉膛，改变燃料和空气比值，增加燃料损失，热量损失和降低热效率。保证炉膛负压的措施是引风量和送风量的平衡。如果负压波动不大，调节引风量即可实现负压控制当蒸汽压力波动较大时，燃料用量和送风量波动也会较燃料流量检测与变换系统蒸汽压力检测变换系统空气流量调节器被控对象空气流量空气流量检测与变换系统大，此时，经常采用的控制方案如图所示。该方案中以负压为控制目标，引风量做成控制闭环，利用前馈控制消除送风量变动对负压的影响。送风量负压给定炉膛负压炉膛负压控制系统框图前馈补偿调节器逆风对负压影响引风与负压关系引风调节器负压测量变换控制系统总框图环境下控制算法的研究系统辨识燃烧炉蒸汽压力控制和燃料空气比值控制燃烧流量被控对象为燃料流量至蒸汽压力关系为蒸汽压力至燃料流量关系为蒸汽压力至燃料流量关系为燃料流量检测变换系统数学模型为燃料流量与控制流量比值为空气流量被控对象为炉膛负压控制引风量与负压关系送风量对负压的干扰为控制系统参数整定燃烧控制系统为使系统无静差，燃烧流量调节器采用形式，即其中，参数和采用稳定边界法整定。先让，调整使系统等幅振荡，即系统临界稳定状态。系统临界振荡仿真框图及其振荡响应如图所示系统临界振荡仿真框图系统临界振荡响应记录此时的振荡周期和比例参数,则，在，的基础上，对参数进步整定，燃料流量闭环控制系统单位阶跃输入的仿真框图如下所示，其中模块的结构如图所示。调节系统响应如图所示，可见系统有约的超调量。模块结构燃料流量闭环控制系统单位阶跃输入的仿真框图燃料流量闭环控制系统单位阶跃输入的仿真响应蒸汽压力控制系统在燃料流量控制系统整定的基础上，采用试误法整定压力控制系统参数。系统整定仿真框图如图所示。当，时此时相当于无调节器，因此系统最简单，仿真结果如图所示，上图为系统仿真图，下图为阶跃输出。蒸汽压力控制系统参数整定仿真框图蒸汽压力控制系统参数整定仿真结果由仿真结果可以看出，系统响应超调量约为。此时系统调节器最简单，工程上系统响应速度和稳定程度都较好。空气流量控制系统空气流量控制系统的整定方法和燃料流量控制参数整定方法类似，当和时，系统阶跃响应如图所示，其中上图为阶跃响应，下图为阶跃输入。可见系统响应超调量约为。整定后空气流量控制系统阶跃响应整定后空气流量控制系统阶跃输入负压控制系统负压控制系统的整定方法和燃料流量控制参数整定方法类似。当，时，系统阶跃响应如图所示，其中上图为系统阶跃响应，下图为阶跃输入。可见系统响应超调量为。整定后负压控制系统阶跃响应整定后负压控制系统阶跃输入负压控制系统前馈补偿整定采用动态前馈整定，其前馈补偿函数为控制系统仿真无干扰仿真利用各整定参数对控制系统进行仿真，框图如所示。设定蒸汽压力值为，炉膛负压值为。仿真结果如图至所示，由上至下依次为蒸汽压力设定值波形，实际蒸汽压力与空气流量波形，负压变化波形和负压设定波形。控制系统仿真图蒸汽压力设定值波形实际蒸汽压力与空气流量波形红色为实际蒸汽压力波形，黄色为空气流量波形负压变化波形负压设定波形有扰动仿真系统在三个部分中均加入了幅值的随机扰动。系统仿真图如图所示。仿真结果如图至所示，由上至下依次为蒸汽压力设定值波形，实际蒸汽压力与空气流量波形，扰动波形，负压变化波形和负压设定波形。有扰动系统仿真图蒸汽压力设定值波形有扰动蒸汽压力实际波形扰动波形有扰动负压变化波形负压设定波形结论与展望总结本文介绍了燃油蒸汽锅炉的燃烧控制系统的设计与仿真的研究背景和现状，并设计出了套具有普遍可行性的燃烧控制系统，它共分为三个子系统蒸汽压力控制系统，燃料空气比值系统和炉膛负压控制系统，本文分别对其做了论证和分析。同时，选择了中的工具箱对整个系统进行仿真。在仿真阶段，采用的控制方法是应用最广泛的控制，最终都使波形达到了稳定状态。仿真中分了有扰动和无扰动两种不同的情况进行，扰动为幅值的随机扰动，可以看到在有扰动的情况下，稳定性变差。但,和超调量均无明显变化。系统基本符合要求。展望燃油蒸汽锅炉和锅炉燃烧控制系统都是现代工业中最常用的设备，目前的技术已经相当成熟，鉴于设备和时间的限制，作者未能有机会用真正的设备来进行控制系统的研究，仅是通过仿真得出了些理想状态的数据，而在实际的生产中，还有许多需要考虑的因素，在这样的系统中，还有许多的地方值得去改良，从而达到提高燃料使用效率，减少污染，提高经济效益的目的，这还需要进步的大力研究。参考文献王亚林过程控制与应用电子工业出版社，方康玲过程控制与集散系统电子工业出版社，何克忠李伟计算机控制系统清华大学出版社，方清城罗中良过程控制系统的计算机仿真实验教学电气电子教学学报，翁维勤,孙洪程过程控制系统及工程北京化学工业出版社,王洪国自动控制技术在工业锅炉上的应用云南冶金庞丽君锅炉燃烧技术及设备哈尔滨哈尔滨工业大学出版社，刘向杰动力锅炉燃烧系统的模糊控制策略自动化学报林清香锅炉微机控制系统的设计微计算机信息刘勇比工业链条炉计算机控制系统的设计内蒙古内蒙古大学，致谢本论文是在导师李曼珍老师的悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己宽以待人的崇高风范，朴实无华平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到完成，每步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢,本论文的顺利完成，离不开各位同学和朋友的关心和帮助。同时在此感谢杨益，张立，肖鑫等同学的关心和帮助。没有他们的帮助和支持是没有办法完成我的学位论文的，