工业锅炉汽包水位控制系统课件

工业锅炉汽包水位控制系统

班级：自动化065班学号：060601140513姓名：张进1工业锅炉汽包水位控制系统班级：自动化065班1第1章概述

锅炉是工业过程中不可缺少的动力设备。汽包水位是锅炉运行的主要指标，汽包水位过高过低都会影响运行的安全与经济性，必须严格加以控制。本文主要是用Matlab对锅炉汽包水位控制系统进行仿真研究。建立了锅炉汽包水位对象的数学模型和控制系统，并用Matlab语言在计算机上编制锅炉汽包水位控制系统的仿真程序。最终了解了汽包水位对象特性、整定出了最佳PID参数、总结出了各种控制方案的特点与适用场合。2第1章概述锅炉是工业过程中不可缺少锅炉设备的主要工艺流程图

3锅炉设备的主要工艺流程图3给水流量作用下水位阶跃响应

第2章锅炉汽包水位特性及其控制系统分析2.1锅炉汽包水位特性分析2.1.1汽包水位给水量作用下的动态特性4给水流量作用下水位阶跃响应第2章锅炉汽包水位特性及其控制蒸汽流量扰动下水位阶跃响应

H1：考虑水面下汽泡容积变化时水位变化曲线H2：只考虑水面下汽泡容积变化所引起水位变化曲线2.1.2汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性5蒸汽流量扰动下水位阶跃响应2.1.2汽包水位在蒸汽流量扰单冲量控制系统原理图及方块图

2.2锅炉给水控制系统分析6单冲量控制系统原理图及方块图2.2锅炉给水控制系统分析6双冲量控制系统原理图及方块图

a）原理图b）方块图7双冲量控制系统原理图及方块图a）原理图b）方块图7a）原理图

b）方块图

三冲量控制系统原理图及方块图

8a）原理图b）方块图三冲量控制系统原理图及方块图8MATLAB仿真软件简介

MATLAB环境下的SIMULINK是Mathworks公司开发的一个有重要影响力的软件产品。可以方便地利用鼠标在模型窗口上画出所需系统模型图，来对系统进行建模、仿真和分析，从而使一个复杂系统模型的建立和仿真变得相当简单和直观。

在本文中的实际控制系统中，干扰信号、给定值以及测量液位仪表的输出都是电信号，其范围都转换成1～5V，变化范围是4V。在仿真实验中，加入25%的干扰，即干扰值为1，表示实际的1V。在本文中液位输出显示范围都统一为-2～2。下面首先是对锅炉汽包水位对象的仿真研究。9MATLAB仿真软件简介9a）控制通道仿真程序b）干扰通道仿真程序10a）控制通道仿真程序b）干扰通道仿真程序10a）给水流量干扰下水位的阶跃响应b)蒸汽流量干扰下水位的阶跃响应11a）给水流量干扰下水位的阶跃响应b)蒸汽流a)K=100时仿真结果b)K=50时仿真结果C)K=5时仿真结果d)K=1时仿真结果分别取K=100，K=50，K=5和K=1，仿真结果左图所示。4个图比较，可以发现K越大假液位现象越严重且持续时间越长。当K小于1时，假液位现象基本消失。12a)K=100时仿真结果a)T=150时仿真结果b)T=100时仿真结果c)T=1时仿真结果d)T=0.1时仿真结果可以看出T越小，假液位上升越快，假液位现象也越严重。在T小于100大于1的范围内较明显。当T大于等于100时，虚假液位现象基本消失。当T小于1时，假液位对输出幅值和液位上升速度的影响没有太大区别。

13a)T=150时仿真结果由此可知，影响锅炉汽包液位特性的参数主要K和T和纯滞后时间。K对假水位现象影响最为明显，K越大假液位现象越严重且持续时间越长。T对假水位幅值影响较小，而对假水位上升速度影响很大。对于滞后时间，越大，滞后时间越长，反之越短。14由此可知，影响锅炉汽包液位特性的参数主要K和T和纯滞后时间。单冲量控制系统仿真程序15单冲量控制系统仿真程序15a）在25%蒸汽流量干扰下P=1，I=0，D=0时仿真结果

b)在25%蒸汽流量干扰下P=0.0165，I=0，D=0时仿真结果

c)在25%蒸汽流量干扰下P=0.0165，I=0.00001，D=0时仿真结果

d)在25%蒸汽流量干扰下P=0.0165，I=0.00005，D=0时仿真结果16a）在25%蒸汽流量干扰下P=1，I=0，D=0时仿真结果a)在25%蒸汽流量干扰下P=0.0165，I=0.00005，D=0.6时仿真结果b)25%给水流量干扰仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6

C)25%蒸汽流量和给水流量同向共同干扰仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6

d)25%蒸汽流量和给水流量反向共同干扰仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.617a)在25%蒸汽流量干扰下P=0.0165，I=0.0000双冲量控制系统的仿真程序相比单冲量控制系统，将蒸汽流量信号引入，就构成双冲量控制系统18双冲量控制系统的仿真程序相比单冲量控制系统，将蒸汽流量信号a）25%蒸汽流量干扰仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6

c)25%给水流量干扰仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6

c)25%蒸汽流量和给水流量同向共同干扰仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6d)25%蒸汽流量和给水流量反向共同干扰仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6

19a）25%蒸汽流量干扰仿真结果P=0.0165，I=0.00三冲量控制系统的仿真程序相比双冲量控制系统引入了给水流量信号，构成三冲量控制系统20三冲量控制系统的仿真程序相比双冲量控制系统引入了给水流量信号a)25%给水流量干扰副回路仿真结果P=1000，I=1000，D=0b)25%给水流量干扰主回路仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6

c)25%蒸汽流量干扰副回路仿真结果P=1000，I=1000，D=0d)25%蒸汽流量干扰主回路仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.621a)25%给水流量干扰副回路仿真结果P=1000，I=100a)25%给水流量和蒸汽流量同向共同干扰副回路仿真结果P=1000，I=1000，D=0

b)25%给水流量和蒸汽流量同向共同干扰主回路仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6c)25%给水流量和蒸汽流量反向共同干扰副回路仿真结果P=1000，I=1000，D=0d)25%给水流量和蒸汽流量反向共同干扰主回路仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.622a)25%给水流量和蒸汽流量同向共同干扰副回路仿真结果b)2由以上对单、双、三冲量控制系统的仿真研究，可知：（1）单冲量控制系统不能克服给水流量和蒸汽流量的干扰。（2）双冲量控制系统引入蒸汽流量的前馈信号，能够克服蒸汽流量的干扰，改善了系统的控制品质。（3）三冲量控制系统克服了上述缺点，在蒸汽流量和给水流量共同影响下，能得到令人满意的控制效果。23由以上对单、双、三冲量控制系统的仿真研究，可知结论24结论24谢谢请各位老师批评指正25谢谢请各位老师批评指正25工业锅炉汽包水位控制系统

班级：自动化065班学号：060601140513姓名：张进26工业锅炉汽包水位控制系统班级：自动化065班1第1章概述

锅炉是工业过程中不可缺少的动力设备。汽包水位是锅炉运行的主要指标，汽包水位过高过低都会影响运行的安全与经济性，必须严格加以控制。本文主要是用Matlab对锅炉汽包水位控制系统进行仿真研究。建立了锅炉汽包水位对象的数学模型和控制系统，并用Matlab语言在计算机上编制锅炉汽包水位控制系统的仿真程序。最终了解了汽包水位对象特性、整定出了最佳PID参数、总结出了各种控制方案的特点与适用场合。27第1章概述锅炉是工业过程中不可缺少锅炉设备的主要工艺流程图

28锅炉设备的主要工艺流程图3给水流量作用下水位阶跃响应

第2章锅炉汽包水位特性及其控制系统分析2.1锅炉汽包水位特性分析2.1.1汽包水位给水量作用下的动态特性29给水流量作用下水位阶跃响应第2章锅炉汽包水位特性及其控制蒸汽流量扰动下水位阶跃响应

H1：考虑水面下汽泡容积变化时水位变化曲线H2：只考虑水面下汽泡容积变化所引起水位变化曲线2.1.2汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性30蒸汽流量扰动下水位阶跃响应2.1.2汽包水位在蒸汽流量扰单冲量控制系统原理图及方块图

2.2锅炉给水控制系统分析31单冲量控制系统原理图及方块图2.2锅炉给水控制系统分析6双冲量控制系统原理图及方块图

a）原理图b）方块图32双冲量控制系统原理图及方块图a）原理图b）方块图7a）原理图

b）方块图

三冲量控制系统原理图及方块图

33a）原理图b）方块图三冲量控制系统原理图及方块图8MATLAB仿真软件简介

MATLAB环境下的SIMULINK是Mathworks公司开发的一个有重要影响力的软件产品。可以方便地利用鼠标在模型窗口上画出所需系统模型图，来对系统进行建模、仿真和分析，从而使一个复杂系统模型的建立和仿真变得相当简单和直观。

在本文中的实际控制系统中，干扰信号、给定值以及测量液位仪表的输出都是电信号，其范围都转换成1～5V，变化范围是4V。在仿真实验中，加入25%的干扰，即干扰值为1，表示实际的1V。在本文中液位输出显示范围都统一为-2～2。下面首先是对锅炉汽包水位对象的仿真研究。34MATLAB仿真软件简介9a）控制通道仿真程序b）干扰通道仿真程序35a）控制通道仿真程序b）干扰通道仿真程序10a）给水流量干扰下水位的阶跃响应b)蒸汽流量干扰下水位的阶跃响应36a）给水流量干扰下水位的阶跃响应b)蒸汽流a)K=100时仿真结果b)K=50时仿真结果C)K=5时仿真结果d)K=1时仿真结果分别取K=100，K=50，K=5和K=1，仿真结果左图所示。4个图比较，可以发现K越大假液位现象越严重且持续时间越长。当K小于1时，假液位现象基本消失。37a)K=100时仿真结果a)T=150时仿真结果b)T=100时仿真结果c)T=1时仿真结果d)T=0.1时仿真结果可以看出T越小，假液位上升越快，假液位现象也越严重。在T小于100大于1的范围内较明显。当T大于等于100时，虚假液位现象基本消失。当T小于1时，假液位对输出幅值和液位上升速度的影响没有太大区别。

38a)T=150时仿真结果由此可知，影响锅炉汽包液位特性的参数主要K和T和纯滞后时间。K对假水位现象影响最为明显，K越大假液位现象越严重且持续时间越长。T对假水位幅值影响较小，而对假水位上升速度影响很大。对于滞后时间，越大，滞后时间越长，反之越短。39由此可知，影响锅炉汽包液位特性的参数主要K和T和纯滞后时间。单冲量控制系统仿真程序40单冲量控制系统仿真程序15a）在25%蒸汽流量干扰下P=1，I=0，D=0时仿真结果

b)在25%蒸汽流量干扰下P=0.0165，I=0，D=0时仿真结果

c)在25%蒸汽流量干扰下P=0.0165，I=0.00001，D=0时仿真结果

d)在25%蒸汽流量干扰下P=0.0165，I=0.00005，D=0时仿真结果41a）在25%蒸汽流量干扰下P=1，I=0，D=0时仿真结果a)在25%蒸汽流量干扰下P=0.0165，I=0.00005，D=0.6时仿真结果b)25%给水流量干扰仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6

C)25%蒸汽流量和给水流量同向共同干扰仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6

d)25%蒸汽流量和给水流量反向共同干扰仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.642a)在25%蒸汽流量干扰下P=0.0165，I=0.0000双冲量控制系统的仿真程序相比单冲量控制系统，将蒸汽流量信号引入，就构成双冲量控制系统43双冲量控制系统的仿真程序相比单冲量控制系统，将蒸汽流量信号a）25%蒸汽流量干扰仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6

c)25%给水流量干扰仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6

c)25%蒸汽流量和给水流量同向共同干扰仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6d)25%蒸汽流量和给水流量反向共同干扰仿真结果P=0.0165，I=0.0001，D=0.6

44a）25%蒸汽流量干扰仿真结果P=0.0165，I=0.00三冲量控制系统的仿真程序相比双冲量控制系统引入了给水流量信号，构成三冲量控制系统45三冲量控制系统的仿真程序相比双冲量控制系统引入了给水流量信号a)25%给水