锅炉主汽温度控制系统的串级控制仿真实验

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1、北京信息科技大学自动化学院实验报告课程名称过程控制系统与仪表实验名称锅炉主汽温度控制系统的串级控制系统仿真专业自动化____班级/学号自控学生姓名____实验日期__________实验地点__________成绩__________指导教师__________锅炉主汽温度控制系统的串级控制仿真实验一、实验目的1、掌握串级控制系统的构成及参数整定方法。2、分析串级控制系统对进入内回路干扰的抑制情况。3、通过与单回路控制系统的性能比较，掌握串级控制系统的特点。二、实验内容1、系统描述锅炉过热器出口的主蒸汽温

2、度是锅炉最主要的输出变量之一。主汽温度在确保机组运行的安全性和稳定性方面具有及其重要的作用，主汽温度过高会造成一些设备的损坏，锅炉受热面以及蒸汽管道金属材料的蠕变速度将会大大加快，这样会降低设备的使用寿命。温度过低会使得机组的循环热效率降低。在设备运行过程中，引起气温变化的因素很多，其中最主要的影响因素是主蒸汽流量，烟气流量和减温水流量等。对锅炉主汽温度的控制一般要求主蒸汽温度应该稳定在额定值的±5℃范围内。某锅炉系统过热汽温调节系统如图1所示,图1过热器出口温度调节系统结构示意图2、主汽温度的串级控制系

3、统原理通过喷淋减温水来控制过热气温时,通常将过热器分为两个区,减温器之前是导前区,减温器后是惰性区。由于通过过热器出口温度控制喷淋水惯性很大，因此对过热器出口蒸汽温度的控制通常采用串级控制方案，如图2。串级控制原理框图见图3.图2过热气温串级控制结构原理图图3过热蒸汽温度串级控制系统控制原理图假定导前区的传递函数为，惰性区的传递函数为，过热器蒸汽温度测量变送器的传递函数为，执行机构和减温水调节阀门的传递函数。3、实验要求1)试在simulink下搭建主汽温度串级控制系统，在不加控制的情况下观察导前区和惰性

4、区的单位阶跃响应。前导区的单位阶跃响应惰性区的单位阶跃响应1)若副回路采用比例控制，主回路采用比例积分控制，试整定串级控制系统的主、副调节器参数，给出整定的过程。使用经验法整定1.取副调节器比例度为0.22.对主调节器参数进行整定，使用衰减曲线法衰减比为4：1，此时P=0.459,Ts=150,经过计算得到P=0.55，Ti=75.得到结果如下对参数进行微调后P=0.526，Ti=100，得到如下结果1)根据整定好的参数，分析过热气温串级控制系统的阶跃响应性能。衰减比6：1，最大动态偏差为2℃，超调量为2

5、0%，残余偏差为0，调节时间500s，振荡两次后基本稳定。2)在t=800s时加入减温水干扰（内回路干扰），建立simulink模型，并进行抗扰性能的分析。在800S后加入了内环路干扰，最大动态偏差为0.8℃，300秒后稳定。1)设计过热气温的单回路控制系统，整定PID参数，并在t=800s时加入减温水干扰，分析抗扰性能。利用衰减曲线法，P=0.595，Ts=230s计算的PID参数为P=0.476，Ti=69，Td=23.得到下图对参数进行微调P=0.526,Ti=100s加入干扰后的仿真图：仿真结果如

6、下加入干扰后，最大动态偏差为4℃，大概500s后才稳定。1)对比串级控制及单回路控制系统的性能。说明串级控制与单回路相比有哪些方面的改进？对比串级控制和单回路控制系统，发现串级控制比单回路控制系统的控制作用快很多，控制更加及时，而且超调量也减小了很多，抗干扰能力也好很多。被控过程的动态特性也得到了改善。