锅炉汽包液位的双冲量调节

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1、《过程控制》课程设计报告题目:锅炉汽包液位的双冲量调节姓名:戴翔宇学号:090210103姓名:邵夏静学号:090210113姓名:严宏举学号:090210123姓名:张一博学号:0902101302012年11月16日《过程控制》课程设计任务书三专业自动化班级0902101学生代翔宇邵夏静严宏举张一博指导教师冯乃章题目锅炉汽包液位的双冲量调节设计时间2012年11月12日至2012年11月16日共1周设计要求锅炉汽包液位是锅炉运行中一个重要的监控参数，反映了锅炉负荷与给水的平衡关系，要求汽包液位控制在一定范围内。锅炉汽水系统结构如下图所示

2、。锅炉汽水系统示意图1—给水泵；2—给水母管；3—调节阀；4—省煤器5—锅炉汽包；6—下降管；7—上升管；8—蒸汽母管汽包液位过高会造成蒸汽带水，影响汽水分离效果；水位过低容易使水全部被汽化烧坏锅炉。影响汽包液位的因素，除了加热汽化外，还有蒸汽负荷和给水流量的波动，当负荷突然增大、汽包压力突然降低时，水就会被急剧汽化，出现大量气泡，形成“虚假液位”。单冲量控制系统的负荷一旦急剧变化就会出现虚假液位，因液位升高，调节器就会关小供水阀门而造成事故。双冲量控制系统，是在单冲量控制系统的基础上加上一个蒸汽冲量，以克服虚假液位，如下图所示。双冲量控制

3、系统框图、分别为蒸汽流量变送器、给水流量变送器、差压变送器的转换系数。已知某供汽量为120t/h的锅炉，给水流量与水位的传递函数，蒸汽流量与水位的传递函数分别为：、分别为：0.0667及0.0333。调节阀采用线性阀，增益为15。根据该锅炉特点选用液位变送器的量程为300mm水柱，流量计的量程为150tPh。要求：1、采用常规的PID控制方法；2、系统超调小、调节时间短、无静差，给出控制策略和选定参数，并详细说明参数整定过程；3、仿真无扰动和蒸汽流量增加20%情况下的控制情况，给出MATLAB下的SIMULINK框图和仿真曲线；4、给出基于

4、单片机的硬件实现方案，需给出检测和控制回路所有芯片的具体型号，从集成度、成本等方面说明芯片选择的理由（此部分特别重要，鼓励创新）。指导教师签字：系（教研室）主任签字：2012年11月12日一、任务分析6二、PID参数整定6三、模拟PID控制器的离散化9四、由脉冲传递函数求解差分方程10五、硬件电路设计11（1）控制器的选择与电路设计12（2）AD的选择与电路设计12（3）DA的选择与电路设计12（4）系统电路图13六、单片机程序设计14（1）程序流程图14（2）源程序15七、心得体会16八、参考文献17一、任务分析按照设计任务要求可知，要做

5、的工作就是PID控制器的设计。而PID控制器设计的关键就在于PID参数的整定，故应把主要精力用在PID参数的整定上。二、PID参数整定1、运行如下程序，将传递函数化为有理分式。%%NuclearWoodyofInspire2012-12-14%ProcessSystemComputers=tf('s');G1=0.0529/(s*(8.5*s+1))G2=2.613/(6.7*s+1)^2-0.0747/sKv=15;ad=0.0667;ah=0.0333;得G1的传递函数为：0.0529-----------8.5s^2+sG2的传递函数

6、为：-3.353s^2+1.612s-0.0747-----------------------------44.89s^3+13.4s^2+s2、得到Simulink仿真框图如下：从框图可以看出，这实际上是一个串级控制系统，副回路已经设计完毕，现在只要完成主回路的设计即PID控制器的参数整定。3、PID参数的理论计算将PID调节器置于纯比例作用的条件之下，改变的值，得到主调节器在下的比例带值和被调量的振荡周期；利用“衰减曲线法”的计算公式，分别求出调节器的整定参数值。把积分作用和微分作用置零，不断改变的值。当时，得到如下曲线：由上图可知，

7、衰减比，此时，时，衰减曲线法计算公式如下表δTDTIP PI PID规律参数得到故得到：，将PID控制系参数之位，，，得到无扰动和蒸汽流量增加20%情况下的阶跃响应曲线：3、PID参数的调整由理论计算的出的PID整定参数与理想参数会存在一些偏差，故可以再此基础上做一些微调，以求改善系统性能。由上图可以看出，响应曲线超调偏大，调节时间也较长，可以适当减弱积分作用或者增大微分作用来减小超调，可以适当加强比例调节作用，以增强系统响应的速度。，，，无扰动和蒸汽流量增加20情况下%响应曲线如下：很明显，蒸汽流量增加20%基本无影响，超调减小到了10%

8、左右，调节时间也缩短为20s左右,达到了较好的控制效果。此时PID控制器的传递函数为：三、模拟PID控制器的离散化模拟控制器的离散化可以采用如下几种方法：（1）后向差分法（Fow