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中南大学自动化工程训练报告学生姓名：学号：专业班级：指导教师：董密完成时间：2016.9目录第一章绪论.....................................................................................................................................11.1课题背景和意义............................................................................................................11.2本课题的任务.................................................................................................................2第二章燃烧过程系统概述.............................................................................................................32.1蒸汽压力控制系统和燃料空气比值系统.....................................................................52.2炉膛负压控制系统.........................................................................................................6第三章系统辨识.............................................................................................................................73.1燃烧炉蒸汽压力控制和燃料空气比值控制.................................................................73.2炉膛负压控制.................................................................................................................7第四章系统特性分析.....................................................................................................................84.1燃料控制系统.................................................................................................................84.2负压控制系统.................................................................................................................84.3空气流量控制系统.........................................................................................................9第五章锅炉燃烧控制系统设计及整定.......................................................................................105.1燃料控制系统...............................................................................................................105.1.1构建simulink模型.............................................................................................105.1.2利用PIDTunner设计燃料控制系统PID控制器................................................105.1.3利用稳定边界法整定PID参数.............................................................................135.1.4模块封装................................................................................................................155.2蒸汽压力控制系统.......................................................................................................165.3空气流量控制系统.......................................................................................................175.4负压控制系统前馈补偿整定.......................................................................................18第六章控制系统仿真...................................................................................................................19第七章心得体会...........................................................................................................................201第一章绪论1.1课题背景和意义燃烧过程在许多工业过程中都是必要的一环，如电厂锅炉的燃烧问题、流化床生产过程的燃烧问题等．燃烧过程的控制是燃烧过程的重要环节，控制系统的性能直接关系到设备和工作人员的安全问题及节能问题，提高燃烧过程的自动控制水平，对当前技术改造和节能工作具有重要意义。过程控制系统是工业中控制系统的主要表现形式，一般指工业生产过程中自动控制系统的被控变量为温度、压力、流量、液位、成分等变量的系统。锅炉的燃烧过程就是典型的过程控制的一种例子。随着我国经济的快速发展,电力工业对自动化控制系统要求越来越高。在锅炉的燃烧过程控制中,全过程的自动化控制系统可保证送风量与给粉量的最优配比,使锅炉燃烧的过程始终维持在最佳工作点,实现经济性燃烧。锅炉燃烧优化控制系统的最终目的是在保持锅炉自身设备运行参数的情况下，使锅炉燃烧处于最佳运行工况，降低热量损失，提高热能效率，并通过运行人员在线实时的调整各项参数，来降低含碳量和再热器超温问题。锅炉燃烧优化控制系统传统采用正交试验获得优化的燃烧工况，主要是通过现场燃烧调整试验来进行，实际上试验工况的时间有限，锅炉的相关燃用煤种复杂多变，使得其原有的优化结果偏离其运行的最优值。如果锅炉燃烧优化控制系统继续以此种方法运行锅炉，则给锅炉运行带来偏差。所以，锅炉燃烧优化控制系统须建立在锅炉的实际运行的基础上，进而建立锅炉燃烧控制系统的相似模型，然后通过控制方案的优化，保证锅炉燃烧效率的提高，针对不同负荷实时调整，最终实现锅炉燃烧控制系统的经济有效运行。因此建立适应现代化的电站锅炉燃烧优化控制系统，使得锅炉燃烧过程在不同负荷、不同工况、不同扰动的条件下都能保证处于最佳状态，并且保证其经济型，使各项损失最小，进而对锅炉进行各项经济性和热损失的计算，使锅炉在不同负荷和内外存在扰动的时候仍然可以保证最优状态具有重要意义。当状态最佳时燃烧效率和煤耗率都处在最佳，进而能指导锅炉运行经济稳定。21.2本课题的任务目前燃烧过程控制系统的研究受到许多人的关注。比如采用模糊自整定PID的控制方法，对锅炉的燃烧系统进行了控制规律的设计。还有些则针对锅炉燃烧系统多变量、强耦合、大时滞的复杂性，提出一种多变量时滞对象的控制方法，解决了在负荷变化时对象模型的参数不确定性。一部分人结合燃烧控制系统实际工程，提出了优化送、引风控制系统的方法，改善了控制系统质量。也可以对燃烧控制系统进行了仿真和性能分析，提出了蒸汽压力控制系统采用模糊自适应PID串级控制能增强系统的抗干扰能力。在实际工程中，控制系统的结构往往很复杂，如果不借助专用的系统建模软件，很难准确地把一个控制系统的复杂模型输入计算机，对其进行进一步的分析与仿真，Simulink的出现极大地简化了控制系统分析与设计。它有两个主要功能：仿真和连接，即该软件可以利用鼠标在模型窗口上搭建出所需要的控制系统模型，然后对系统进行仿真和分析。所以在复杂系统的建模下，利用Simulink来模拟实际现场的状况，进行各种的事先调试能够加快实际成果的实现，并能在一定的程度上减小经济上的浪费。本课题主要是利用MATLAB工具箱对燃油锅炉燃烧过程控制系统进行仿真并对控制系统的性能进行分析，确保燃烧系统安全、经济地运行，为燃烧过程控制系统的分析、评估研究提供有效途径。3第二章燃烧过程系统概述锅炉是指利用各种燃料、电或者其他能源，将所盛装的液体加热到一定的参数（2.45Mpa-27MPa，400℃-570℃），并对外输出热能的特种设备。锅炉控制的主要目的是调节锅炉出口的蒸汽压力、流量和温度，使其达到所希望的数值。为此，需要对燃料、空气和水三者的量进行调节。锅炉是一个复杂的系统，对锅炉工况造成影响的因素之一是来自外部和内部的扰动，如燃料发热量的变化或热力系统工况的变化等。控制器或控制系统根据锅炉出口蒸汽参数实际值偏离其设定值的大小和方向，调节燃料量、空气量和水量，使锅炉出口参数与其所希望的值相一致。燃烧过程的主要控制系统燃烧控制主要由蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统组成。锅炉燃烧的目的是生产蒸汽供其他生产环节使用。一般生产过程中蒸汽的控制是通过压力实现的，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。蒸汽压力是衡量蒸汽供求关系是否平衡的重要指标，是蒸汽的重要参数。蒸汽压力过低或过高，对于金属导管和负荷设备都是不利的。在锅炉运行过程中，蒸汽压力降低，说明负荷设备的蒸汽消耗量大于锅炉的蒸发量;蒸汽压力升高，表明负荷设备的蒸汽消耗量小于锅炉的蒸发量。因此，控制蒸汽压力，是安全生产的需要，是维持负荷设备正常工作的需要，也是保证燃烧经济性的需要。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值确定。锅炉燃烧的过程包括：锅炉燃烧系统、蒸汽发生系统和蒸汽过热系统。(1)燃烧系统燃煤运到煤场后经煤斗落在炉排上，将煤带入炉膛燃烧同时释放出很大的热量，燃烧所需的空气则由送风机送入到煤燃烧层。其中的关键是风量和煤量应成比例以保证充分燃烧，及