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湖北文理学院物理与电子工程学院2012届本科毕业论文开题报告论文题目锅炉燃烧过程控制系统的Simulink仿真班级自动化0811姓名学号指导教师（职称）填表日期2012年3月9日说明一、论文的开题报告是保证毕业论文质量的一个重要环节，为规范我院本科毕业论文的开题报告，特印制此表。二、学生应阅读的主要文献、资料15种以上，通过调研和资料搜集，主动与指导教师讨论，在指导教师的指导下，完成开题报告，开题报告字数应在2500字以上。三、开题报告须经院毕业论文指导教师审查，同意后方可进行论文写作，并将开题报告交指导教师。不合格者，必须重写。一、选题的意义和研究现状1．选题的理论意义、学术价值或实践价值锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备。它所产生的高压蒸汽，既可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，生产设备的不断创新，作为全厂动力和热源的锅炉，办向着大容量、高参数、高效率发展。为了确保安全，稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得愈加重要。MATLAB语言是目前国际上流行的一种仿真工具语言，它具有强大的矩阵分析和运算功能建模仿真可视化功能SIMULINK是MATLAB五大通用功能之一，它是基于MATLAB语言环境下实现动态系统建模、仿真的一个集成环境具有模块化、可重载、图形化编程、可视化及可封装等特点，可大大提高系统仿真的效率和可靠性。SIMULINK提供了丰富的模型库供系统仿真使用另外用户也可根据自己的需要开发所需的模型并通过到装扩充现有的模型库。本文通过分析锅炉燃烧过程，用MATLAB软件仿真分析、计算锅炉燃烧过程。并通过实例仿真，验证仿真模型的正确性。2．与选题相关的研究现状及发展趋势现在的MATLAB新版本早己不只停留在工程计算的功能上，它由主包、Simulink以及功能各异的工具箱组成，以矩阵运算为基础，把计算、可视化、程序设计融合到了一个简单易用的交互式工作环境中。在这里可以实现工程计算、算法研究、符号运算、建模和仿真、原型开发、数据分析及可视化、科学和工程绘图、应用程序开发(包括图形用户界面设计)等等功能。正是凭借MATLAB的这些突出的优势，它现在已成为世界上应用最广泛的工程计算软件。在美国等发达国家的大学里MATLAB是一种必须掌握的基本工具，而在国外的研究设计单位和工业部门，更是研究和解决工程计算问题的一种标准软件。在国内也有越来越多的科学技术工作者参加到学习和倡导这门语言的行列中来。随着Matlab7.2版的推出，其仿真环境SIMULINK中的电力系统工具箱(PowerSystemsToolbox)也升级到4.2版，这对于广大的电气工程师来说是一个福音。因为使用传统手段进行电路设计时，一般都是依据电路图，焊接成实际电路，再进行调试，费时耗力，而现在可以利用MATLAB的电力系统工具箱对机电系统进行仿真，检验设计的系统是否满足实际需求，节省设计时间，锅炉燃烧系统是电路、机电设备)的组合体，因此这种系统经常是非线性的，对这种系统进行分析要得到省时省力且直观的得到较真实结果的唯一办法是进行仿真。电力系统工具箱提供了这样一个现代化的设计分析工具，允许快速方便地建立仿真模型，仿真使用MATLAB中的SIMULINK环境，允许通过拖放的方式建立模型，不仅可以快速建立电路结构，而且可以分析内部机械及控制部件之间的相互影响，反复调整参数使整个系统工作在最佳状态。使用MATLAB仿真环境SIMULINK中的电力系统工具箱，可以简便快捷地对锅炉燃烧过程的状态进行仿真，通过改变各种参数，得到不同的仿真结果，对比仿真结果可以确定电动机的最佳运行状态，避免了在实际电路上的反复调试，节省了大量的人力物力，提高了工作效率。3．主要参考文献[1]王正林.过程控制与Simulink应用[M].北京：电子工业出版社.[2]邵裕森，戴先中.过程控制工程[M].北京：机械工业出版社.[3]金以慧.过程控制[M].北京：清华大学出版社.[4]李遵基.热工自动控制系统[M].北京:中国电力出版社.[5]刘红军,韩璞,王东风.锅炉汽包水位系统DMC-PID串级控制仿真研究[J].系统仿真学报,2004,16(3):450-453.[6]李遵基.热工自动控制系统[M].北京:中国电力出版社,2001.108-138.[7]林永君，等.带预补偿环节的PID控制器及其在过热汽温控制中的应用［J］.河北电力技术，1999,18(3):30-34.[8]孙志英，佟振声.模糊自调整PID过热气温控制系统［J］.华北电力大学学报，2001,28(4):33-38.[9]吕剑虹，陈来九.模糊PID控制器及在汽温控制系统中的应用研究［J］.中国电机工程学报，1995,15(1):16-22.[10]薛文顺，吕剑虹.模糊PID复合控制系统及其在锅炉一次风压力控制中的应用［J］.电力自动化设备，2001,21(8):15-17,50.[11]，中文网址：MATLAB语言与应用。[12]，中文网址：仿真梦网闫[13]，中文网址：MATLAB大观园[14]RichaletJ.RaultA,tesudJL,PaponJ,modelPredictiveheuristicControl;ApplicationtoIndustrialProcesses[J].Automatics,1978,14(5);413-428[15]SmithOJM.A.controllertoovercomedeadtime[J].ISAJ,1959(6);1249-1255二、研究方案1．研究的思路与方法本题主要针对锅炉燃烧过程控制系统，研究锅炉燃烧过程控制系统包含的三个子系统：蒸汽压力控制系统，燃料与空气的比值控制，炉膛负压控制系统（确保引风量和送风量的平衡）。熟悉火电厂锅炉燃烧过程的生产工艺和流程，利用单回路、串级、比值等控制系统的特点，分别设计锅炉燃烧过程控制系统包含的三个子系统。在仿真软件MATLAB/Simulink中，根据控制系统原理方框图，作出仿真模型图，分别进行仿真。经PID参数整定后，得出仿真结果并进行分析。2．研究的基本内容（大纲）锅炉的燃烧控制系统主要由三个子系统组成:蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统和炉膛负压控制系统。其原理方框图如图1所示。图1燃油蒸汽锅炉的燃烧控制系统原理方框图（一）、蒸汽压力控制系统和燃料空气比值系统燃油蒸汽锅炉燃烧的目的是为后续的生产环节提供稳定的压力。一般生产过程中蒸汽的控制是通过调节压力实现的，随着后续环节的蒸汽用量不同，会造成燃油蒸汽压力的波动，蒸汽压力的波动会给后续的生产造成不良的影响，因此，维持蒸汽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料产生的热量，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，各个控制环节的关系如下：蒸汽压力是最终被控量，根据生成量确定；燃料量根据蒸汽压力确定；空气供应量根据空气量与燃料量的比值确定。图2燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统框图（二）炉膛负压控制系统所谓炉膛负压：即指炉膛顶部的烟气压力。炉膛负压是反映燃烧工况稳定与否的重要参数，是运行中要控制和监视的重要参数之一。炉内燃烧工况一旦发生变化，炉膛负压随即发生相应变化。当锅炉的燃烧系统发生故障或异常时，最先将在炉膛负压上反映出来，而后才是火检、火焰等的变化，其次才是蒸汽参数的变化。因此，监视和控制炉膛负压对于保证炉内燃烧工况的稳定、分析炉内燃烧工况、烟道运行工况、分析某些事故的原因均有极其重要的意义。大多数锅炉采用平衡通风方式，使炉内烟气压力低于外界大气压力，即炉内烟气负压，炉膛内烟气压力最高的部位是炉堂顶部。当炉负压过大时，漏风量增大，吸风机电耗，不完全燃烧损失、排烟热损失均增大。甚至使燃烧不稳定甚至灭火炉负压小甚至变为正压，火焰及飞灰将炉膛不严处冒出，恶化工作燃烧造成危及人身及设备安全。故应保持炉膛负压在正常范围内。图3炉膛负压控制系统框图3．工作的主要阶段、进度及完成时间1已完成的工作：第1周确定毕业设计题目。第2周下达任务书，查阅，收集相关文献资料。第3～4周撰写并上交开题报告。2待完成的工作安排：第5～6周进行系统要求（硬/软件）需求分析和方案论证。第7～8周进行总体设计和细化分析设计。第9～10周进行程序设计并调试。第11～12周进行系统测试；拟订毕业论文的初稿。第13周系统验收，毕业论文定稿，准备论文答辩。学生签名：年月日指导教师意见：论文的选题有一定的科研价值，设计的思路正确、清晰，研究内容明确，方案可行。同意开题，转入下一步设计、论文阶段。指导教师签名：日期：2012年3月12日