鍋爐汽包水位控制

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1、摘要鍋爐是典型的復(fù)雜熱工系統(tǒng)，目前，中國(guó)各種類型的鍋爐有幾十萬(wàn)臺(tái)，由于設(shè)備分散、管理不善或技術(shù)原因，使多數(shù)鍋爐難以處于良好工況，增加了鍋爐的燃料消耗，降低了效率。鍋爐的建模與控制問(wèn)題一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，而汽包水位是工鍋爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)，保證水位控制在給定范圍內(nèi)，對(duì)于高蒸汽品質(zhì)、減少設(shè)備損耗和運(yùn)行損耗、確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行具有要意義。鍋爐汽包水位高度，是確保安全生產(chǎn)和提供優(yōu)質(zhì)蒸汽的重要參數(shù)，對(duì)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)尤其是這樣。因?yàn)楝F(xiàn)代鍋爐的特點(diǎn)之一就是蒸發(fā)量顯著提高，汽包容積相對(duì)變小，水位變化速度很快，稍不注意就容易造成汽包

2、滿水或者燒成干鍋。在現(xiàn)代鍋爐操作中，即使是缺水事故，也是非常危險(xiǎn)的，這是因?yàn)樗贿^(guò)低，就會(huì)影響自然循環(huán)的正常進(jìn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使個(gè)別上水管形成自由水面，產(chǎn)生流動(dòng)停滯，致使金屬管壁局部過(guò)熱而爆管。無(wú)論滿水或缺水都會(huì)造成事故，因此，必須嚴(yán)格控制水位在規(guī)定范圍之內(nèi)。維持汽包水位在給定范圍內(nèi)是保證鍋?zhàn)o(hù)和汽輪機(jī)安全運(yùn)行的必要條件，也是鍋爐正常運(yùn)行的主要指標(biāo)之一。水位過(guò)高，會(huì)影響汽包內(nèi)汽水分離效果，使汽包出口的飽和蒸汽帶水增多，蒸汽帶水會(huì)使汽輪機(jī)產(chǎn)生水沖擊，引起軸封破損、葉片斷裂等事故。同時(shí)會(huì)使飽和蒸汽中含鹽量增高，降低過(guò)熱蒸汽品質(zhì)，增加在過(guò)熱

3、器管壁和汽輪機(jī)葉片上的結(jié)垢。水位過(guò)低，則可能破壞自然循環(huán)鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)中某些薄弱環(huán)節(jié)，以致局部水冷管壁被燒壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成爆炸事故。這些后果都是十分嚴(yán)重的。隨著鍋爐容量的增加，水位變化速度愈來(lái)愈快，人工操作愈來(lái)愈繁重，因此對(duì)汽包水位實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)提出了迫切的要求。汽包水位的控制是鍋爐控制的一個(gè)難點(diǎn)，目前，對(duì)汽包水位控制大多采用常規(guī)PID控制方式，傳統(tǒng)的常規(guī)PID控制方式是根據(jù)控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型建立，由于鍋爐水位系統(tǒng)存在非線性、不確定性時(shí)滯和負(fù)荷干擾、非最小相位特征等，其精確的數(shù)學(xué)模型往往無(wú)法獲得而且常規(guī)PID控制的參數(shù)是固定不變

4、的，難以適應(yīng)各種擾動(dòng)及對(duì)象變化，其控制效果往往難以滿足要求，控制效果不理想。I模糊控制是建立在人工經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的，它能將熟練操作員的實(shí)經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)和描述，并用語(yǔ)言表達(dá)出來(lái)，得到定性的、不精確的控規(guī)則，不需要被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。模糊控制易于被人們接受，構(gòu)造容易，魯棒性和適應(yīng)性好。鍋爐是工業(yè)過(guò)程中不可缺少的動(dòng)力設(shè)備，為確保安全，穩(wěn)定生產(chǎn)，對(duì)鍋爐的自動(dòng)控制十分重要，其中汽包水位是一個(gè)非常重要的被控變量。由于鍋爐的水位調(diào)節(jié)過(guò)程難以建立數(shù)學(xué)模型，具有非線性、不穩(wěn)定性、時(shí)滯等特點(diǎn)。給水控制的任務(wù)是維持汽包中水位在工藝允許范圍內(nèi)。由于影響汽包

5、水位的幾個(gè)因素中，燃料量的擾動(dòng)影響較小，因此，汽包水位的控制中，主要的目的是以汽包水位為被控變量，以調(diào)節(jié)給水流量為控制手段。同時(shí)，由于汽包水位不僅受鍋爐側(cè)的影響，也受到汽輪機(jī)側(cè)的影響，當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化或汽輪機(jī)用汽量變化時(shí)，給水控制都應(yīng)能限制汽包水位只在給定的范圍內(nèi)變化。常用的汽包水位控制方式有單沖量、雙沖量及三沖量控制。傳統(tǒng)的鍋爐水位三沖量控制系統(tǒng)大都采用PID控制，其控制效果還可以進(jìn)一步提高。而模糊控制不要求知道被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，只需要操作人員的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)及操作數(shù)據(jù)，魯棒性強(qiáng)，非常適合用于非線性、滯后系統(tǒng)的控制。模糊控制器一

6、般采用二維結(jié)構(gòu)形式，即以誤差及誤差變化作用模糊控制器的輸入信號(hào)，根據(jù)二者模糊化的結(jié)果查詢模糊控制表，得到控制量的模糊量，再經(jīng)去模糊化處理轉(zhuǎn)化為精確量去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)?；阱仩t水位控制及模糊控制的特點(diǎn)，本文將模糊控制引入鍋爐汽包水位的三沖量控制中，作了以下一些試探性工作,對(duì)現(xiàn)有的模糊控制器的構(gòu)成方式進(jìn)行歸納總結(jié)。對(duì)汽包水位的模糊控制方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)及性能上的分析和比較，并利用Simulink分別在設(shè)定值及在干擾作用下對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。關(guān)鍵詞:汽包水位；模糊控制；三沖量I目錄引言11鍋爐工作過(guò)程及其設(shè)備21.1課題背景21.2鍋爐的工作

7、過(guò)程簡(jiǎn)介21.3鍋爐設(shè)備的調(diào)節(jié)任務(wù)41.4本文研究?jī)?nèi)容52鍋爐汽包水位特性及其控制62.1鍋爐汽包水位的特性62.1.1汽包水位在給水流量W作用下的動(dòng)態(tài)特性62.1.2汽包水位在蒸汽流量D擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性72.1.3燃料量B擾動(dòng)下汽包水位的動(dòng)態(tài)特性92.2汽包水位控制方式102.2.1單沖量控制方式102.2.2雙沖量控制方式112.2.3三沖量控制方式123模糊控制原理153.1概述153.1.1模糊控制的形成153.1.2模糊控制的特點(diǎn)153.2模糊控制系統(tǒng)組成163.3模糊控制的工作原理183.3.1模糊控制系統(tǒng)的組成18

8、3.3.2模糊控制的基本原理204汽包水位模糊控制器設(shè)計(jì)及仿真214.1汽包水位的PID控制方式214.1.1PID控制方式概述214.2模糊控制器的設(shè)計(jì)方法224.2.1模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2204.2.2精確輸入量的模糊化234.2.3確定控制規(guī)則264.2