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热工控制系统课程设计 题 目 汽温控制 系 别 动力工程系 专业班级 热能与动力工程专业班 学生姓名 指导教师 二○年 3 第一部分 多容对象动态特性的求取 4 一、 导前区 5 二、惰性区 7 第二部分 单回路系统参数整定 8 一、广域频率法确定调节器参数 8 二、临界比例带法确定调节器参数 9 第三部分 串级控制系统参数整定 15 一、 主蒸汽温度串级控制系统参数整定 15 第四部分 热工系统SAMA图分析 19 一、一级过热器控制系统SAMA图简化： 19 二、再热器控制系统SAMA图简化： 19 结 论 20 参考文献 21 前 言 汽温控制系统作为电厂三大控制系统之一，蒸汽温度的稳定对于电厂的安全经济运行非常重要。汽温过高，会引起锅炉受热面及管道金属材料的蠕变速度加快，部件机械强度降低，导致受热面超温爆管，设备寿命缩短甚至损坏；汽温过低，会降低机组循环热效率，煤耗增大；汽温变化过大，会使管材及有关部件产生疲劳，汽轮机转子和汽缸的胀差变化，导致汽轮机剧烈振动，危及机组安全。 汽温控制的任务是维持主、再热汽温在规定值或允许的范围内（±5℃）， 而影响汽温变化的因素很多,主要有锅炉负荷、炉膛过量空气系数、给水温度、燃料性质、受热面污染情况和燃烧器的运行方式等；且主汽温被控对象本身具有大迟延、大惯性和时变特性。因此这些因素使得常规控制方法的控制性能指标不够理想。为此人们一直试图利用改变一些对生产过程影响的种种扰动，以控制目标值的恒定，PID控制理论从此应运而生。以前锅炉系统比较简单，单回路的控制系统基本上可以满足控制要求。但是随着科技的发展，单回路控制系统已经不能满足控制系统的性能要求，需要采用功能更完善的多回路控制系统或其他复杂的控制系统来完成。因此过热蒸汽的汽温控制是十分重要的。 第一部分 多容对象动态特性的求取 主汽温被控对象本身具有大迟延、大惯性和时变特性，有自平衡能力的高阶对象的阶跃响应可用迟延环节和一阶惯性环节串联来等效阶跃响应曲线如图，传递函数的形式为  在阶跃响应曲线上，求得y(t1)＝0.4y(∞)及y(t2)＝0.8y(∞)时对应的时间t1、t2后，利用下式求阶数n： 利用两点法公式可知：由曲线可知放大系数K,利用两点法可确定t1，t2，利用如下公式计算对象阶次和惯性时间。 某主汽温对象100%负荷下导前区和惰性区对象动态特性： 对于上述特定负荷下主汽温导前区和惰性区对象传递函数，可以用两点法求上述主汽温对象的传递函数，传递函数形式为 W(s)=, 利用Matlab 求取阶跃响应曲线，然后利用两点法确定对象传递函数。 导前区 运行Matlab,建立仿真组态图如下图， 修改仿真时间为400秒。点击运行，通过双击Scope可以查看仿真结果。 在matlab命令窗口输入： num=[0.815]; den=[324 36 1]; step(num,den); 回车后可得到对象的阶跃响应曲线如下图所示： 在图上取两点后为： 根据该曲线应用两点法确定传递函数W(s)=，中的参数K、T、n的具体数值。由图可知t1=24.8 t2=53.4 K=0.815 t1/t2=0.464 n=(2=2 T=≈18 则有：W(s)= 二、惰性区 在matlab命令窗口输入： num=[1.276]; den= 1719343 124590 5078 110 1]; step(num,den); 回车后可得到对象的阶跃响应曲线如下图所示： 在图中取两点后为: 利用两点法公式可知：将曲线放大可知放大系数K=1.27 利用两点法可确定t1=93.5 , t2=145， t1/t2=93.5/145=0.645 所以n=6 T==≈18.403 即阶跃响应曲线利用两点法确定其传递函数为： 第二部分 单回路系统参数整定 利用第一部分建立的对象传递函数，就行参数整定。为便于分析，可以采用第一部分建立的主汽温对象的惰性区对象（为一多容惯性环节）进行参数整定。 对于对象，计算确定:1.866 一、广域频率法确定调节器参数 调节器采用比例调节器，,以衰减率为整定指标： 0.221 为闭环特征方程的根，由得： 求得, 二、临界比例带法确定调节器参数 由等幅振荡法确定调节器参数。对于上述n 阶惯性环节，可以通过计算确定系统等幅震荡的周期和出现等幅振荡时的比例调节器参数Kp。注意采用等幅振荡法确定调节器参数时相当于系统衰减率=0，系统振荡周期为：T=