热工控制系统课程设计56223

热工控制系统课程设计

----某直流锅炉给水控制系统设计

二○一○年十二月

目录

第一部分多容对象动态特性的求取 (2)

第二部分单回路系统参数整定 (4)

一、广义频率特性法参数整定 (5)

二、临界比例带法确定调节器参数 (6)

三、比例、积分、微分调节器的作用 (9)

第三部分串级控制系统参数整定 (10)

一、主蒸汽温度串级控制系统参数整定 (10)

二、给水串级控制系统参数整定 (13)

三、燃烧控制系统参数整定 (15)

第四部分 某电厂热工系统图分析 ........................................................ 16 参考文献： (19)

第一部分 多容对象动态特性的求取

选取某主汽温对象特定负荷下导前区和惰性区对象动态特性如下： 导前区：

1

40400657

.12++-s s

惰性区：

1

1891542269658718877531306948665277276960851073457948202

.1234567+++++++s s s s s s s

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n

Ts K

s W )1()(+=，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。

导前区阶跃响应曲线：

图1-1

由曲线和两点法可得： 657.1=K

637.28,663.0657.14.0)(4.01==⨯=∞t y 165.61,326.1657.18.0)(8.02==⨯=∞t y

2092.25.0075.12

121≈=⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+-=t t t n ，8.2016.22

1≈+≈n t t T 即可根据阶跃响应曲线利用两点法确定其传递函数：2

)

18.20(657

.1)(+-=

s s W 惰性区阶跃响应曲线：

图1-2

由曲线和两点法可得： 202.1=K

7.164,481.0202.14.0)(4.01==⨯=∞t y 23.247,962.0202.18.0)(8.02==⨯=∞t y

79977.65.0075.12

121≈=⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+-=t t t n ，244.2716.22

1≈+≈n t t T 即可根据阶跃响应曲线利用两点法确定其传递函数：7

)

1244.27(202

.1)(+=

s s W

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，进行参数整定。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。不妨以第一部分整定确定的对象

7

)1244.27(202

.1)(+=

s s W 为例，进行参数整定。

一、广义频率特性法参数整定

调节器采用比例调节器，P T K s W =)(,以衰减率75.0=φ为整定指标：

0)

1244.27(202

.117

=++s K P

75.012=-=-m e πφ 221.0=⇒m

wj mw s +-= 为闭环特征方程的根

()[

]

mwT

wT tg j P e

wT mwT jwT mwT K --⨯+-=+-=-∴172

722

7

1

)

()1(1202.1

[

]

202.1)

()1(2

722

÷+-=⇒wT mwT K P

mwT

wT

tg -=-171

π

4816.07

1==-∴

π

tg mwT wT 435.0=⇒wT

求得85.0=P K

在matlab 中进行仿真分析，实际系统效果图形为：

图2-1

由图形可以知道广义频率特性法对试凑法有很好的指导意义。

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振荡的周期和出现等幅振荡时的比例调节器参数1P K 。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 m

= 0，系统振荡周期为:ω

π

2=

T 。通过计算确定调节器参数后，在matlab 中进行仿真分析，观看实

际系统效果是否正确。对于对象7)1244.27(202

.1)(+=

s s W ,计算确定7263.1)7

(cos 202.117

1==πP K 系统结构如下图所示：

图2-2

仿真后系统输出为：

图2-3

根据等幅振荡是比例增益和系统输出曲线确定的，可以查表确定当系统衰减率75.0=φ时调节器

参数P K ,I K ,D K 。

由输出曲线可得等幅振荡周期为:s T k 355= 此时的比例带数值为：5793.07263

.1111===

P k K δ 查表确定75.0=φ时调节器参数：

1） P 调节器

86.05793

.02121=⨯==

k P K δ 与广义频率特性法计算所得值相当吻合，Matlab 仿真图亦如图2-1所示。

2） PI 调节器

785.05793

.02.21

2.21=⨯==

k P K δ 0026.0355

85.05793.02.21

85.02.21=⨯⨯⨯=⨯=

k k I T K δ

在matlab 中进行仿真分析，实际系统效果图形为：