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毕业设计-电厂锅炉水位串级控制系统设计，共45页，19181字，附外文翻译、答辩PPT
摘要
现代大型锅炉的水位动态特性复杂，汽包存在着严重的“虚假水位”现象，为了给水系统的安全可靠，有多种设计方案，三冲量给水系统包括单级三冲量给水系统和串级三冲量给水系统，设计中重点针对串级三冲量给水系统进行了详细的设计及仿真研究。
本次设计是根据实验给定的参数，用理论计算的方法整定调节器的参数，同时借助MATLAB应用软件进行仿真，整定系统。本文在具体分析了一些影响汽包水位对象控制主要因数的基础上，讨论了目前通常采用的控制方法,分析了水位对象模型的动静特性，水位扰动、蒸汽流量扰动下的系统的性能和蒸汽流量信号丢失后的水位变化情况。通过对几种控制方案的分析、研究与比较，选串级三冲量系统作为最佳控制方案，并着力研究串级三冲量系统的特点。随后对其在PID的参数整定方面也进行了必要的分析，并进行仿真，验证设计。得到串级三冲量给水控制系统对各种典型影响因素的干扰均能做出快速反应，具有较高的调节质量和调节精度，能够维持汽包水位的稳定，保障锅炉的安全稳定运行。
关键词：汽包锅炉，MATLAB仿真，PID参数整定，三冲量控制系统

ABSTRACT
The dynamic characteristics of water level in modern large boiler drum complex,there are "false water level" phenomenon, in order to supply system is safe and reliable, has a variety of design scheme, the three element feedwater system comprises a single stage three element and three element cascade feed watersystem, focusing on the design of the three element cascade feed water system design and detailed simulation research.
The design is based on the parameters given by the method of the theoretical calculation, parameter self-tuning regulator, and carry on simulation using MATLAB application software, setting system. In this paper, based on analyzing the influence of steam drum water level control of the main factor, discussed the general method, analysis of the static and dynamic characteristics of the water level object model, disturbance of the water level, steam flow disturbanceperformance of the system and the steam flow signal loss lost water levelchanges after. Through the study and comparative analysis, several control schemes, choose the cascade three impulse system as the optimal controlscheme, and tries to study the characteristics of cascade three impulse system.Then the PID parameter tuning is also carried out the necessary analysis, and simulation, verification of design. Get three element cascade feed water control system of various typical disturbance factors can make rapid response, withhigher quality regulation and regulation precision, can maintain the stability of the drum level, to ensure the safe and stable operation of the boiler.
KEY WORDS: drum boiler，MATLAB simulation，PID parameter tuning，three impulse control system

目 录
第一章 绪论 1
1.1 锅炉水位控制的任务 1
1.1.1 控制锅炉水位的意义 1
1.1.2 锅炉水位控制系统的任务与要求 1
1.1.3 毕业设计任务分析 2
1.2 锅炉水位控制技术国内外现状分析 2
第二章 汽包锅炉与给水控制原理及动态特性 4
2.1 锅炉设备的控制 4
2.1.1 锅炉设备的主要控制要求 4
2.1.2 锅炉控制的主要控制系统 4
2.2 汽包锅炉简介 5
2.3 锅炉给水控制对象的结构与工作原理 6
2.4 给水控制对象的动态特性 8
2.4.1 给水量扰动下水位变化的动态特性 8
2.4.2 蒸汽流量扰动下水位的动态特性 9
2.4.3 燃料量扰动下水位的动态特性 10
第三章 锅炉水位控制系统方案 12
3.1 汽包水位控制方法 12
3.1.1 单冲量控制 12
3.1.2 双冲量控制 12
3.1.3 三冲量控制 12
3.2 单级三冲量水位控制系统 13
3.2.1 工作原理 13
3.2.2 H,W,D三信号的静态配合 14
3.2.3 调节器参数整定 14
3.3 串级控制简介 15
3.3.1 串级控制系统的结构 15
3.3.2 串级控制系统的特点 15
3.3.3 串级控制系统的设计 16
3.4 串级三冲量水位控制系统 18
3.4.1 工作原理 18
3.4.2 信号的静态配合 18
3.4.3 调节器参数整定 19
3.5 控制方案比较 20
第四章 MATLAB仿真简介 21
4.1 MATLAB的概述 21
4.2 MATLAB的特点 21
第五章 给水三冲量串级系统的建模与仿真 24
5.1 串级控制系统参数的整定 24
5.2 PID控制器 25
5.3 串级三冲量控制系统的参数整定 26
5.3.1 汽包水位控制系统的参数整定 26
5.3.2 副回路参数整定 27
5.3.3 主回路参数整定 29
5.4 串级三冲量控制系统仿真分析 31
5.4.1 串级三冲量控制系统仿真 31
5.4.2 仿真结果分析 33
第六章 锅炉水位串级控制系统设计结论 35
参考文献 36
致谢 37
毕业设计小结 38

毕业设计任务分析
本论文主要通过以下几个方面，设计电厂锅炉水位串级三冲量控制系统：
1.简要介绍汽包锅炉及自动控制系统的发展，其中包括汽包锅炉的工作原理及特点、国内外发展的现状。
2.对水位控制展开研究，介绍分析锅炉水位控制系统的动态特性及水位控制系统的控制方法。
3.介绍和分析锅炉给水控制系统方案，利用MATLAB软件对锅炉水位进行仿真，开展控制系统方案论证，建立系统数学模型。
4.对锅炉水位控制系统进行PID参数的计算与整定，利用MATLAB仿真做最后的验证。

主要技术指标
1. 锅炉汽包内径1.8m,筒身长20m；
正常水位在汽包几何中心线下100mm±50mm 处；
给水流量W=0~450t/h，蒸汽流量D=0~500t/h；
2. 在给水流量变化和蒸汽流量扰动下，锅炉汽包水位控制系统能稳定运行，衰减系数；
3. 过程动态性能指标为=0.75~0.9：
（1）水位波动最大偏差不超过±80mm；
（2）水位恢复到±15mm范围内的时间不大于；
4. 锅炉稳定运行时，汽包水位应在给定值的±15mm范围内变化。