锅炉水位控制系统的设计说明书

第3 章 锅炉汽包水位特性及其控制

VD?VW，则汽包水位稳定值将不等于给定值。一般情况下选择静态时VD?VW，

因而使控制过程结束后汽包水位保持给定的数值。

?D?DD GD?S?GC KV GW?S? H + VD W H + - VW - VH ?H?W ?W 图4.12单级三冲量控制系统原理框图

单级三冲量控制系统具有如下优点：相对单冲量和双冲量控制系统，其控制品质最好，能有效地满足系统对快速性、稳定性、准确性的要求，能有效地避免“虚假水位”现象。与单冲量和双冲量相比，最大的不足是，系统成本高，系统复杂，不容易整定。

随着生产过程向着大型、连续和强化的方向发展，对操作的要求更加严格，参数间相互关系更加复杂，对控制的精度和功能提出新的要求。为此，需要在单回路的基础上，采取其它措施，组成复杂控制系统，下面引入三冲量串级控制系统。如图4.13和图4.14所示的三冲量串级控制系统框图和原理框图中，主调节器接受水位信号作为主控信号和蒸汽流量信号去控制副调节器的给水设定值，副调节器除了接受主调节器的设定信号外，还接受给水流量信号。蒸汽流量信号作为前馈信号对给水流量进行前馈控制，当蒸汽负荷突然发生变化时，蒸汽流量信号使给水调节阀立即向正确的方向移动，即当蒸汽流量增加时，给水调节阀开大，从而抵消了由于虚假水位引起的反向作用，因此减少了水位和给水流量的波动幅度。给水流量信号作为调节阀动作后的反馈信号，能使调节器及早知道控制的效果，做出相应的调整。

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变送器 D H0 + W H 主调汽包 调节阀 副调节器 节器 + - - 图3.13串级三冲量控制系统框图

D ?D ?D GD?S? H0 + VD + W H

GC2 GC1 GK V变送器 变送器 W?S? - - VH VW ?W?W ?H图3.14串级三冲量控制系统原理框图

4.4 汽包水位常用控制方式的综合比较及结论

通过前面的分析可以看出，控制系统越简单，系统所需的成本越低，控制效果越差。控制系统越复杂，系统所需的成本越高，控制效果越好。其综合比较见下表4.1。

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第3 章 锅炉汽包水位特性及其控制

表4.1三种控制系统的比较

控制系统 控制效果 成本投入 单冲量 较差 较低 负荷波动不大，控制效果要求不高 双冲量 较好 较高 负荷波动大，但给水压力比较稳定 三冲量 最好 最高 任意工况的系数 能控制 PID 能控制 PID 适应的环境 虚假水位现象 不能控制 PID 常用算法 -31-

第5章 锅炉汽包水位控制的仿真实现

5.1 仿真工具简介

5.1.1 关于MATLAB

MATLAB这个名字是由MATrix和LABoratory这两个词的前两个字母组合而成，顾名思义，就是矩阵实验室(mstrix laboratoty)，它是由MathWorks公司于1984年推出的一套高性能的数值计算和可视化数学软件，被益为“巨人肩膀上的工具”。最为重要的是，由于使用使用MATLAB进行编程运算与人进行科学计算的表达方式完全一致，所以不像其他高级语言(如Basic、Fortran和C等)那样难于掌握，用MATLAB编写程序如同在演算纸上排列出公式与求解问题，因此它又被称为演算纸式科学算法语言。

正如其名MATLAB主要用于方便矩阵的存取，其基本元素是无需定义维数的矩阵。MATLAB自问世以来，就以数值计算称雄。MATLAB 进行数值计算的基本单位是复数数组(或称阵列)，这使得MATLAB高度“向量化”。经过近20年的扩充和完善，MATLAB现已发展成为线性代数课程的标准工具。由于它不需要定义数组维数，并且它提供了矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时，显得大为简捷、高效、方便，这是其他高级语言所不能比拟的。

MATLAB的典型的应用包括以下几个方面： (1) 数学和计算算术发展模型； (2) 模拟仿真和原型；

(3) 数据分析、开发和可视化； (4) 科学和工程图学；

(5) 应用发展包括图形用户界面设计；

MATLAB系统主要由以下几个部分构成：

(1) MATLAB编程语言。主要矩阵描述、函数等，主要特点是面向目标的编程(OOP)。

(2) MATLAB工作环境。这个集成化的平台为用户进行各种各样的操作提供了便利。

(3) MATLA绘图系统。用户通过MATLAB可以绘制二维、三维等图形，还可以进行图像处理、动画片制作等。另外，MATLAB允许用户自己建造完整

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