基于解耦内模控制器的锅炉燃烧控制系统应用研究

摘要

锅炉是电力、炼化等行业的重要设备之一,随着热工技术的快速发展,对锅炉热效率和运行稳定性的要求越来越高,对其运行控制水平的要求也越来越高。在我国大部分发电和炼化等行业,仍大多采用传统控制模式,不能完全满足锅炉高效和平稳运行的要求。
　　本文以工业锅炉的燃烧控制系统为研究课题,根据其存在的多变量耦合及大时滞的特点,针对锅炉燃烧系统的新要求,以及当前发展迅速的多变量解耦内模控制为控制手段,使燃烧控制中的受控变量一蒸汽压力、烟气成分(经济燃烧指标)和炉膛负压与操纵变量一给煤量、送风量和引风量组成的燃烧系统控制方案满足:给煤量与送风量之间保持一定的比例关系从而保证燃烧的经济性和锅炉运行的安全性;送风量与引风量相适应,保证炉膛负压在一定范围内。并以青岛某热电厂35t/h锅炉燃烧系统为控制对象说明了此法的可行性。
　　本文的主要研究内容和成果有如下几个方面:
　　(1)阐述了工业锅炉燃烧系统的工艺流程和控制要求,并对锅炉的燃烧过程做了较为详细的介绍,并指明控制目标及控制对象的复杂性。理论方面介绍了解耦理论及单变量内模控制的基础知识,并在此基础上引入了多变量解耦内模控制的方法,使控制器同时具有解耦和内模控制的作用。并在设计控制器的过程中运用遗传算法进行模型近似,避免了实际过程中的计算复杂性。
　　(2)以热电厂的锅炉系统为控制对象,分别对汽包水位控制系统和锅炉燃烧控制系统进行设计。针对锅炉燃烧系统,利用Matlab软件,在Simulink中建立上述控制理论应用于锅炉系统的仿真模型,获得仿真曲线。通过对仿真结果进行分析,发现该方法设计的控制器结构简单,参数调整方便且易于实现,不仅使系统具有较快的随动跟踪性能和抗干扰性能,而且鲁棒性较好,最终还可以满足工艺要求的同时减少之后带来的不良影响。
　　(3)采用SIMATIC S7-300对锅炉燃烧系统进行硬件设计,采用PLC和力控组态结合实现软件控制。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 课题的研究现状

1.2.1 工业锅炉控制的发展和现状

1.2.2 内模控制理论研究概况

1.2.3 解耦理论的研究现状

1.2.4 课题的简要工程背景

1.3 研究课题的目的和意义

1.4 研究课题的提出及内容

第2章 锅炉燃烧系统工艺要求及控制目标

2.1 引言

2.2 锅炉燃烧系统工艺特性

2.2.1 蒸汽压力控制系统动态特性

2.2.2 送风控制系统动态特性

2.2.3 引风控制系统动态特性

2.3 锅炉燃烧系统的控制目标

2.3.1 维持蒸汽压力稳定

2.3.2 保证燃烧过程的经济性

2.3.3 维持炉膛压力稳定

2.4 控制对象复杂性

2.5 小结

第3章 多变量解耦理论

3.1 引言

3.2 频域法

3.3 状态反馈解耦法

3.4 与先进控制理论结合的解耦方法

3.4 小结

第4章 内模控制系统分析

4.1 引言

4.2 线性稳定系统内模控制基本原理(单自由度)

4.2.1 内模控制的基本性质

4.2.2 IMC控制器的设计

4.2.3 鲁棒稳定性分析

4.2.4 具体实例实例仿真

4.3 二自由度内模控制系统

4.4 小结

第5章 多变量解耦内模控制器的设计

5.1 引言

5.2 多变量内模控制器的基本结构

5.3 多变量内模控制器的基本性质

5.4 解耦内模控制器的分析

5.5 解耦IMC设计

5.6 仿真结果

5.7 小结

第6章 锅炉控制系统设计与研究

6.1 引言

6.2 汽包水位控制系统

6.3 锅炉燃烧控制系统

6.3.1 蒸汽压力控制系统

6.3.2 炉膛负压控制系统

6.3.3 多变量解耦内模控制方案

6.3.4 仿真结果

6.3.5 烟气含氧量的闭环控制

6.3.6 安全连锁控制系统

6.4 控制系统实施设计

6.4.1 系统硬件设计

6.4.2 上位机监控软件的实现

6.4.3 实施的要点

6.5 小结

结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文