大流量混合煤气调节阀电液比例系统稳压技术的研究

摘要

为建设资源节约和环境友好型和谐社会，钢厂已经在利用生产过程中产生的焦炉和高炉煤气发电。由于技术、安全和成本的原因，混合煤气的稳压目前均采用大型气动压力调节阀实现，受气动执行机构的滞环特性、气体可压缩性等的影响，大型气动压力调节阀响应慢、响应滞后、调节不及时，使送往燃气轮机的混合煤气压力波动过大，这是目前影响正常发电的主要原因。开发适合钢厂循环发电工程要求的高性能压力调节阀，实现大流量煤气压力的稳压是循环发电工程的一个关键技术问题。 大型气体压力调节阀存在的主要问题是响应慢和响应滞后，这是目前的气动执行机构所不能克服的。电液执行机构抗干扰能力强，可以输出较大的推力和较快的执行速度。课题提出研究由电液比例单元驱动大流量调节阀的电液压力调节系统，取代目前钢厂循环发电工程中采用的气动压力调节系统。论文首先对稳压系统进行系统设计及元器件选型。其次，基于物理模型进行图形化建模，通过建模仿真软件AMESim建立稳压系统的PID控制模型，并对系统的动态响应进行了仿真分析，这种方法可以最大程度的考虑系统的细节问题，从而能够得到更加准确的系统模型。再次，进行了机理建模，即通过分析阀控对称缸及调节阀部分的力平衡特性以及压力-流量特性等，建立了系统的非线性数学模型。最后，基于Matlab针对机理建模进行压力控制策略研究，为了对调节阀进行精确的压力控制，研究了以动力学模型为基础的调节阀系统的控制策略，从而以提高系统的响应速度、准确性及稳定性。 通过对大流量混合煤气稳压系统的研究和仿真实验分析可以看出，在采用PID控制方法对大流量混合煤气稳压系统实施控制之后，通过调整不同的比例、积分和微分系数能够使系统对输入信号产生较好的跟踪，但不能很好的克服煤气压力波动对系统稳定性的影响。在采用模糊控制之后，减少了压力波动作用对系统的不良影响，提高了系统的稳定性，对不确定性因素影响的适应能力也有所增强。

目录

文摘

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声明

第1章 绪论

1.1循环发电工程对气源的稳压要求

1.2调节阀简介及其研究概况

1.2.1调节阀简介

1.2.2调节阀研究概况

1.3电液比例控制技术及其应用

1.3.1比例技术的含义及其发展

1.3.2电液比例控制系统的组成、分类及特点

1.4阀控缸系统的发展

1.5控制理论及其在电液比例系统中的应用

1.6课题的提出和主要研究内容

1.6.1课题的提出

1.6.2课题的主要研究内容

第2章稳压系统及其元器件设计

2.1系统基本工作参数选定

2.2液压缸基本参数确定

2.2.1缸筒的设计计算

2.2.2缸筒厚度δ校核

2.2.3液压缸进出油口尺寸

2.2.4液压缸的密封

2.2.5液压缸摩擦力的计算

2.3泵和电机的选择

2.3.1泵的排量计算及泵的选择

2.3.2电机的选择

2.4蓄能器的设计

2.4.1蓄能器作用

2.4.2蓄能器分类

2.4.3蓄能器充气压力的确定

2.4.4蓄能器容积V0计算

2.5管路的选择

2.5.1管路内径计算

2.5.2管道壁厚t计算

2.6油箱和过滤器设计

2.6.1油箱设计

2.6.2过滤器设计

2.7阀的选择

2.7.1电磁比例阀的选择

2.7.2溢流阀的选择

2.8本章小结

第三章基于AMESim的稳压系统建模与仿真

3.1 AMESim仿真软件介绍

3.2基于AMESim的稳压系统建模

3.3基于AMESim的稳压系统仿真

3.3.1输入气体压力恒定时系统仿真

3.3.2输入气体压力波动时系统仿真

3.4本章小结

第四章建立稳压系统“机-电-液-气”混合系统数学模型

4.1滑阀的流量方程

4.2液压缸的流量连续性方程

4.3液压缸和负载的力平衡方程

4.4调节阀基本方程分析

4.4.1阀芯力不平衡方程

4.4.2调节阀输出压力、阀芯位移方程

4.5传递函数一般推导

4.6稳压系统传递函数计算

4.7本章小结

第五章基于MATLAB的稳压系统PID控制仿真

5.1 PID控制原理

5.2位置式PID控制

5.3 PID控制器的设计

5.4 PID控制参数的整定

5.5 PID控制器的仿真

5.5.1 Simulink简介

5.5.2 PID控制器的仿真及分析

5.6本章小结

第六章基于MATLAB的稳压系统模糊控制仿真

6.1模糊控制

6.1.1模糊控制基本原理

6.1.2模糊控制器

6.2模糊控制器设计

6.3模糊控制系统的仿真

6.3.1模糊逻辑工具箱

6.3.2模糊控制仿真

6.4本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及参与课题

致 谢