基于DSP的锅炉汽包水位控制系统的控制策略的研究

摘要

锅炉是电力、石油、化工等工业部门的重要热源、能源动力设备，锅炉控制系统的水平已经成为衡量锅炉性能的一个重要因素。由于锅炉往往启停频繁、负荷变化大，依靠人工操作很难保证其安全、稳定地在经济工况下长期运行。在实际运行中，自动控制已成为锅炉安全高效运行的保证。锅炉控制是一个比较复杂的控制过程，为保证提供合格的蒸汽适应负荷的需要以及锅炉的运行安全，各个环节的工艺参数必须严格控制，而汽包水位控制系统是锅炉自动控制系统中最重要的环节。 汽包水位是锅炉正常运行的重要参数，维持汽包水位在一定的范围内变化，是锅炉水位控制的重要任务之一，也是保证汽机和锅炉安全运行的重要条件。如果汽包水位过高，会影响汽包的汽水分离装置的正常工作，导致锅炉出口蒸汽带水和含盐量过大，使过热器受热面结垢甚至遭到破坏，影响机组的正常运行和经济性指标；如果汽包水位过低，会使锅炉水循环工况破坏，造成水冷壁供水不足而被烧坏。所以研究锅炉汽包水位的控制有着重要的意义．目前锅炉汽包水位的控制大多采用常规PID控制方式，由于其控制参数是固定不变的，不能进行在线调整，其控制效果往往难以满足要求。常规模糊控制也有应用，但存在静态误差大和继电器特性等缺陷。模糊自适应PID控制自适应能力强，消除了继电器特性，理论上可以完全消除系统静态误差。将模糊自适应PID控制理论应用于控制系统设计中，不需要对系统模型进行较大的改动，就能够获得较好的控制效果。因此，本文采用了模糊自适应PID理论进行汽包水位控制系统的设计。 在控制器的设计上以数字信号处理器DSP芯片TMS320LF2407A为核心设计了锅炉汽包水位模糊自适应PID控制系统的硬件和软件。应用MATLAB仿真软件对该汽包水位控制系统进行验证和分析，仿真结果表明本系统能够基本消除扰动对水位的影响，同时提高了蒸汽产量和质量，对节约生产成本、提高经济效益都有重大意义，是一种很有前途的控制方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 课题背景

1.2 锅炉水循环系统

1.2.1 锅炉水循环系统

1.2.2 锅炉蒸汽发生过程

1.3 汽包水位控制现状及存在问题

1.4 本课题主要任务

2 锅炉汽包水位常规控制策略研究

2.1 常规PID控制算法

2.2 锅炉汽包水位的动态特性

2.3 单冲量汽包水位控制系统

2.4 双冲量汽包水位控制系统

2.5 三冲量汽包水位控制系统

2.6 几种汽包水位控制系统方案归纳

2.7 汽包水位智能控制系统方案确定

3 锅炉汽包水位智能控制器设计

3.1 模糊理论概述

3.1.1 模糊控制理论基础

3.1.2 模糊控制的基本原理

3.2 模糊控制系统概述

3.2.1 模糊控制系统的基本结构

3.2.2 模糊控制器设计

3.3 锅炉汽包水位模糊控制系统设计及仿真

3.3.1 锅炉汽包水位常规模糊控制器的设计

3.3.2 常规模糊控制系统设计及仿真

3.3.3 改进的模糊控制系统的设计及仿真

3.3.4 模糊控制系统对被控对象的适应能力

3.4 锅炉汽包水位模糊自适应PID控制系统

3.4.1 锅炉汽包水位模糊自适应PID控制系统设计

3.4.2 模糊自适应PID控制器设计

3.4.3 各变量隶属度函数的确定

3.2.5 建立模糊控制规则

4 DSP芯片的选取

4.1 TMS320 系列DSP概况

4.2 DSP适合于数字信号处理的特点

4.3 TMS320 LF2407 A DSP简介

4.3.1 TMS320 LF2407 A芯片PWM波形的产生

4.3.2 TMS320 LF2407 A芯片A／D转换模块

5 基于DSP的锅炉汽包水位控制系统设计

5.1 汽包水位控制系统输入和输出参数

5.2 系统硬件设计

5.2.1.系统总体设计方案

5.2.2 模糊自适应PID控制器的硬件结构

5.2.3 系统的供电电源设计

5.2.4 存储器设计

5.2.5 D／A转换模块

5.2.6 人机接口模块

5.2.7 串行通信模块

5.3 软件设计

5.3.1 用C语言开发DSP芯片的软件

5.3.2 系统软件设计

5.4 基于MATLAB／Simulink的系统仿真研究

5.4.1 仿真结果分析

6 结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文