《过程控制》课程设计报告
题目:    锅炉汽包液位的三冲量调节 
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2010年12月10日
《过程控制》课程设计任务书
专    业
班    级
学    生
指导教师
题    目
锅炉汽包液位的三冲量调节
设计时间
2010年 12月 4 日  至  2010 年 12 月 10  日  共  1  周
设计要求
设计任务： 锅炉汽包液位的三冲量调节，用PID、模糊PID控制等方法实现对锅炉液位的控制。要求：
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1、超调小、调节时间短，对扰动的抑制效果好；
2、给出控制策略和选定参数，并详细说明参数整定过程；
3、给出MATLAB下的仿真曲线。
4、给出硬件实现方案，包括控制器和检测回路芯片的具体型号。
方案设计：
1.采用Matlab完成控制系统的设计仿真；
2.选择元器件，完成电路设计，使用Protel绘制原理图；
3.控制器采用单片器实现，型号可自选。
报告内容:
1.控制系统仿真和设计步骤，应包含Matlab仿真的性能曲线、控制策略、参数选择和详细的参数整定过程、结果分析；
2.元器件选型及选型原则，电路设计，以及绘制的Protel原理图；
3.软件流程图，以及含有详细注释的源程序；
4.设计工作总结及心得体会；
5.列出所查阅的参考资料。
指导教师签字：                            系（教研室）主任签字：
2010年 12 月 4 日
1 问题重述
锅炉汽包液位是锅炉运行中一个重要的监控参数，反映了锅炉负荷与给水的平衡关系，要求汽包液位控制在一定范围内。锅炉汽水系统结构如图1 所示。
图1　锅炉汽水系统
1—给水泵；2—给水母管；3—调节阀；4—省煤器
5—锅炉汽包；6—下降管；7—上升管；8—蒸汽母管
汽包液位过高会造成蒸汽带水，影响汽水分离效果；水位过低容易使水全部被汽化烧坏锅炉。影响汽包液位的因素，除了加热汽化外，还有蒸汽负荷和给水流量的波动，当负荷突然增大、汽包压力突然降低时，水就会被急剧汽化，出现大量气泡，形成“虚假液位”。
单冲量控制系统的负荷一旦急剧变化就会出现虚假液位，因液位升高，调节器就会关小供水阀门而造成事故。双冲量控制系统，是在单冲量控制系统的基础上加上一个蒸汽冲量，以克服虚假液位。三冲量调节系统，它是在双冲量控制系统上再加上一个给水流量的冲量。由蒸汽流量、给水流量前馈与汽包液位反馈所组成的三冲量控制系统，如下图所示。
三冲量控制系统框图
分别为蒸汽流量变送器、给水流量变送器、差压变送器的转换系数。已知某供汽量为120t/h的锅炉，给水流量与水位的传递函数，蒸汽流量与水位的传递函数分别为：
                            (1)
                        (2)
分别为：0.0667，0.0667及0.0333。调节阀采用线性阀，增益为15。
试用PID、模糊PID控制等方法实现对锅炉液位的控制。
要求：
1、超调小、调节时间短，对扰动的抑制效果好；
2、给出控制策略和选定参数，并详细说明参数整定过程；
3、给出MATLAB下的仿真曲线。
4、给出硬件实现方案，包括控制器和检测回路芯片的具体型号。
2.采样周期T的选择
采样周期在计算机控制中是一个重要的参数。从信号保真度看，采样周期不宜太长，即采样频率不应该过低。Shannon采样定理给出了下限角频率ωs ≧2，为原信号的最高频率。采样周期应尽可能的短，以使采样后的离散信号可以近似于连续信号，数字控制具有接近于连续控制系统的质量。但采样频率过高，将使得数据存数容量加大，计算工作量加大，并且采样频率高到一定程度，对系统性能的改善效果并不显著。所以，我们要到一个最佳的采样周期。综合各种因素考虑，我们选择采样周期T=0.02s
3. 汽包锅炉水位控制系统的设计
  汽包水位的控制问题伴随着锅炉的出现而出现，长久以来一直是控制领域的一个典型的难问题。随着控制理论、控制技术和现代控制方法的发展，锅炉自动化控制的水平也在逐渐提高。其间主要经历了上世纪三四十年代单参数仪表控制，四五十年代单元组合仪表综合参数
仪表控制，以及六十年代兴起的计算机控制等几个阶段。通常有如下几种方案：

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