除氧器温度模糊控制系统设计与仿真研究毕业设计.docx

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1、除氧器温度模糊控制系统设计与仿真研究毕业设计目录摘要错误！未定义书签。Abstract错误！ 未定义书签。第一章绪论11.1 锅炉除氧的意义与目的11.2 国内外研究概况和发展趋势21.2.1 国外状况31.2.2 国内状况31.3 本课题主要完成的任务4第二章热力除氧器的除氧原理及其数学模型62.1 热力除氧的原理与途径62.1.1 除氧的方法与原理62.1.2 水中气体的溶解特性及除氧的途径72.1.3 热力除氧器的工作条件和特点92.2 热力除氧器动态特性测定112.2.1 建模综述112.2.2 被控对象的数学模型122.3 本章小结14第三章热力除氧器控制系统设计153.1 热力除氧

2、器控制系统现状153.2 热力除氧器控制系统的设计思路163.3 控制方案的确定173.4 本章小结19第四章控制理论简介214.1 PID 控制214.1.1 PID控制概述224.1.2 PID参数整定234 . 2模糊控制244.1.1 模糊控制系统概况254.1.2 模糊控制的基本思想264.1.3 模糊控制特点274.1.4 模糊控制系统组成274.1.5 模糊控制的基本原理295 .3本章小结31第五章 模糊控制器设计325.1 模糊控制器的结构设计335.2 精确量的模糊化345.3 模糊控制规则设计375.4 模糊推理与模糊判决405.5 论域、量化因子、比例因子的选择425.

3、6 模糊查询表的建立455.7 本章小结46第六章MATLAB仿真研究476.1 PID控制系统仿真476.2 模糊控制系统仿真496.2.1 FUZZY工具箱的简介496.2.2 模型图与仿真结果分析496.3 模糊PID控制系统仿真516.4 本章小结52第七章总结与展望54参考文献55致谢58内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章绪论1.1 锅炉除氧的意义与目的电力生产是电力系统的重要组成部分，它是将自然界中的一次能源（如煤、天然气、水能、核能、风能、太阳能等）转换为电能。火电厂是一个庞大而又复杂的生产电能与热能的工厂，火电厂基本生产过程是：燃料在锅炉中燃烧，将其热量释放出来，传

4、给锅炉中的水，从而产生高温高压蒸汽；蒸汽通过汽轮机乂将热能转化为旋转动力，以驱动发电机输出电能。火电厂是由化学水处理系统、锅炉、汽轮发电机组、输变电设备及其他辅助设备组成的庞大的能源转换设备群山。除氧器是火电机组给水加热系统中的主要设备之一。主要用来除去锅炉给水中的氧和二氧化碳等非凝结气体，其次是用汽机中压侧抽汽及其他方面的余汽、疏水等，将锅炉给水加热至除氧器运行压力下的饱和温度，从而提高了机组的热经济性，并将符合含氧量标准的饱和水，储存于除氧器水箱中，随时满足锅炉的需要，以保证锅炉的安全运行。蒸汽系统流程示意图如图1.1内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）图1.1蒸汽系统流程示意图锅炉给

5、水中的溶解氧是造成热力设备腐蚀的主要原因之一。腐蚀降低了设备工作的可靠性并严重影响锅炉寿命，其主要危害如下：产生腐蚀后，锅炉的省煤器、水冷壁、对流管束、锅筒等金属构件遭到破损而变薄，或局部点状腐蚀而凹陷甚至穿孔，严重的腐蚀会使金属内部结构破坏，甚至发生爆管事故。这样会缩短锅炉的使用年限，或者停炉停产，直接影响工厂的经济效益。 金属腐蚀产物转入水中，使水中杂质增多，乂加剧受热面上的结垢过程。含有高价铁的水垢，容易引起垢下金属铁的腐蚀，而铁的腐蚀乂容易重新结成水垢。这种恶性循环会迅速导致锅炉爆管事故的发生，结果会造成人的伤亡和设备的破坏。所以，锅炉和热力设备的氧腐蚀是锅炉安全运行的一大隐患，为防止

6、和减轻热力设备的氧腐蚀，保证热力设备能安全经济运行，就需要对锅炉给水进行除氧处理。因此，除氧器在热力发电过程中起着非常重要的作用。除氧器是将溶解在水中的有害气体，尤其是水中的溶解氧从水中除去，避免这些有害气体进入锅炉系统造成设备的腐蚀I,从而影响锅炉和汽轮机系统的寿命。为了保证除氧器能达到很好的除氧效果，就需要采用先进的控制方法，所以，须采取智能化控制技术控制除氧器。其主要目的是在满足经济性、实用性、科学性的条件下设计一套稳定、可靠的热力除氧器控制系统，使除氧器能起到良好的除氧效果。本文是以包钢热电厂的除氧器为控制对象，采用智能控制技术来设计除氧器的控制系统。1.2 国内外研究概况和发展趋势除

7、氧器在电站发电设备中起着重要作用，关系着锅炉系统的安全运行，所以人们用了许多办法来对除氧器进行控制，在这方面国内外都做了许多研究工作，同时也取得了一些较好的效果。1.2.1 国外状况加拿大的Chou, QB等人在新型除氧器水位压力控制系统一文中提出了用控制策略和容错算法来控制除氧器水位和压力，这种新的控制方法并入了不相互矛盾的控制方法,适用于不同的运行状态，很大程度地提高了系统性能，在系统受到严重干扰时降低了除氧器的噪声，提高了设备的可靠性和安全性。C. X. LU和R.D.BE1等人发表了题为发电厂除氧器的策略控制的论文，该文中提出运用策略控制的方法来控制除氧器，通过仿真研究证明该方法对除氧

8、器的启动和过渡过程控制效果良好。澳大利亚Bell, Rodney等人在题为除氧器建模与控制的论文中提出了适用于预测除氧器装置的瞬态状态的数学模型，该数学模型是基于能量和质量平衡方程，建立了除氧器、给水泵、吸水泵的模型。由于该模型是完全基于物理特性，所以很容易应用于不同尺寸的同类装置。并在该模型的基础上应用于不同的控制方法，对除氧器的水位进行了控制仿真，其结果表明很理想。美国BenAbdennour, Adel提出用高斯线性二次型(LQG/LTR)的鲁棒性控制器对实验增值反应堆(EBR-H)进行了控制，在这篇文章中提到了当运行条件改变，系统受到扰动，或发生故障时，传统的PID控制器是不能维持它的

9、理想性能，并反过来会影响其它设备的性能，上述鲁棒性控制器能适应系统故障，并能在一定范围内，模型的不确定性仍有较好的控制性能。该鲁棒性控制器具有以下儿个优点：即使在运行条件发生很大的变化时，控制器仍有理想的控制性能。能适应可能发生的一些故障。通过选择加权系数，使一个变量比另一个变量起更大的控制作用。1.2.2 国内状况东南大学吕剑虹等人采用模糊控制方法对电站除氧器水位和凝汽器水位进行控制，通过对国内200MW火电机组除氧器及凝汽器水位控制系统进行分析，他们采用模糊控制技术对除氧器水位进行多变量控制，仿真了机组负荷变化，除氧器水位也发生相应阶跃变化响应的几种情况。郝吉廷和王莉在除氧器水位及溶氧的控

10、制一文中，提出在原有的除氧器水温和水位的单回路调节系统中增加前馈控制回路，实现除氧器水温和水位控制的稳定和快速作用。曲延滨、潘毅等人发表的题为除氧系统模糊控制器的设计与实现的论文中，设计了基于模糊控制理论的多维模糊控制器来控制除氧器压力和水位，为了消除多台除氧器并联工作时相互间的影响，控制各除氧器平稳运行,结合人工控制经验设计了智能控制器，其控制效果达到了预期要求。马海林、刘军还针对除氧器水位自动调节系统投入难的问题，定性分析其症结所在，提出在常规控制系统的基础上采用协调控制策略进行控制，并将其运用在黄岛发电厂125MW和210MW火电机组上，取得了较为理想的效果“3。虽然国内外对锅炉以及除氧

11、器的控制研究很多，也取得了一些成果，但都主要偏重于除氧器的压力和水位的控制方面，而本课题主要从除氧器的温度变化方面考虑，以达到除氧的目的。1.3 本课题主要完成的任务本课题是以包钢热电厂的除氧器为研究对象，除氧系统具有多输入、多输出、大滞后、时变性、非线性等一系列特点，除氧器的温度和压力相互影响，是一种强耦合系统,其精确数学模型难以建立。为了达到除氧目的，必须保证温度和压力的恒定。而采用传统的P1D控制方法，当系统负荷变化较大时; 实际运行结果很不理想，很难达到工业要求。因此，提出了一种采用传统的PID控制结合模糊控制理论的设计思想，采用MATLAB对设计的控制系统进行仿真。本课题主要的工作有

12、：了解热电单元机组系统组成及工作原理，重点是热力除氧器的结构、原理、特点和运行特性；根据查阅的大量资料，分析研究除氧器的结构与运行特性，明确热力除氧器的温度控制系统的设计思路，选定控制方案；根据除氧器的参数变化特性及控制要求，设计适用于除氧器温度控制的模糊控制算法及PID控制算法；(4)运用MATLAB对控制算法进行仿真研究，确定模糊控制器及PID控制器的最佳参数，并比较模糊控制和PID控制的控制效果；对仿真结果进行相关的分析，根据常规PID控制和模糊控制的各自优点，把二者结合起来构成模糊一PID复合控制，利用MATLAB进行仿真实验研究，并与常规PID控制和模糊控制的效果进行比较。内蒙古科技

13、大学毕业设计说明书（毕业论文）第二章热力除氧器的除氧原理及其数学模型工业锅炉用水经过预处理和离子交换处理除去了水中的悬浮物、胶体和溶解在水中的钙、镁离子，使水得到了澄清和软化。但水中溶解的气体还没有除掉。这些气体中的氧和二氧化碳能引起给水系统和锅炉受热面腐蚀，特别是氧的腐蚀最为严重，腐蚀量达到25%时，就足以使设备管路遭到破坏，轻则造成设备管道内壁出现点坑，粗糙度大增，既增加流动阻力，乂易积聚沉淀物，加速垢下腐蚀，最终导致暴裂穿孔报废。因此,要保证锅炉安全、正常的运行，不使工艺过程遭受破坏，即在正常使用年限内，锅炉不因腐蚀过于剧烈而引起机械强度的过大损失而不安全，或腐蚀产物过多而引使水循环发生

14、故障，锅炉的给水除氧就显得十分关键2.1 热力除氧的原理与途径锅炉给水中往往溶解有氧、氮、二氧化碳等气体，其中二氧化碳和氧气的存在，对锅炉和汽轮机更容易发生腐蚀。尤其是氧的存在，腐蚀特别严重，因此，我们有必要研究气体在水中的特性，特别是氧在水中的特性及除氧的根本途径。2.1.1 除氧的方法与原理若水中含有溶解氧或游离的二氧化碳，或者pH值小于7呈现酸性水，或水中氯化物存在较多，都会使给水管道、省煤器、水冷壁、锅筒及对流管束等发生或加剧腐蚀。化学除氧是把游离氧分子转变成金属氧化物或非金属氧化物，氧化还原树脂除氧即为当前除氧技术最为先进的一种，它的关键就是合成一种适合工业上应用的氧化还原树脂，能提

15、供大量的廉价活性氧。物理化学除氧原理是根据亨利定律Cn=kPn,在达到平衡条件下，水中溶解氧含量Cn,与水上方氧气的摩尔分压Pn成正比，如果水上方氧气的摩尔分压Pn=O,溶解氧就向水上方无氧气体中扩散，如果设法使水上方气体中氧气摩尔分压始终保持为零，扩散达到平衡，水中溶解氧含量就为零，即成无氧水。无氧气体为蒸气就是热力除氧，无氧气体为氮气和二氧化碳混合气体就是解吸除氧，如果把水上方空气抽尽，仅留下水蒸气就是真空除氧。常用的除氧方法有热力除氧、真空除氧、解析除氧、化学除氧、海绵铁除氧（过滤除氧）、加药除氧等。除氧技术基于化学原理和物理化学原理，在国际上，发达国家工业锅炉补给水除氧,除了一些特殊保留热力除氧（热电厂除氧）和真空除氧（海水除氧）外，大多数采用化学除氧。化学除氧技术采用氧化还原树脂除氯，物理化学除氧技术采用膜分离除氧。虽然氧化还原