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双进双出钢球磨煤机控制系统研究

作 者: 袁钢
导 师: 潘维加
学 校: 长沙理工大学
专 业: 动力机械及工程
关键词: 磨煤机 模糊控制 制粉系统 仿真研究 MATLAB
分类号: TM621.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 134次
引 用: 1次
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内容摘要


磨煤机是火电厂重要的辅机,磨煤机运行的好坏直接影响到火电厂锅炉能否安全、经济、稳定运行,也直接关系到电厂整个机组能否安全、经济、稳定运行。磨煤机是电厂的用电大户之一,它消耗了火电厂厂用电的15%~25%左右,所以磨煤机也是一个潜在的节能大户。双进双出钢球磨煤机已广泛应用于300MW及其以上的机组,但是目前很难找到一个比较准确的双进双出钢球磨煤机的数学模型,有关于双进双出钢球磨煤机有效、好用的控制方案有待进一步的研究和开发。目前火电厂的双进双出钢球磨煤机大多数投不上自动,处于手动运行状态。本文采用机理分析法,分别分析了给煤机给煤量、热风门开度、冷风门开度变化对磨煤机煤位、出口温度、磨煤机负荷的影响,分析了各输入与输出物理量之间的关系,推导出了它们的数学微分方程,得到了各自的传递函数。以此为基础,在SIMULINK环境下对各环节及被控对象整体的动态特性进行了仿真研究,得到了它们在阶跃扰动输入信号下的输出曲线,仿真结果验证了所得数学模型的正确性。本文分析了双进双出钢球磨煤机控制系统现有的常规PID控制方案。在前面已建立的磨煤机数学模型的基础上,使用目前广泛应用的串级PID控制方案对双进双出钢球磨煤机控制系统进行了全面的仿真研究。在SIMULINK中建立了双进双出钢球磨煤机控制系统的整体仿真模型,在大量仿真实验的基础上,得到了各控制器参数的整定结果。在已得到的最佳控制器参数的基础上,对各个控制系统在给煤量、热风门、冷风门阶跃变化时进行了仿真研究,给出了这些阶跃变化下磨煤机煤位、出口温度、磨煤机负荷的输出曲线。并对控制系统的鲁棒性进行了研究,各输出曲线与实际运行曲线基本相符。本文对双进双出钢球磨煤机各个常规PID控制系统进行了改进,将双进双出钢球磨煤机各个控制系统原来的单常规PID控制器改为模糊PID控制器,或者改为模糊控制器和常规PID控制器结合使用的结构。根据电厂实际运行数据确立各被控量偏差及偏差变化率的量化区间,根据电厂运行经验设计模糊控制规则。对控制系统在各主要环节的重要参数发生改变时进行了仿真研究,对各模糊控制系统的控制品质进行逐个分析。仿真结果表明了改正后双进双出钢球磨煤机模糊控制系统具有良好的控制品质和良好的鲁棒性,和现有的常规PID控制系统的控制品质进行比较,得出了双进双出钢球磨煤机模糊控制系统的控制品质要略高于常规PID控制系统控制品质的结论。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-12
第一章 绪论  12-17
  1.1 课题背景及意义  12
  1.2 国内外研究状况  12-14
  1.3 现有方法存在的问题  14-15
  1.4 本论文的研究内容  15-17
    1.4.1 主要内容  15
    1.4.2 研究方案  15-17
第二章 双进双出钢球磨煤机数学模型建立  17-27
  2.1 双进双出钢球磨煤机工作的原理  17-18
  2.2 数学模型的建立  18-20
    2.2.1 双进双出钢球磨煤机出口温度的数学模型  18-19
    2.2.2 双进双出钢球磨煤机煤位的数学模型  19
    2.2.3 双进双出钢球磨钢球负荷的数学模型  19-20
  2.3 仿真研究  20-26
    2.3.1 仿真模型的建立  20-21
    2.3.2 磨煤机数学模型仿真方框图  21
    2.3.3 仿真曲线  21-26
  2.4 小结  26-27
第三章 双进双出钢球磨煤机现有控制系统  27-45
  3.1 双进双出钢球磨煤机控制方法  27-30
    3.1.1 双进双出钢球磨煤机煤位控制  27
    3.1.2 双进双出钢球磨煤机出口温度控制  27-29
    3.1.3 双进双出钢球磨煤机负荷控制  29-30
  3.2 双进双出钢球磨煤机煤位控制系统  30-35
    3.2.1 双进双出钢球磨煤机煤位控制仿真研究  30-31
    3.2.2 煤位控制系统PID 参数整定  31-33
    3.2.3 双进双出钢球磨煤机煤位控制仿真结果  33-35
  3.3 双进双出钢球磨煤机出口温度控制系统  35-40
    3.3.1 双进双出钢球磨煤机出口温度控制仿真研究  35-37
    3.3.2 出口温度控制系统PID 参数整定  37
    3.3.3 双进双出钢球磨煤机出口温度控制仿真结果  37-40
  3.4 双进双出钢球磨煤机负荷控制系统  40-44
    3.4.1 双进双出钢球磨煤机负荷控制系统仿真研究  40-41
    3.4.2 负荷控制系统PID 参数整定  41-42
    3.4.3 双进双出钢球磨煤机负荷控制系统仿真结果  42-44
  3.5 小结  44-45
第四章 双进双出钢球磨煤机的模糊控制系统  45-64
  4.1 模糊PID 控制系统的设计  45-51
  4.2 双进双出钢球磨煤机煤位模糊控制系统  51-55
    4.2.1 双进双出钢球磨煤机煤位模糊控制仿真研究  51-52
    4.2.2 双进双出钢球磨煤机煤位模糊控制仿真结果分析  52-55
  4.3 双进双出钢球磨煤机出口温度模糊控制系统  55-59
    4.3.1 双进双出钢球磨煤机出口温度模糊控制仿真研究  55-56
    4.3.2 双进双出钢球磨煤机出口温度模糊控制仿真结果分析  56-59
  4.4 双进双出钢球磨煤机负荷控制系统  59-63
    4.4.1 双进双出钢球磨煤机负荷控制系统仿真研究  59-60
    4.4.2 双进双出钢球磨煤机负荷模糊控制仿真结果分析  60-63
  4.5 小结  63-64
第五章 结论及展望  64-69
  5.1 控制系统对比分析  64-65
    5.1.1 煤位常规PID 控制系统与模糊控制系统的对比分析  64
    5.1.2 出口温度常规PID 控制系统与模糊控制系统的对比分析  64-65
    5.1.3 负荷常规PID 控制系统与模糊PID 控制系统的对比分析  65
  5.2 全文总结  65-67
    5.2.1 建立了双进双出钢球磨煤机的数学模型  65-66
    5.2.2 对现有双进双出钢球磨煤机控制系统进行了全面的仿真研究  66
    5.2.3 提出了双进双出钢球磨煤机模糊PID 控制系统  66-67
  5.3 进一步的研究设想  67-69
    5.3.1 进一步提高数学模型的精确性,针对不同工况建立不同的数学模型  67
    5.3.2 模糊规则爆炸问题  67
    5.3.3 进一步研究模糊控制策略在双进双出钢球磨煤机控制中的应用  67-69
参考文献  69-73
致谢  73-74
附录(攻读硕士学位期间论文发表及参加科研情况)  74

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 发电、发电厂 > 发电厂 > 火力发电厂、热电站 > 锅炉及燃烧系统
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