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基于DSP的锅炉汽包水位控制系统的控制策略的研究

作　者: 马艳梅
导　师: 刘淮霞
学　校: 安徽理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 汽包水位 PID控制模糊自适应控制 DSP MATLAB
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 275次
引　用: 5次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-14
1 绪论  14-20
  1.1 课题背景  14
  1.2 锅炉水循环系统  14-17
    1.2.1 锅炉水循环系统  15-16
    1.2.2 锅炉蒸汽发生过程  16-17
  1.3 汽包水位控制现状及存在问题  17-19
  1.4 本课题主要任务  19-20
2 锅炉汽包水位常规控制策略研究  20-32
  2.1 常规PID 控制算法  20-22
  2.2 锅炉汽包水位的动态特性  22-24
  2.3 单冲量汽包水位控制系统  24-25
  2.4 双冲量汽包水位控制系统  25-27
  2.5 三冲量汽包水位控制系统  27-29
  2.6 几种汽包水位控制系统方案归纳  29-30
  2.7 汽包水位智能控制系统方案确定  30-32
3 锅炉汽包水位智能控制器设计  32-54
  3.1 模糊理论概述  32-35
    3.1.1 模糊控制理论基础  33-34
    3.1.2 模糊控制的基本原理  34-35
  3.2 模糊控制系统概述  35-38
    3.2.1 模糊控制系统的基本结构  35-36
    3.2.2 模糊控制器设计  36-38
  3.3 锅炉汽包水位模糊控制系统设计及仿真  38-48
    3.3.1 锅炉汽包水位常规模糊控制器的设计  38-41
    3.3.2 常规模糊控制系统设计及仿真  41-42
    3.3.3 改进的模糊控制系统的设计及仿真  42-45
    3.3.4 模糊控制系统对被控对象的适应能力  45-48
  3.4 锅炉汽包水位模糊自适应PID 控制系统  48-54
    3.4.1 锅炉汽包水位模糊自适应PID 控制系统设计  48-49
    3.4.2 模糊自适应PID 控制器设计  49-50
    3.4.3 各变量隶属度函数的确定  50-51
    3.4.4 建立模糊控制规则  51-54
4 DSP 芯片的选取  54-59
  4.1 TMS320 系列DSP 概况  54
  4.2 DSP 适合于数字信号处理的特点  54-55
  4.3 TMS320LF2407A DSP 简介  55-59
    4.3.1 TMS320LF2407A 芯片PWM 波形的产生  56-58
    4.3.2 TMS320LF2407A 芯片A/D 转换模块  58-59
5 基于DSP 的锅炉汽包水位控制系统设计  59-78
  5.1 汽包水位控制系统输入和输出参数  59
  5.2 系统硬件设计  59-69
    5.2.1 系统总体设计方案  59-60
    5.2.2 模糊自适应 PID 控制器的硬件结构  60-61
    5.2.3 系统的供电电源设计  61-63
    5.2.4 存储器设计  63-64
    5.2.5 D/A 转换模块  64-66
    5.2.6 人机接口模块  66-68
    5.2.7 串行通信模块  68-69
  5.3 软件设计  69-74
    5.3.1 用C 语言开发DSP 芯片的软件  69-70
    5.3.2 系统软件设计  70-74
  5.4 基于 MATLAB/Simulink 的系统仿真研究  74-78
    5.4.1 仿真结果分析  76-78
6 结论与展望  78-80
参考文献  80-82
致谢  82-83
攻读学位期间发表的论文  83-84

基于DSP的锅炉汽包水位控制系统的控制策略的研究

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