MATLAB循环流化床控制系统的仿真设计(5)
目前国际上著名的大型企业均设立了庞大的仿真研发机构，内部的专业也有明确的分工。仿真技术贯穿于工程设计的始终，并建立与文本设计档案并行的仿真模型档案。在目前主流研发机构的设计项目中，计算机仿真和虚拟实现的比例越来越重，并有跳过物理平台试验，直接将仿真结果运用到设计中去的无纸化、无物理模型的趋势。
1.5 本文主要内容
自动控制问题是目前工业循环流化床锅炉存在的主要问题之一，首先是研究其原因，发现是由于循环流化床锅炉燃烧系统是一个大滞后、强耦合的非线性系统，各个变量之间的相互影响造成了动态特性的复杂性，造成实施自动控制的困难，所以循环床锅炉动态特性的研究是非常有实效意义的工作。接下来本文依据任务书要求，针对循环流化床锅炉几个需要优化自动控制的部分，通过MATLAB建立相应的几个仿真数学模型研究循环床锅炉燃烧系统的动态特性。
2. 循环流化床锅炉控制的整体方案
本章节对循环流化床锅炉分析了几个常规控制非常困难问题，并提出了具体可行的调节手法和控制解决方案。
2.1 循环流化床锅炉主要控制任务
① 负荷控制－主蒸汽压力控制
② 床温控制
③ 炉膛压力
④ 过热蒸汽温度
⑤ 汽包液位调节
⑥ 除氧液位调节
循环流化床是一个分布参数、非线性、时变、多变量紧密耦合的控制对象。
根据相关资料所查，如图2.1为循环流化床锅炉与一般锅炉的区别，可以看出循环流化床锅炉不仅是一个多输入多输出的控制对象，其变量之间，尤其是其燃烧系统之间的耦合亦十分紧密，很难进行常规控制。
图2.1 普通锅炉与循环流化床耦合对照表
根据以上两张图之间的关联可以得出：
① 给煤量及一次风量与床体温度直接相关；
② 二次风量对流化床下部的影响很小；
③ 悬浮段的温度受给煤量的影响很大；
④ 烟气含氧量对风量变化十分敏感，而对给煤量的变化反应相对迟钝；
⑤ 风量变化对锅炉负荷有较大扰动，且有较快响应。负荷主要受给煤量控制，但相应速度较慢。
2.2控制模型结构控制框图及相应结论
通过上一节的分析和查阅了相关文献资料，得出循环流化床控制模型框图，如图2.2 所示。
图2.2 循环流化床控制模型框图
从图2.2的循环流化床控制模型框图，可以得出以下相关结论：
① 负荷主要由给煤量控制。
② 床温不需精确控制。一般要保证正常运行时，床温控制在 850 ~ 950 度范围；床温在小范围变化，可用一次风控制；大范围变化可适当调整给煤量。
具体的调节手段为PID调节、先进控制方法（如模糊控制、鲁棒PID、预测控制、智能专家系统等）。
综上所述，得出循环流化床锅炉的控制系统中主要包括过热蒸汽温度控制、流化床温及负荷控制、炉膛压力控制、锅炉燃烧控制、汽包液位控制、除氧器压力控制、除氧器液位控制等7大部分组成。
2.3过热蒸汽温度控制
循环流化床锅炉中，过热蒸汽由几组过热器、减温器组成。主要目的是为了调节出口蒸汽的温度。其中加热主要由过热器完成、降温主要靠减温器对蒸汽管喷淋降温。由于过热蒸汽流量是根据生产需要决定的，所以不能用作控制手段，用改变烟气侧热量可以达到目的，但改变烟气温度的方法结构过于复杂，所以，循环流化床锅炉的控制系统中，采用了改变减水温量的办法，采用喷水混合方式。考虑到系统滞后较大，则采用预测控制方法。为进一步提高抗扰动能力，对减温水流量进行闭环控制，然后与减温箱出口温度控制组成串级控制。控制框图如图2.3所示。