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大型船舶锅炉汽包水位控制系统的设计与研究
| 论文题名： | 大型船舶锅炉汽包水位控制系统的设计与研究 |
| 关键词： | 水位控制;给水流量反馈;极限分析;船舶锅炉;汽包水位 |
| 摘要： | 本文的研究对象是大型船舶的汽包水位。汽包的主要功能是实现能量转换、产生蒸汽、带动汽轮机作功。汽包水位的高低直接影响出口蒸汽的品质和汽包的安全。因此，控制汽包水位非常重要而且是非常必要的，对汽包水位控制的研究具有非常重要的意义。 本文要研究的问题是高机动条件下的汽包水位控制。在海战中，有时为了快速调整舰船姿态或者避免船舶之间的碰撞，就会出现急剧的、频繁的打舵情况。由于有较大的、突然的功率输出，汽包水位会发生急剧的变化，使得水位的超调过大、过度过程时间加长，这对舰船的安全运行至关重要，所以，研究高机动条件下大型船舶汽包水位的控制是非常必要的。 本文的研究思路是根据汽包水位的动态特性提出控制方案。影响汽包水位的因素主要有蒸汽流量和给水流量，因为这两个因素对水位的影响作用是相反的过程，为了实现给水流量对水位的影响“跟随”蒸汽流量对水位的影响，进而消除汽包的水位波动，所以该文提出了以蒸汽流量(负载)为系统输入、给水流量作为反馈信号的系统控制结构。同时，采用直流力矩电机驱动给水阀门并设计了阀门位置控制子系统，该子系统分别实现位置和速度反馈，其中速度反馈环采用反馈校正的方法来实现，位置控制器采用工程上非常实用的PID方法。 本文对汽包水位的控制策略研究分为两部分。为了实现给水流量对水位的影响“跟随”蒸汽流量对水位的影响，该文首先将汽包水位模型进行数学变换，转换为代数恒等式的形式(即表达式中等号两侧没有分式)，为消除水位波动需使恒等式右侧为零，据此该文推导了汽包水位的控制规律。与此同时，针对汽包水位模型的特点，该文采用了PI、输入前馈控制、Smith控制、小脑模型神经网络的方法在Matlab 6.5/simulink中进行了仿真研究。 本文的研究工具是MATLAB软件。该软件是当今最优秀的科技应用软件之一，它以强大的科学计算与可视化功能、简单易用、开放式可扩展环境，特别是所附带的30种面向不同领域的工具箱，大大方便了系统的设计与分析。 本文的研究结论是，在阶跃信号的作用下，采用蒸汽流量(负载)为系统输入、给水流量作为反馈信号的系统控制方案，可以得到很好的控制效果，这一点可以由该文的仿真曲线与参考文献中的仿真曲线相比较看出。与此同时，该文通过绘制波德图和奈氏曲线，表明所设计的锅炉汽包水位控制系统是稳定的；采用对比、极限的方法分析该系统，证明了水位输出曲线的合理性，同时发现采用给水流量反馈控制方案具有动态响应时间长的特点。最后，笔者提出了几点研究建议。 |
| 作者： | 刘国才 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 刘胜 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2006 |
| 正文语种： | 中文 |
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