计算机控制系统课程设计说明书
劣，理想情况是烟气含氧量O2＝0％，剩余空气系数μ与烟气含氧量O2的估算式为
O2?空气系数μ＝1.10。
21???1??%(2-5)例如，测量烟气中含氧量O2＝2％，求得剩余
加热炉燃烧过程中，不仅要保证稳态情况下的剩余空气系数μ一定，更重要的是在加热炉热负荷变化的动态情况下，保证μ仍维持在合理的范围内，图2-1所示的控制方案，在稳态情况下，空气和燃料之间的配比关系也难以保证一定，在动态情况下更不用说了。 炉温并行串级控制系统（图2-1）的负荷变化实验曲线如下图所示。实验所用的温度对象、空气流量和燃料流量对象特性式分别为
Gt?s?Ga?s?1?1?Tts?14(2-6)
?1?Tas?2(2-7)
Gf?s??1(2-8) 1?Tfs其中，Tt，Ta和Tf分别为温度、空气和燃料对象的时间常数。
图2-2 炉温并行串级控制系统的负荷变化实验曲线
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图2-2表明，当升负荷时，如炉温给定值St从1150℃升到1250℃，尽管燃料流量给定值Sf和空气流量给定值Sa同时直线上升，但由于空气对象的时间常数大于燃料对象的时间常数，使得实际燃料流量Ff的增加速度大于实际空气流量Fa，此时剩余空气系数μ下降。如果μ设置得比较小，则有可能出现燃料过剩；反之，当降负荷时，μ上升，又出现空气过剩。
综上所述，如果不考虑空气、燃料流量对象特性的差异，而把温度调节器的输出信号同时直接送给两个流量调节器，那么将造成升负荷时剩余空气系数μ值偏低，容易产生不完全燃烧而冒黑烟；而降负荷时刚好相反，μ值偏高，空气过剩而增加排烟热损失。这两种情况的后果是降低了加热炉的燃烧热效率，并污染了环境。
针对上述问题，必须改善空气与燃料之间的动态配比。为此，对空气、燃料流量采用相互交叉限制的措施，保证在稳态和动态情况下，剩余空气系数μ值始终维持在最佳燃烧区，燃烧效率高。
2．双交叉限制燃烧控制方案
双交叉限制燃烧控制系统如图2-3所示。它增加了高值选择器HS２、低值选择器LS２、正偏置+a４％和负偏置-a３％，从而保证了加热炉负荷变化的过程中，既限制了剩余空气系数μ的下限值，又限制了μ的上限值，使得燃料流量Fｆ和空气流量Fａ分别限制在冒黑烟界线和空气剩余界线之内，如图2-4所示。
图2-3 双交叉限制燃烧控制系统
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双交叉限制燃烧控制系统的工作原理如下：
在燃料流量调节回路中，炉温调节器TC的输出信号A，与根据空气流量测量值Fa计算出的所需燃料流量减去偏置a３％得到的信号C
a?F?C??1?3?a(2-9)
?100?r和信号B相比较，由高值选择器HS２和低值选择器LS１来选通A，C，B之一作为燃料流量调节器FFC的给定值Sｆ。
在空气流量调节回路中，炉温调节器TC的输出信号A，与燃料流量测量值Fｆ加上偏置a４％得到的信号E
a??E??1?4?Ff(2-10)
?100?和信号D相比较，由低值选择器LS２和高值选择器HS１来选通A，E，D之一，再乘以空燃比ｒ作为空气流量调节器FAC的给定值Sａ。
图2-4表示出当负荷变化时，双交叉限制燃烧控制系统中各信号的过渡过程。下面分别对稳定负荷、升负荷和降负荷这三种状态进行分析。 （1）定负荷
当系统处于稳定负荷状态时，炉温调节器TC的输出信号A同时作为燃料流量调节回路的给定值（Sｆ＝A）和空气流量调节回路的给定值（Sａ＝Aｒ）信号，此时剩余空气系数μ等于给定值μｓ，如图所示2-4（a） （2）升负荷
当升负荷时，信号A急剧上升，发生正跳变，如图2-4（a）所示。
先看空气流量调节回路的情况，见图2-4（c）。此时，A
再看燃料流量调节回路的情况，见图2-4（b）。此时，A>C，HS2选通A。当A正跳变到A＞B时，LS1又选通B，A被中断，B作为该回路的燃料流量给定值Sｆ使燃料流量随着B值的增加而增加，即燃料流量随着空气流量的增加而增加，交叉限制开始。当B增加到B＞A，同时A＞C，HS2选通A，LS1也选通A，A作为该回路的燃料流量给定值Sｆ，交叉限制结束，此时系统恢复到稳定状态。
至此，升负荷的过渡过程结束。在这个动态过程中，燃料流量和空气流量互相影响交
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替增加。图2-5（a）和（c）所示的实验曲线也证明了上述分析，该实验的对象特性相似。
图2-4 双交叉限制燃烧控制系统的信号曲线
气流量给定值Sａ，交叉限制结束，此时系统恢复到稳定状态。
再看燃料流量调节回路的情况，见图2-4（b）。此时，A>C，HS2选通A。当A正跳变到A＞B时，LS1又选通B，A被中断，B作为该回路的燃料流量给定值Sｆ使燃料流量随着B值的增加而增加，即燃料流量随着空气流量的增加而增加，交叉限制开始。当B增加到B＞A，同时A＞C，HS2选通A，LS1也选通A，A作为该回路的燃料流量给定值Sｆ，交叉限制结束，此时系统恢复到稳定状态。
至此，升负荷的过渡过程结束。在这个动态过程中，燃料流量和空气流量互相影响交替增加。图2-5（a）和（c）所示的实验曲线也证明了上述分析，该实验的对象特性相似。
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图2-5 双交叉限制燃烧控制系统的负荷变化实验曲线
（3）降负荷
当降负荷时，信号A急剧下降，发生负跳变，如图2-4（a）所示。先看燃料流量调节回路的情况，见图2-4（b）。此时，A>C，HS２选通A。当A负跳变到A
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