内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
SiTiTCFfFfCSfSfHS2ACLS2HSD+a1-a3/rLS1BFaCFa*rMV1Fa立火道温度EFf+a4-a2燃料空气
图3.5 双交叉限幅燃烧控制原理图
通过对焦炉立火道温度上升动态响应的过程中判断可知，焦炉立火道温度信号A增加时，焦炉立火道温度升高。在焦炉立火道温度双交叉限幅控制系统焦炉混合煤气和焦炉空气流量不见交替增加。
焦炉立火道温度双交叉限幅控制系统中不仅设置黑烟边界，而且还提供空气其余边界。当双交叉限幅控制系统处于稳定状态，其余的空气系数变化不大。在焦炉烟气温度的上升过程的动态响应，不仅焦炉烟气温度上升，以防止不低于黑烟下限，和焦炭炉烟气温度降低没有上限。在剩余的空气比过剩情况下。由于该系统做了其余两路空气的限制因素，所以命名为双限制交叉。这是双交叉限幅系统优于单交叉限幅系统，从而在稳态或动态过程而言燃烧过程中可以保持在最佳燃烧区，防止冒黑烟，空气污染和节约能源。
3.4.2双交叉限幅燃烧控制系统的特点
一、双交叉限幅燃烧控制系统
图 3.6 是双交叉限幅燃烧控制系统的原理框图，焦炉立火道温度双交叉限幅燃烧控制系统采用煤气流量和空气流量的实际测值，分别针对焦炉空气流量和焦炉混合煤气流量的设定值进行设定。通过焦炉立火道温度双交叉限幅防止燃烧系统出现焦炉空气的上限值和焦炉空气的下限值，燃烧的上下限中选择一个合适的值给副回路控制器作为设定值。
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空气流量控制器-1/K高选器1+k1空气测量变送空气阀空气流量温度设定值温度控制器低选器1-k2燃烧器高选器1+k3低选器1-k4燃料测量变送-燃料流量控制器燃料阀燃料流量
图3.6 双交叉限幅燃烧控制系统方框图
二、双交叉限幅燃烧控制系统特点
双交叉限幅方法是针对动态过程的一种控制方式，从实际生产过程可以了解到，在燃烧过程中，空燃比保持在最佳值，可以减少废气对空气的污染。
焦炉立火道温度双交叉限幅燃烧控制系统的优点： 1、保证焦炉空气过剩率的控制； 2、克服焦炉煤气煤气压力值变化的影响； 3、焦炉混合煤气的燃烧损耗和环境保护。 双交叉限幅燃烧控制方式的缺点：
1、焦炉立火道温度双交叉限幅控制系统的响应速度慢； 2、无法克服热值波动；
3、控制系统容易出现震荡现象。
综合所述分析得知节约能源和双交叉限幅控制系统对负荷动态响应的快速性这两方面产生的影响，并通过大量实验和查阅相关资料了解到偏置量的取值范围，建议选择a1= a2 =2%-5%，a3= a4 =8%。
焦炉立火道温度双交叉控制系统的优点是对剩余空气系数进行双向限幅，保证焦炉混合煤气燃烧始终维持在最佳燃烧区，有利于能源的节约，但焦炉立火道温度双交叉限幅控制系统的缺点是偏置过小使系统对负荷响应速度变的缓慢[12]。
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3.5小结
在前两章的基础上本章最终设计出了焦炉立火道的温度控制系统，包括燃烧串级控制系统、焦炉立火道内部压力控制系统、单交叉燃烧控制系统和双交叉燃烧控制系统。重点对单交叉燃烧控制系统和双交叉燃烧控制系统做了介绍。对焦炉立火道温度控制系统主要讲了串级控制的特点，以及是怎样实现对扰动的抑制，还说了主控制器算法的选取和参数的整定。本章重点介绍单交叉限幅燃烧控制系统和双交叉限幅燃烧控制系统和工作原理图及其工作特点。
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第四章 焦炉立火道温度控制仿真
4.1仿真软件简介
C语言是一种应用广泛的计算机语言，但是此系统用C语言不能进行抽象的建模，所以，此系统用了一种接近人的抽象思维的高级计算机语言—MATLAB语言。C语言是一种应用广泛的计算机语言，但是此系统用C语言不能进行抽象的建模，所以，此系统用了一种接近人的抽象思维的高级计算机语言—MATLAB语言。它的程序是很容易学习的，并具有良好的开放性，用户可以利用MATLAB提供了基本工具的优势，根据自己的需要，灵活的准备和发展自己的程序，也可以利用MATLAB软件环境实现计算机的仿真。
在MATLAB环境下，数字仿真工具是Simulink，它可用于动态系统建模、仿真和分析的综合环境。它有两个功能：第一，它支持连续，离散，以及线性和非线性系统仿真的混合物；第二，它也支持模拟的多速率系等。Simulink还提供了一个工具包，它具有模块化，特别是复杂的，多层次，高非线性系统仿真。在MATLAB的工作空间，键入命令Simulink中，你可以打开Simulink库。模块库简化了设计过程，减轻了设计负担，提高了仿真的集成化和可视化[12]。
Simulink提供了用鼠标“画”出系统框图的方式，可以进行图形建模。因此，Simulink具有以下有点：它提供的丰富功能块，可以迅速的创建动态系统模型；实时代码生成工具Real-Time Workshop的支持平台；它还集成了Stateflow，用来建模等的逻辑行为[16]。
Simulink的主要功能如下： 1、交互建模
建模时，将Simulink提供的功能模块拖放并将它们连接起来组成完整的仿真系统，这些功能块可以方便用户快速有效地建立动态系统仿真模型。
2、交互仿真
Simulink提供了一个高度互动的仿真环境，仿真可以执行下拉菜单。仿真结果可以同时运行图形窗口查看
3、扩充和定制
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Simulink的开放式结构允许用户扩展仿真环境的特点，扩充是用户可以将原有的语言代码连接起来；定制是用户可以用MATLAB生成自定义模块库，并设定自己的图标和界面。
4、Simulink可以直接利用 MATLAB的数学、图形和编程功能，用户可以直接在Simulink下完成数据分析等工作。
4.2仿真对象模型建立
本系统对温度控制器进行仿真研究，是为了比较出哪种算法更适于焦炉立火道温度控制系统。此系统仅对影响焦炉立火道温度系统控制效果的主要因素进行仿真研究，因此，只对焦炉立火道内部压力、焦炉煤气压力及各个焦炉立火道之间温度的相互影响做出了如下假设
[11]
：
1.本系统采用单回路PID控制使焦炉立火道内部压力保持稳定的值。在焦炉立火道内部相对压力稳定的前提下，并且充分考虑了压力等因素对焦炉立火道参数的改变，本文主要选择空燃比寻优的方法，最佳空燃比的压力，以尽量减少影响。因此，压力保持不变，它们可以忽略其对燃烧过程的影响。
2.在正常燃烧时，焦炉立火道温度相互之间的影响并不大，只是当焦炉的进出料情况下，对焦炉立火道内部温度有着明显的影响，因此，在仿真时将该过程当做是一个干扰进行处理。
在做出了上述的假设后，根据焦炉立火道温度对象为大滞后、大惯性的特点，为便于控制方法的研究，将加热炉简化为一个二阶环节，其传递函数为
G（S）=
1 （4.1）
0.1S2?S?1此外，燃料流量对象和空气流量对象本设计将把它们近似看成一阶惯性环节，相应的传递函数如下： 燃料流量对象传递函数
G(S)?K （4.2） TS?1空气流量对象传递函数
G(S)?K （4.3） TS?1
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