1题目背景与意义 4
2设计题目介绍 5
2.1高压加热器水位控制原理 5
2.2高压加热器结构形式 6
2.3系统建模 6
2.3.1高加水位的传递函数 6
2.3.2史密斯预估补偿控制应用 8
2.3.3解耦系统控制.............................................. 9
2.3.4前馈反馈系统 10
2.4系统方框图 11
2.5参数整定 12
2.5.1试凑法 13
2.5.2衰减曲线法 14
3 Simulink仿真 16
3.1仿真电路搭建 17
4结果分析 18
5 SAMA图 20
6仪表的选取与安装 21
6.1仪表选取 21
6.2 HBCPS-646仪表概述 21
6.3HBCPS-646仪表接线图 22
1题目背景与意义
自动控制是自动技术的重要应用领域，它是指对液位、温度、流量等过程变量进行控制，在冶金、机械、化工、电力等方面得到了广泛应用。尤其是液位控制技术在现实生活、生产中发挥了重要作用，比如，民用水塔的供水，如果水位太低，则会影响居民的生活用水；工矿企业的排水与进水，如果排水或进水控制得当与否，关系到车间的生产状况；锅炉汽包液位的控制，如果锅炉内液位过低，会使锅炉过热，可能发生事故；精流塔液位控制，控制精度与工艺的高低会影响产品的质量与成本等。在这些生产领域里，基本上都是劳动强度大或者操作有一定危险性的工作性质，极容易出现操作失误，引起事故，造成厂家的的损失。可见在实际生产中，液位控制的准确程度和控制效果直接影响到工厂的生产成本、经济效益甚至设备的安全系数。所以，为了保证安全条件、方便操作，就必须研究开发先进的液位控制方法和策略。
液位控制是工业中创建的过程控制，它对生产的影响不容忽视。单容液位控制系统具有非线性、滞后、耦合等特征，能够很好地模拟工业过程特征。对于液位控制系统，常规的PID控制由于采用固定的参数，难以保证控制适应系统的参数变化和工作条件的变化，得不到理想效果，而前馈控制通过提前给执行机构发出控制信号，通过前馈补偿作用快速响应扰动条件的变化，减小灵活调峰运行过程中高压加热器水位的偏差，是一种十分有效且简单易行的方法
本文以某电厂600MW机组一号高压加热器为研究对象，水箱的液位为被控制量，选择了出水阀门作为控制系统的执行机构。针对过程控制试验台中液位控制系统装置的特点，建立了基于MATLAB的PID液位控制模拟界面和算法程序。虽然PID控制是控制系统中应用最为广泛的一种控制算法。但是，要想取得良好的控制效果，必须合理的整定PID的控制参数，使之具有合理的数值。
2 设计题目介绍
2.1高加加热器水位控制原理
高压加热器疏水采用逐级自流运行方式，即疏水是靠上下两级高压加热器汽侧的压力差，将疏水自动导入压力较低的下一级高压加热器汽侧空间，最后一级高压加热器疏水则自流至除氧器或凝汽器。每级高压加热器均设有正常疏水和事故疏水2个疏水调节阀，疏水管路末端装设正常疏水气动调节阀，调节高压加热器水位。高压加热器水位采用PID控制与前馈控制相结合的控制策略。通过调节PID控制器的比例增益、积分时间、微分时间三个参数得到比较好的控制效果。
比例调节作用P：按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。
积分调节作用I：使系统消除稳态误差,提高无误差度。因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。
简单说来，PID控制器各校正环节的作用如下：
（1）比例环节——即时成比例的反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。通常随着值的加大，闭环系统的超调量加大，系统响应速度加快，但是当增加到一定程度，系统会变得不稳定。
（2）积分环节——主要用于消除静差，提高系统的无差度（型别）。积分作用的强弱取决于积分常数，积分常数越大，积分作用越弱，反之越强。闭环系统的超调量越小，系统的响应速度变慢。
（3微分环节——作用主要是用来克服被控对象的滞后。
（4）前馈-反馈环节——通过测量干扰的变化并经控制器的控制作用直接克服干扰对被控变量的影响，即使被控变量不受干扰或少受干扰的影响的控制方式组成的控制系统。
总的来说，在控制工程实践中，PID控制器主要是用来改善控制系统的稳态性能。
2.2高压加热器结构形式
330KW及以上机组的高压加热器属卧式三段式布置，如图2.1所示，加热器的结构紧凑效率高，系统简单，具有三段式布置的卧式加热器对水位控制的要求比较严格，且水位控制的好坏直接影响高压加热器的正常运行和高压加热器的主要性能，安全运行和使用寿命现。就从卧式高压加热器的原理、结构解说控制水位的重要性并对如何控制水位做一些探讨。三门核电每个机组有4台高压加热器，加热器的结构采用的为U型管壳式换热器。U型管换热器是管壳式换热器的结构类型之一，管壳式换热器是由一个壳体和包含许多管子的管束组成，冷热流体之间通过管壁进行换热的换热器。高压加热器的给水走加热器管侧，经过U型管加热后排出，给水流是下进上出设计﹔高压缸抽汽通过抽汽管线进入高压加热器壳侧，冲击管束外围的防冲板后向上部两侧空间沿传热管方向扩散，最后沿管束垂直方向向下经过蒸汽冷凝段和疏水冷却段，冷凝成疏水从疏水管线排出高压加热器加热器，抽汽中的不凝性气体通过空气箱和抽气管线排出。根据高压加热器系统的运行条件与设计效率等，要求高压加热器具有如下设计特点︰温差应力小，传热面积裕量大，管束设有防振措施强度可靠，管子与管板胀接与焊接质量稳定，效率高等。
图2.1高压加热器工作简图
