300MW單元機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、 引 言火力發(fā)電廠在我國(guó)電力工業(yè)中占有主要地位，是我國(guó)重點(diǎn)能源工業(yè)之一。大型火力發(fā)電機(jī)組在國(guó)內(nèi)外開展很快。為了開展節(jié)約型社會(huì)我國(guó)現(xiàn)在規(guī)定300MW機(jī)組以下禁止運(yùn)行。提倡高機(jī)組以提高效率節(jié)約能源。我們現(xiàn)以300MW機(jī)組為骨干機(jī)組，并逐步開展600MW以上機(jī)組。目前，國(guó)外已建成單機(jī)容量1000MW以上的單元機(jī)組。單元發(fā)電機(jī)組是由鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)和輔助設(shè)備組成的龐大的設(shè)備群。由于其工藝流程復(fù)雜，設(shè)備眾多，管道縱橫交錯(cuò)，有上千個(gè)參數(shù)需要監(jiān)視、操縱或控制，而且電能生產(chǎn)還要求有高度的平安可靠性和經(jīng)濟(jì)性，因此，大型機(jī)組的自動(dòng)化水平受到特別的重視。目前，采用以分散微機(jī)為根底的集散型控制系統(tǒng)TDCS，組成一個(gè)完

2、整的控制、保護(hù)、監(jiān)視、操作及計(jì)算等多功能自動(dòng)化系統(tǒng)。在鍋爐蒸汽溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)中，過熱蒸汽溫度是鍋爐運(yùn)行質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，過熱蒸汽溫度過高或過低都會(huì)顯著的影響電廠的安區(qū)性和經(jīng)濟(jì)性。過熱蒸汽溫度過高，可能造成過熱器、蒸汽管道和汽輪機(jī)的高壓局部金屬損壞，因而過熱汽溫的上限一般不應(yīng)超過額定值5。過熱蒸汽溫度過低，又會(huì)降低全廠的熱效率并影響汽輪機(jī)的平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因而過熱汽溫的下限一般不低于額定值10。過熱汽溫的額定值通常在500 QUOTE * MERGEFORMAT 。以上，例如高壓鍋爐一般為540，就是說要使過熱汽溫保持在540的范圍內(nèi)。在電廠中主要采用串級(jí)控制系統(tǒng)和導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文

3、主要是導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)對(duì)過熱汽溫進(jìn)行控制的設(shè)計(jì)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的同時(shí)應(yīng)該先了解過熱汽溫的特性，利用導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)對(duì)過熱汽溫控制，選擇適宜的調(diào)節(jié)器。通過對(duì)導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行整定，在參數(shù)整定時(shí)主要采用補(bǔ)償法和等效成串級(jí)控制系統(tǒng)所應(yīng)用的“先內(nèi)后外的方法，并采用衰減曲線法進(jìn)行驗(yàn)證。采用計(jì)算機(jī)仿真對(duì)過熱汽溫導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，得出系統(tǒng)在內(nèi)擾和外擾影響下的響應(yīng)曲線，利用仿真曲線對(duì)導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)性能分析。使系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)仿真中的響應(yīng)曲線到達(dá)要求，能夠在現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用。緒論隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和電力工業(yè)的飛速開展，在燃用礦物燃料的大型發(fā)電廠中，普遍采用大容量、高參數(shù)、單元制機(jī)組。單元制機(jī)組是指

4、一臺(tái)鍋爐和一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)構(gòu)成的電力生產(chǎn)設(shè)備整體。在電網(wǎng)中作為相對(duì)獨(dú)立的單元，具有運(yùn)行調(diào)度靈活，熱效率高，又便于電站設(shè)計(jì)和擴(kuò)建等優(yōu)點(diǎn)。一臺(tái)大容量單元機(jī)組的主輔機(jī)設(shè)備是十分復(fù)雜的。機(jī)組運(yùn)行過程中需要監(jiān)視和控制的工程和參數(shù)很多。特別是在機(jī)組啟停以及故障處理中，需要監(jiān)視和控制的工程，需要進(jìn)行的操作步驟就更為繁多。稍有不慎，就可能造成嚴(yán)重的事故，帶來(lái)巨大的損失。在正常運(yùn)行過程中，對(duì)運(yùn)行參數(shù)控制的好壞，也直接影響到機(jī)組的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及設(shè)備壽命。因而，現(xiàn)代大容量單元機(jī)組的平安運(yùn)行，必須要有與之相適應(yīng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)保證。目前，單元機(jī)組的自動(dòng)化系統(tǒng)與設(shè)備已成為機(jī)、爐、電汽主設(shè)備不可分割、同等重要的組成局部。與其

5、他工業(yè)生產(chǎn)過程相比，電力生產(chǎn)過程更加要求保持生產(chǎn)的連續(xù)性，高度的平安性和經(jīng)濟(jì)性。因此，保證機(jī)組平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是單元機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)的首要任務(wù)。單元機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括自動(dòng)檢測(cè)與監(jiān)視系統(tǒng)、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)等等。自動(dòng)監(jiān)測(cè)與監(jiān)視系統(tǒng)把反映運(yùn)行工況的物理參數(shù)，比方溫度、壓力、流量、液位、轉(zhuǎn)速、位移、成份等，以及反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的物理參數(shù)，比方設(shè)備運(yùn)行/停止、刀閘接通/斷開、閥門開啟/關(guān)閉等進(jìn)行檢測(cè)檢測(cè)，提供應(yīng)運(yùn)行操作人員，以便及時(shí)掌握機(jī)組的運(yùn)行狀況，作為操作控制的依據(jù)。同時(shí)，也作為自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)操作的依據(jù)。自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)也稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。在機(jī)組運(yùn)行過程中，持續(xù)不斷的對(duì)主

6、要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，克服內(nèi)部和外部各種擾動(dòng)。某些生產(chǎn)設(shè)備需要依照既定的操作步驟和順序進(jìn)行一系列的操作，例如主輔機(jī)設(shè)備的順序啟停、燃料輸送系統(tǒng)的程序控制、化學(xué)劑給水的制備預(yù)處理、爐膛與煙道的吹掃等，都可由順序控制系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。為了確保設(shè)備的平安，在發(fā)生故障時(shí)能夠自動(dòng)的完成必要的操作，使故障及時(shí)消除或防止事故擴(kuò)大，這就需要相應(yīng)的自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)。例如汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)、鍋爐保護(hù)系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)等。總之，單元機(jī)組自動(dòng)控制的內(nèi)容十分豐富。隨著機(jī)組容量的增加，這些系統(tǒng)功能越來(lái)越完備，性能以及可靠性不斷提高，為機(jī)組的平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了可靠的保證。在現(xiàn)代大型單元機(jī)組自動(dòng)控制領(lǐng)域，新理論、新技術(shù)、新設(shè)備不斷被采用。

7、特別是近十幾年以來(lái)，取得了突飛猛進(jìn)的開展。其主要因素首先是微處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用。以微處理機(jī)為根底的新一代自動(dòng)控制系統(tǒng)具有高性能、高可靠性的特征，為實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的單元機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)提供了物質(zhì)保證。其次，控制理論和技術(shù)的開展，為設(shè)計(jì)更先進(jìn)、更合理的新一代單元機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)提供了一系列理論和方法。比方多變量控制理論、最優(yōu)化理論、大系統(tǒng)理論以及系統(tǒng)辨識(shí)、自適應(yīng)與自整定控制、系統(tǒng)仿真等技術(shù)，在電力生產(chǎn)過程自動(dòng)控制中已獲得了許多應(yīng)用。另外，大型單元機(jī)組從設(shè)計(jì)、制造、安裝，就充分考慮到機(jī)組自動(dòng)控制方面的需要，使機(jī)組可控性得到了不斷改善和提高，為機(jī)組自動(dòng)化水平的提高奠定了根底。第二章 調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律及調(diào)節(jié)過

8、程 概述調(diào)節(jié)規(guī)律是調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，從理論說可有各種形式的函數(shù)關(guān)系，然而在實(shí)踐中總結(jié)出三種根本規(guī)律，廣泛采用。這三種根本調(diào)節(jié)規(guī)律是比例調(diào)節(jié)規(guī)律、積分調(diào)節(jié)規(guī)律、微分調(diào)節(jié)規(guī)律。三種規(guī)律的組合可以設(shè)計(jì)出多種調(diào)節(jié)器。比方比例調(diào)節(jié)器、比例積分調(diào)節(jié)器、比例積分微分調(diào)節(jié)器等。調(diào)節(jié)器作為控制系統(tǒng)組成局部之一，其動(dòng)態(tài)特性對(duì)控制過程有著很大的影響，因?yàn)閷?duì)象的特性是不容易改變的。下面分析和比擬不同的調(diào)節(jié)規(guī)律的調(diào)節(jié)器的控制效果及其控制特性。 比例調(diào)節(jié)動(dòng)作規(guī)律所謂比例調(diào)節(jié)規(guī)律，是指調(diào)節(jié)器輸出的控制作用與輸入信號(hào)之間成比例關(guān)系，即：=其中是比例增益。比例調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)： U(S)/ E(S)工程中，

9、常用比例帶來(lái)描述其控制作用的強(qiáng)弱，即：1/Kp其物理意義：是指在調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的位移改變100，被調(diào)量的改變量。比例調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線如圖2-1所示，由此可以看出，在t0時(shí)刻前，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)；t0時(shí)刻偏差信號(hào)e(t)發(fā)生階躍變化，調(diào)節(jié)器輸出控制作用成比例變化，幾乎同時(shí)產(chǎn)生。可見，比例調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)生的調(diào)節(jié)作用的大小成正比。比例調(diào)節(jié)規(guī)律的主要特點(diǎn)是：1及時(shí)、迅速調(diào)節(jié)器的輸出成比例變化，幾乎與輸入同時(shí)產(chǎn)生，比例作用無(wú)遲延、無(wú)慣性、動(dòng)作快。從這一點(diǎn)看，比例調(diào)節(jié)規(guī)律的特點(diǎn)之一就是及時(shí)、迅速。2有差調(diào)節(jié)被調(diào)量偏差存在采用比例調(diào)節(jié)規(guī)律的調(diào)節(jié)器，在系統(tǒng)受到擾動(dòng)后，被調(diào)量偏離了其給定值，調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)使系統(tǒng)再次穩(wěn)定

10、，但偏差仍然存在且成比例存在。即在t時(shí)調(diào)節(jié)過程結(jié)束，偏離信號(hào)e(t)仍存在；換言之，調(diào)節(jié)過程結(jié)束被調(diào)量的偏差仍然未完全消除。調(diào)節(jié)過程結(jié)束，被調(diào)量偏差仍存在稱為有差調(diào)節(jié)，這是比例調(diào)節(jié)規(guī)律的又一特點(diǎn)。圖2-1 比例調(diào)節(jié)規(guī)律 積分調(diào)節(jié)規(guī)律及其對(duì)過渡過程的影響比例調(diào)節(jié)規(guī)律的特點(diǎn)是控制及時(shí)，控制作用貫穿整個(gè)調(diào)節(jié)過程，因此它是根本的調(diào)節(jié)作用。然而比例調(diào)節(jié)不能保證系統(tǒng)無(wú)差，因此對(duì)于一些要求較高的控制定值調(diào)節(jié)還需引入積分調(diào)節(jié)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)。積分調(diào)節(jié)規(guī)律就是指調(diào)節(jié)器輸出控制作用u(t)與其偏差輸入信號(hào)e(t)隨時(shí)間的積累值成正比，即： 其傳遞函數(shù)為： 2-1式2-1中為積分時(shí)間。積分調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線如圖

11、2-2所示。由圖可以看出，當(dāng)被調(diào)量出現(xiàn)偏差并呈階躍形式變化時(shí)，積分作用使輸出量不立即變化，而是由開始線性增長(zhǎng)。積分調(diào)節(jié)規(guī)律的主要特點(diǎn)：不及時(shí)積分調(diào)節(jié)器輸出的控制作用并不立即變化，而是由開始線性增長(zhǎng)。從這一點(diǎn)看，圖2-2 積分調(diào)節(jié)規(guī)律積分調(diào)節(jié)作用是不及時(shí)的。只要偏差信號(hào)作用存在，調(diào)節(jié)器輸出旨在消除對(duì)系統(tǒng)影響的控制作用就一直增長(zhǎng)，且其增長(zhǎng)的速度始終為初始速度。2實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)從積分調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線看，只要偏差存在，積分控制作用一直存在。只有偏差為0時(shí)，積分作用才停止變化。這說明系統(tǒng)到達(dá)再次穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，被調(diào)量的偏差必為0。積分調(diào)節(jié)規(guī)律的另一個(gè)特點(diǎn)就是消除穩(wěn)態(tài)偏差，實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)，其控制作用表達(dá)在調(diào)節(jié)

12、過程的后期。2.4 比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律及其對(duì)過渡過程的影響比例積分調(diào)節(jié)器的飛升特性曲線如圖2-3所示。由圖可以看出：比例作用：當(dāng)被調(diào)量偏離給定值出現(xiàn)偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器立即輸出一個(gè)與偏差成比例的控制作用，這是比例作用的結(jié)果；積分作用：隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，控制作用線性增加，積分作用表現(xiàn)出來(lái)；只要偏差存在，控制作用就一直增長(zhǎng)下去，直到消除偏差時(shí)，控制作用才停止變化。控制規(guī)律的特點(diǎn)：比例積分調(diào)節(jié)作用具有比例作用及時(shí)和積分作用消除偏差的優(yōu)點(diǎn)，從而克服了單純比例作用時(shí)不能消除偏差和單純積分不能及時(shí)控制的特點(diǎn)。圖2-3 比例積分響應(yīng)曲線對(duì)PI調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以歸納以下幾點(diǎn)：(1) 采用PI調(diào)節(jié)的能消除被調(diào)量的靜態(tài)偏差，到達(dá)

13、無(wú)靜差調(diào)節(jié)的目的。這是此類調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)。凡生產(chǎn)過程中對(duì)被調(diào)量靜態(tài)偏差有嚴(yán)格要求時(shí)，必須采用包含有積分作用的調(diào)節(jié)器。(2) 如果按調(diào)節(jié)器上設(shè)置的和調(diào)整系統(tǒng)，那么一般來(lái)說，可以用來(lái)調(diào)整主要振蕩成份的衰減率。增大而保持不變時(shí)，將使主要振蕩成分的衰減率提高。是調(diào)整主要非周期成分的衰減速度。根據(jù)PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律和調(diào)節(jié)過程的特點(diǎn)，在進(jìn)行導(dǎo)前微分過熱汽溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)就利用PI調(diào)節(jié)器的這幾個(gè)特點(diǎn)，所以在系統(tǒng)中采用了PI調(diào)節(jié)器。 單回路控制系統(tǒng)在熱工生產(chǎn)過程中，最根本的且應(yīng)用最多的是單回路控制系統(tǒng)，其它各種復(fù)雜控制系統(tǒng)都是在單回路系統(tǒng)的根底上開展起來(lái)的，而且許多復(fù)雜控制系統(tǒng)的整定都利用了單回路的整

14、定方法，可以說單回路控制系統(tǒng)是過程控制系統(tǒng)的根底。 單回路控制系統(tǒng)的組成所謂單回路控制系統(tǒng)，是指由一個(gè)被控對(duì)象、一個(gè)檢測(cè)變送器、一個(gè)調(diào)節(jié)器控制器和一個(gè)執(zhí)行器包括調(diào)節(jié)閥組成的閉環(huán)負(fù)反響控制系統(tǒng)，其組成原理方框圖如圖3-1所示。圖3-1 單回路控制系統(tǒng)組成原理方框圖生產(chǎn)過程是由各個(gè)環(huán)節(jié)或工藝設(shè)備組成的，各個(gè)工藝設(shè)備之間必然存在著相互聯(lián)系和相互影響。因此，在設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)時(shí)必須有正確的設(shè)計(jì)思路。在設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)時(shí)，很重要的一個(gè)問題是被調(diào)量和控制量的選擇。選擇的原那么是被控量應(yīng)能反映工藝情況，表達(dá)控制指標(biāo)的要求；操縱變量控制量應(yīng)能滿足快速性、穩(wěn)定性等多項(xiàng)指標(biāo)，同時(shí)必須具有工藝上的合理性，且要綜合

15、考慮經(jīng)濟(jì)效果。 單回路控制系統(tǒng)的參數(shù)整定方法控制系統(tǒng)的參數(shù)整定有理論計(jì)算方法和工程整定方法，理論計(jì)算方法是基于一定的性能指標(biāo)，結(jié)合組成系統(tǒng)環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性，通過理論計(jì)算求得調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)設(shè)定值；而工程整定法，那么是源于理論分析，結(jié)合實(shí)驗(yàn)、工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)等一套工程上的方法。1. 衰減曲線法衰減曲線法是在總結(jié)臨界比例帶的根底上開展起來(lái)的，它是利用比例作用下產(chǎn)生的4：1衰減振蕩過程時(shí)的調(diào)節(jié)器比例帶及過程衰減周期，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。衰減曲線法的具體步驟：把調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)，微分時(shí)間常數(shù)，比例帶為一稍大的值，將系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行。圖3-2 單回路系統(tǒng)方框圖圖3-3 4：1 衰減曲線在系統(tǒng)處

16、于穩(wěn)定狀態(tài)后作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，應(yīng)觀察控制過程。如果過渡過程衰減率大于0.75，應(yīng)逐步減小比例帶值，并再次試驗(yàn)，直到過渡過程曲線出現(xiàn)4：1的衰減過程。記錄此時(shí)的衰減振蕩過程曲線如圖3-3所示。在圖3-3所示的曲線上求取時(shí)的振蕩周期，結(jié)合此過程的調(diào)節(jié)器比例帶，按表3-1計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。表3-1衰減曲線法的計(jì)算公式規(guī)律PPIPID-按計(jì)算結(jié)果設(shè)置好調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)，作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過程，適當(dāng)?shù)男薷恼{(diào)節(jié)器的參數(shù)，直到滿意為止。2動(dòng)態(tài)參數(shù)法動(dòng)態(tài)參數(shù)法是在系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)下，作對(duì)象的階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，根據(jù)記錄下的階躍響應(yīng)曲線求取一組特征參數(shù)、，再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器各個(gè)參數(shù)。對(duì)于有自平衡能力

17、對(duì)象，其單位階躍響應(yīng)曲線如圖3-4所示，對(duì)響應(yīng)曲線拐點(diǎn)P作切線交穩(wěn)態(tài)值漸近線C于A，交時(shí)間軸于C；過A點(diǎn)作時(shí)間軸垂線并交于B，那么=OC， T=CB，=AB/CB在取得對(duì)象的單位階躍響應(yīng)曲線后，通過在曲線上做圖，求出對(duì)象的特征參數(shù)、，然后按表3-2給出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的整定。圖3-4 動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線表3-2 動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算公式規(guī)律PPIPID-2-生產(chǎn)實(shí)踐說明，對(duì)象特征參數(shù)和的乘積反映了控制難易程度；越大，對(duì)象就越不好控制，因此調(diào)節(jié)器的比例帶就應(yīng)取大些，即和成正比。對(duì)于采用比例積分調(diào)節(jié)，積分作用的參加使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，因此比例帶為純比例作用時(shí)的比例帶的1.2倍1。3. 經(jīng)驗(yàn)法通過長(zhǎng)期實(shí)踐，

18、人們總結(jié)了一套參數(shù)整定的經(jīng)驗(yàn)，稱為經(jīng)驗(yàn)法。經(jīng)驗(yàn)法的參數(shù)整定步驟是：1將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)放到最大，微分時(shí)間常數(shù)置于最小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置比例帶值將系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行，穩(wěn)定后作階躍擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過程，假設(shè)過渡過程有希望的衰減率0.9那么可，否那么改變比例帶值，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。2將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)由最大調(diào)整到某一個(gè)值，由于積分作用的引入使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，這時(shí)應(yīng)將比例帶值適當(dāng)增大，一般為純比例作用的1.2倍。作階躍擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過程，修改積分時(shí)間重復(fù)實(shí)驗(yàn)，直到滿意為止。3保持積分時(shí)間不變改變比例帶，看調(diào)節(jié)過程有無(wú)改善，假設(shè)有改善繼續(xù)修改比例帶，如無(wú)改善那么反方向修改比例帶，到滿意為止。保持比例帶

19、不變修改積分時(shí)間常數(shù)，同樣做上述實(shí)驗(yàn)。4三種工程整定方法的比擬衰減曲線法：與臨界比例帶法相似，比擬簡(jiǎn)單也容易掌握，沒有臨界比例帶法的限制和缺點(diǎn)能夠廣泛應(yīng)用。經(jīng)驗(yàn)法：是憑借經(jīng)驗(yàn)試湊調(diào)節(jié)器的參數(shù)，所以它是看響應(yīng)曲線整定參數(shù)法，方法簡(jiǎn)便但工作量很大。動(dòng)態(tài)參數(shù)法：稱響應(yīng)曲線法，只有知道對(duì)象階躍響應(yīng)曲線才能調(diào)節(jié)參數(shù)，而上述的三種方法都不需要知道對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。根據(jù)對(duì)上述單回路三種工程整定參數(shù)方法的了解，知道了三種方法的各自的優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)過熱汽溫控制系統(tǒng)的工藝的特點(diǎn)和平安的要求以及作用到系統(tǒng)的干擾情況，在此次設(shè)計(jì)中，選用理論計(jì)算法和衰減曲線法對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行整定2。第四章 過熱汽溫控制系統(tǒng)4.1 過熱汽溫控

20、制的任務(wù)在鍋爐蒸汽溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)中，過熱蒸汽溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的任務(wù)是維持過熱器出口蒸汽溫度在允許的范圍內(nèi)，并且保護(hù)過熱器，使管壁溫度不超過允許的工作溫度。過熱蒸汽溫度是鍋爐運(yùn)行質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，過熱蒸汽溫度過高或過低都會(huì)顯著的影響電廠的安區(qū)性和經(jīng)濟(jì)性。過熱蒸汽溫度過高，可能造成過熱器、蒸汽管道和汽輪機(jī)的高壓局部金屬損壞，因而過熱汽溫的上限一般不應(yīng)超過額定值5。過熱蒸汽溫度過低，又會(huì)降低全廠的熱效率并影響汽輪機(jī)的平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因而過熱汽溫的下限一般不低于額定值10。過熱汽溫的額定值通常在500以上，例如高壓鍋爐一般為540，就是說要使過熱汽溫保持在540的范圍內(nèi)。 過熱汽溫控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性

21、影響過熱器出口蒸汽溫度變化的原因很多，如蒸汽流量變化、燃燒工況變化、鍋爐給水溫度變化、進(jìn)入過熱器的蒸汽溫度變化、流經(jīng)過熱器的煙汽溫度和流速變化、鍋爐受熱面結(jié)垢等。但歸納起來(lái)，主要有三個(gè)方面：蒸汽流量、煙汽熱量和減溫水量。4 蒸汽流量擾動(dòng)下過熱汽溫的動(dòng)態(tài)特性圖4-1蒸汽流量擾動(dòng)下過熱器出口溫度的階躍響應(yīng)曲線當(dāng)鍋爐負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，蒸汽流量的變化使沿整個(gè)過熱器管路長(zhǎng)度上各點(diǎn)的蒸汽流速幾乎同時(shí)改變，從而改變過熱器的對(duì)流放熱系數(shù)，使過熱器各點(diǎn)的蒸汽溫度幾乎同時(shí)改變，因而汽溫反響較快。過熱器出口溫度的階躍響應(yīng)曲線如圖4-1所示。其特點(diǎn)是：有滯后、有慣性、有自平衡能力，且 較小。當(dāng)鍋爐的負(fù)荷增加時(shí)，對(duì)流式過熱器

22、和輻射式過熱器的出口汽溫隨負(fù)荷變化的方向是相反的。負(fù)荷增加時(shí)，通過對(duì)流式過熱器的煙汽溫度和流速都增加，從而使對(duì)流式過熱器出口汽溫升高。但是，由于負(fù)荷增加時(shí)，爐膛溫度升高不多，而爐膛煙溫升高所增加的輻射熱量小于蒸汽負(fù)荷增大所需要的吸熱量，因而當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，輻射式過熱器出口汽溫是下降的。現(xiàn)代大型鍋爐的過熱器，對(duì)流式過熱器的受熱面積大于輻射式過熱器的受熱面積，因此總的汽溫將隨負(fù)荷增加而升高。4 煙汽熱量擾動(dòng)下過熱汽溫的動(dòng)態(tài)特性 圖4-2 煙汽熱量 階躍變化時(shí)過熱汽溫的反響曲線圖4-2表示煙汽熱量 階躍變化時(shí)過熱汽溫的反響曲線，其特點(diǎn)是：有延遲、有慣性、有自平衡能力。煙汽熱量擾動(dòng)煙汽溫度和流速產(chǎn)生變化

23、時(shí)，由于煙汽流速和溫度的變化也是沿整個(gè)過熱器同時(shí)改變的，因而沿過熱器整個(gè)長(zhǎng)度使煙汽傳遞熱量也同時(shí)變化，所以汽溫反響較快，其時(shí)間常數(shù) 和延遲 均比其他擾動(dòng)小。現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)中是通過改變煙汽溫度或改變煙汽流量來(lái)求取汽溫響應(yīng)曲線的。4 減溫水流量擾動(dòng)下過熱汽溫的動(dòng)態(tài)特性當(dāng)減溫水流量擾動(dòng)時(shí)，改變了高溫過熱器的入口汽溫，從而影響了過熱器出口汽溫，其階躍響應(yīng)曲線如圖4-3所示。從圖4-3中可看出，其特點(diǎn)也是有延遲、有慣性、有自平衡能力的。但是由于現(xiàn)代大型鍋爐的過熱器管道很長(zhǎng)，因而當(dāng)減溫水流量擾動(dòng)時(shí)，汽溫反響較慢。對(duì)于一般高、中壓鍋爐，當(dāng)減溫水流量擾動(dòng)時(shí)，汽溫的延遲時(shí)間 ,時(shí)間常數(shù) ，因而當(dāng)煙汽側(cè)擾動(dòng)時(shí) 。可見，當(dāng)

24、負(fù)荷擾動(dòng)或煙汽熱量擾動(dòng)時(shí)，汽溫的反響較快；而減溫水量擾動(dòng)時(shí)，汽溫的反響較慢。因而從過熱汽溫控制對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的角度考慮，改變煙汽側(cè)參數(shù)改變煙溫或煙汽流量的控制手段是比擬理想的因?yàn)樨?fù)荷信號(hào)由用戶決定，不能作為控制量，但具體實(shí)現(xiàn)比擬困難，所以一般很少被采用。噴水減溫對(duì)過熱器的平安運(yùn)行比擬有利，所以盡管對(duì)象的特性不太理想，但還是目前廣泛被采用的過熱蒸汽溫度控制方法。采用噴水減溫時(shí)，由于對(duì)象控制通道有較大的延遲和慣性以及運(yùn)行中要求有較小的汽溫控制偏差，所以采用單回路控制系統(tǒng)往往不能獲得較好的控制品質(zhì)。針對(duì)過熱汽溫控制對(duì)象控制通道慣性延遲大、被調(diào)量信號(hào)反響慢的特點(diǎn)，應(yīng)該從對(duì)象的控制通道中找出一個(gè)比被調(diào)量反

25、響快的中間點(diǎn)信號(hào)作為調(diào)節(jié)器的補(bǔ)充反響信號(hào)，以改善對(duì)象控制通道的動(dòng)態(tài)特性，提高控制質(zhì)量。圖4-3 減溫水流量擾動(dòng)下過熱器出口汽溫階躍響應(yīng)曲線第五章 300MW單元機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng) 過熱汽溫的控制方案目前，過熱汽溫控制普遍采用改變減溫水流量為控制手段。大型鍋爐的過熱器管道長(zhǎng)，慣性和遲延大，為改善過熱汽溫的控制質(zhì)量，采取分段一般分為兩段減溫控制，而且按左右兩側(cè)分開布置。過熱汽溫控制系統(tǒng)的根本構(gòu)成方式為串級(jí)控制方式，在此根底上，或加以變換，或加以改良，出現(xiàn)幾種根本方案。 常規(guī)串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)二級(jí)減溫常規(guī)串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖5-1所示。、級(jí)汽溫控制系統(tǒng)是各自獨(dú)立的串級(jí)控制系統(tǒng)。級(jí)汽溫控制系統(tǒng)的

26、任務(wù)是消除來(lái)自燃燒工況變化等方面的擾動(dòng)，穩(wěn)態(tài)時(shí)維持屏式過熱器出口汽溫等于給定值，防止屏式過熱器超溫；另外，也作為過熱器出口汽溫的粗調(diào)。級(jí)汽溫控制系統(tǒng)的任務(wù)是穩(wěn)態(tài)時(shí)保持過熱器出口汽溫等于給定值，以滿足運(yùn)行要求。圖5-1 二級(jí)減溫常規(guī)汽溫控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖常規(guī)串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)常用于帶根本負(fù)荷的機(jī)組，或高溫過熱器和屏式過熱器受熱面靜態(tài)特性均以對(duì)流性為主的帶變動(dòng)負(fù)荷的機(jī)組。 采用導(dǎo)前微分信號(hào)的雙回路汽溫控制系統(tǒng)采用導(dǎo)前微分信號(hào)的二級(jí)減溫汽溫控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖5-2所示。此系統(tǒng)、級(jí)減溫水流量由兩個(gè)獨(dú)立的采用導(dǎo)前微分信號(hào)的雙回路系統(tǒng)控制。本次設(shè)計(jì)采用的就是導(dǎo)前微分信號(hào)的雙回路控制系統(tǒng)。圖5-2 采用導(dǎo)前微

27、分信號(hào)的汽溫控制系統(tǒng)采用導(dǎo)前微分信號(hào)雙回路控制系統(tǒng)是串級(jí)控制系統(tǒng)的一種變形。但在儀表硬件結(jié)構(gòu)上，采用導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的雙回路較為簡(jiǎn)單。一般情況下，雙回路汽溫控制系統(tǒng)已能滿足生產(chǎn)上的要求，因此得到了廣泛應(yīng)用。 級(jí)減溫給定值可變的汽溫控制系統(tǒng)級(jí)減溫給定值可變的汽溫控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱給定值可變控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖5-3所示。此系統(tǒng)、級(jí)減溫均采用串級(jí)控制系統(tǒng)。級(jí)減溫控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是被控量的給定值是經(jīng)過負(fù)荷修正的，函數(shù)器給出隨負(fù)荷升高給定值降低的規(guī)律。當(dāng)?shù)蜏剡^熱器主要包括屏式過熱器具有輻射熱交換為主的汽溫靜態(tài)特性，而高溫過熱器具有對(duì)流熱交換為主的汽溫靜態(tài)特性時(shí)，負(fù)荷增大，低溫過熱器出口汽溫 將圖5-3 級(jí)減溫給

28、定值可變汽溫控制系統(tǒng)降低，而高溫過熱器出口汽溫將升高。對(duì)于常規(guī)串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)，此時(shí)級(jí)將減小減溫水流量，級(jí)將增大減溫水流量，擴(kuò)大了兩級(jí)減溫水流量之差，且難于控制出口過熱汽溫為給定值。在級(jí)定值可變控制系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)荷增大時(shí)，的給定值降低，要求增大級(jí)減溫水流量；隨的降低，在級(jí)減溫水量根本不變的情況下，將降低，從而易于維持出口汽溫等于給定值。由上述可知，當(dāng)負(fù)荷變化例如增大時(shí)，改變加大級(jí)減溫水流量 ，改變降低及，這對(duì)級(jí)減溫控制來(lái)說是一種超前的調(diào)節(jié)，減小了級(jí)汽溫的控制幅度，有利于穩(wěn)定級(jí)出口汽溫，同時(shí)，級(jí)減溫水的改變?cè)龃笥欣诒Ｗo(hù)處于高溫輻射區(qū)的過熱器管道。5.5 按溫差控制級(jí)減溫水的汽溫控制系統(tǒng)按溫差控制

29、級(jí)減溫水流量的汽溫控制系統(tǒng)間稱為“按溫差控制的系統(tǒng)的構(gòu)成，如圖5-4所示。級(jí)減溫控制系統(tǒng)為串級(jí)控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是被控量級(jí)減溫器進(jìn)、出口的溫差。經(jīng)函數(shù)發(fā)生器 后，送入加法器。函數(shù)器 為一階慣性環(huán)節(jié) ，時(shí)間常數(shù)約為10s。其作用是使 的變化帶一些慣性，以減小兩級(jí)汽溫控制系統(tǒng)之間的動(dòng)態(tài)干擾。級(jí)減溫控制系統(tǒng)為常規(guī)串級(jí)控制系統(tǒng)。圖5-4 按溫差控制級(jí)減溫水的汽溫控制系統(tǒng)當(dāng)負(fù)荷變化例如增大時(shí)，高溫過熱器具有對(duì)流熱交換特性，出口汽溫升高。為使降低到給定值，必須降低入口汽溫對(duì)常規(guī)串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)說，是靠增大級(jí)減溫水流量來(lái)降低的。按溫差控制的系統(tǒng)，當(dāng)負(fù)荷增大時(shí)，低溫過熱器出口汽溫降低，溫差減小，調(diào)節(jié)器PI4輸

30、出信號(hào)，增大級(jí)減溫水流量 ，使、均降低。在級(jí)減溫水流量 根本不變的情況下，降低，溫差上升直到溫差回到給定值。由上述可知，當(dāng)負(fù)荷增大時(shí)，按溫差控制的系統(tǒng)將增大級(jí)噴水量 。這對(duì)級(jí)減溫水量的變化幅度明顯減小，有利于主汽溫 的穩(wěn)定。在負(fù)荷變化時(shí)，兩級(jí)減溫器噴水量分配比擬均勻，這就相當(dāng)于擴(kuò)大了變負(fù)荷中減溫噴水量的調(diào)節(jié)范圍。 級(jí)汽溫控制系統(tǒng)為改善過熱汽溫的控制品質(zhì)，除了在級(jí)汽溫控制系統(tǒng)上采取一些改良措施如圖5-3與圖5-4外，在級(jí)汽溫控制系統(tǒng)上也常采用一些改良措施，如圖5-5所示。圖5-5 改良的幾種級(jí)汽溫控制系統(tǒng)a有主汽溫微分信號(hào)的系統(tǒng)；b有相位補(bǔ)償回路的系統(tǒng)圖5-5a為有主汽溫的微分信號(hào)的系統(tǒng)。副調(diào)節(jié)

31、器PI2的給定值中，除包含偏差信號(hào)經(jīng)PI1作用后還含有主汽溫的微分信號(hào)，的起始加強(qiáng)控制作用使主汽溫的動(dòng)態(tài)偏差小，并能較快回到給定值。此系統(tǒng)適用于主汽溫經(jīng)常受到不定擾動(dòng)源的擾動(dòng)的場(chǎng)合4。圖5-5b為帶有相位補(bǔ)償回路的系統(tǒng)。相位補(bǔ)償器是一個(gè)二階超前-滯后環(huán)節(jié)，用以補(bǔ)償或減小過熱汽溫高階慣性對(duì)象的相位滯后即減小慣性。當(dāng)不需進(jìn)行相位補(bǔ)償時(shí)，通過切換器T將補(bǔ)償器短接。此系統(tǒng)為采用導(dǎo)前微分信號(hào)的雙回路系統(tǒng)。第六章 采用導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的過熱汽溫控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)的組成圖6-1 采用導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的過熱汽溫控制系統(tǒng)采用導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)發(fā)過熱汽溫控制系統(tǒng)如圖6-1所示。這個(gè)系統(tǒng)中引入了導(dǎo)前汽溫的微分信號(hào)作為

32、調(diào)節(jié)器的補(bǔ)充信號(hào)，以改善控制質(zhì)量。因?yàn)楹椭髌麥氐淖兓厔?shì)是一致的，且的反響比快的多，因此它能迅速反響的變化趨勢(shì)。引入了的微分信號(hào)后，將有助于調(diào)節(jié)器的動(dòng)作快速性。在動(dòng)態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器將根據(jù)的微分信號(hào)和與的給定值之間的偏差而動(dòng)作；但在靜態(tài)時(shí)，的微分信號(hào)消失，過熱汽溫必然等于給定值。如果不采用導(dǎo)前信號(hào)的微分信號(hào)，那么在靜態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器將保持等于給定值，而不能保持等于給定值。 我們根據(jù)圖可以畫出系統(tǒng)的原理方框圖，如圖6-2所示。圖6-2 采用導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的汽溫控制系統(tǒng)原理方框圖從圖6-2可以看出，采用導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的雙回路汽溫控制系統(tǒng)包括兩個(gè)閉合的控制回路：1由控制對(duì)象的導(dǎo)前區(qū)、導(dǎo)前汽溫變送器、微分器

33、、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器和減溫水調(diào)節(jié)閥組成的副回路導(dǎo)前補(bǔ)償回路；2由控制對(duì)象的惰性區(qū)、主汽溫變送器和副回路組成的主回路。 提高系統(tǒng)可靠性和生產(chǎn)過程平安性的措施隨著發(fā)電機(jī)組容量的不斷增加，熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜，因?yàn)樗鼈儗?duì)機(jī)組的平安、穩(wěn)定運(yùn)行起著重要的作用。熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性主要包括兩方面內(nèi)容：一是確定系統(tǒng)儀表選型問題，因?yàn)檫@是保證自動(dòng)控制系統(tǒng)可靠性的根本條件。任何一個(gè)控制系統(tǒng)，不管其多么復(fù)雜，它都是由許多單臺(tái)儀表組合成的，因此儀表本身的可靠性是系統(tǒng)可靠性的物質(zhì)根底。目前各自動(dòng)化儀表制造廠都在致力于提高儀表的可靠性，世界上先進(jìn)國(guó)家自動(dòng)化儀表的MTBF平均無(wú)故障工作時(shí)間約為30年左右，這給

34、自動(dòng)控制系統(tǒng)可靠性創(chuàng)造了條件。二是在設(shè)計(jì)時(shí)選用可靠性高的設(shè)計(jì)方案。 控制系統(tǒng)的分析對(duì)于這個(gè)控制系統(tǒng)的工作原理，有兩種不同的分析方法。一 參加導(dǎo)前微分信號(hào)可改善對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性對(duì)于如圖6-2所示的控制系統(tǒng)，當(dāng)去掉導(dǎo)前汽溫的微分信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)就成為單回路控制系統(tǒng)，如圖6-3a所示，控制對(duì)象 的遲延、慣性較大。當(dāng)系統(tǒng)參加導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)后，調(diào)節(jié)器將同時(shí)接受兩個(gè)輸入信號(hào)，系統(tǒng)也成了雙回路結(jié)構(gòu)。但對(duì)于這個(gè)雙回路系統(tǒng)作適當(dāng)?shù)牡刃ё儞Q后，發(fā)現(xiàn)仍可把它當(dāng)作一個(gè)單回路系統(tǒng)來(lái)處理，如圖6-3b所示。只是由于微分信號(hào)的引入改變了控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。這個(gè)新的控制對(duì)象的輸入仍然是減溫水流量信號(hào) ，但輸出信號(hào)為：,這個(gè)控制對(duì)

35、象的傳遞函數(shù)可以根據(jù)方框圖6-3b求得5。在靜態(tài)時(shí)，微分器輸出為零，所以等效對(duì)象控制對(duì)象的輸出 ；在動(dòng)態(tài)過程中，等效控制對(duì)象的輸出中除了主汽溫信號(hào)外，還疊加了導(dǎo)前汽溫的微分信號(hào)。由于的慣性遲延比小得多，因而等效對(duì)象的輸出 的慣性遲延要比小得多。因此，參加導(dǎo)前汽溫的微分信號(hào)的作用可以理解為改變了控制對(duì)象的特性6，等效控制對(duì)象在減溫水流量擾動(dòng)下的特性如圖6-4所示，可見，等效控制對(duì)象的輸出 比主汽溫的響應(yīng)有很大的改善。所以，在控制對(duì)象慣性遲延很大的情況下導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的雙回路汽溫控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)遠(yuǎn)比單回路控制系統(tǒng)好。a單回路系統(tǒng)方框圖b雙回路系統(tǒng)的等效方框圖圖6-3 采用微分信號(hào)改變控制對(duì)象特

36、性的方框圖圖6-4 減溫水階躍擾動(dòng)下等效控對(duì)象的響應(yīng)曲線二導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)控制系統(tǒng)是串級(jí)系統(tǒng)的變形對(duì)于慣性遲延較大的控制對(duì)象，采用串級(jí)控制系統(tǒng)能獲得較好的控制品質(zhì)。導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的雙回路系統(tǒng)雖然在形式上不同于串級(jí)控制系統(tǒng)，但把它當(dāng)作一種變形的串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)研究也是可行的。 只要把圖6-2所示的采用導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的控制系統(tǒng)等效變?yōu)閳D6-5所示的串級(jí)控制系統(tǒng)，其中微分器傳遞函數(shù)的倒數(shù) 相當(dāng)于串級(jí)控制系統(tǒng)中主調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)，而調(diào)節(jié)器與微分器的傳遞函數(shù)乘積 那么相當(dāng)于串級(jí)控制系統(tǒng)中副調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。圖6-5 導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的雙回路系統(tǒng)等效為串級(jí)系統(tǒng)的方框圖在采用導(dǎo)前微分汽溫信號(hào)的雙回路系統(tǒng)中

37、，微分器和調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)一般分別為 式中、分別為微分器的微分增益和微分慣性時(shí)間常數(shù)7。所以當(dāng)?shù)刃榇?jí)系統(tǒng)時(shí)，等效主、副調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)應(yīng)為:1. 等效主調(diào)節(jié)器 由上式可見，等效主調(diào)節(jié)器具有比例積分調(diào)節(jié)器的特性，它的參數(shù)為：等效比例帶： 等效積分時(shí)間： 6-12. 等效副調(diào)節(jié)器 在實(shí)際應(yīng)用中，通常 比 大的多，因此 所以，等效調(diào)節(jié)器也近視為具有比例積分調(diào)節(jié)器的特性，它的參數(shù)為等效比例帶： 等效積分時(shí)間： 當(dāng)把采用導(dǎo)前微分信號(hào)的雙回路控制系統(tǒng)等效為串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)分析時(shí)，可以清楚地看出微分器參數(shù) 、和調(diào)節(jié)器參數(shù)、對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響：1微分器的參數(shù) 、相當(dāng)于串級(jí)系統(tǒng)中主調(diào)節(jié)器的比例帶和積分時(shí)間。

38、即：按串級(jí)控制系統(tǒng)的分析方法，當(dāng)副回路為快速隨動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，增大將使主回路的穩(wěn)定性提高，但使主汽溫的動(dòng)態(tài)偏差增大。增大也會(huì)提高主回路的穩(wěn)定性，但影響不太顯著。增大后，主汽溫控制過程的時(shí)間拉長(zhǎng)。2等效副調(diào)節(jié)器的比例帶是，積分時(shí)間是，主要影響副回路的控制過程時(shí)間，而那么影響副回路的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)偏差。但是，既是副回路的調(diào)節(jié)器參數(shù)，又是主回路的調(diào)節(jié)器參數(shù)。當(dāng)增大時(shí)，雖然提高了主回路的穩(wěn)定性，卻使副回路的穩(wěn)定性下降。所以，當(dāng)需要增大時(shí)，為了保持副回路的穩(wěn)定性，應(yīng)相應(yīng)增大，使的比值保持不變。 控制系統(tǒng)的整定6 用補(bǔ)償法等效為單回路系統(tǒng)整定根據(jù)前面對(duì)系統(tǒng)的分析方法(二)，我們可以得出補(bǔ)償法的整定原那么：整定微分

39、器的參數(shù)、以形成一個(gè)等效對(duì)象，這個(gè)等效對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性等于或近視等于在動(dòng)態(tài)時(shí)為導(dǎo)前區(qū)的特性，在靜態(tài)時(shí)為主汽溫的特性，而調(diào)節(jié)器 的參數(shù)、那么按等效對(duì)象的特性整定按一般單回路控制系統(tǒng)的整定方法整定。下面分析如何通過調(diào)整微分器的參數(shù)來(lái)獲取等效對(duì)象的特性。設(shè)主汽溫對(duì)象的傳遞函數(shù)為：=導(dǎo)前汽溫對(duì)象的傳遞函數(shù)為：=那么等效對(duì)象的傳遞函數(shù)應(yīng)為： = 6-2由式可得： 6-3可見微分器的參數(shù)是根據(jù)控制對(duì)象的惰性區(qū)來(lái)整定的。假設(shè)求得 =且 那么式6-2可寫為 6-4假設(shè)汽溫對(duì)象惰性區(qū)的傳遞函數(shù)是一階的，那么有比擬等式兩邊的對(duì)應(yīng)項(xiàng)可得：微分器按此組參數(shù)整定，那么等效對(duì)象的傳遞函數(shù)為：那么實(shí)現(xiàn)了完全補(bǔ)償?shù)念A(yù)定目的。但

40、是汽溫對(duì)象惰性區(qū)傳遞函數(shù)的階次都是高于一階的通常2，那么，式6-4等號(hào)兩邊就只能做到近似相等，而不能實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償。下面推導(dǎo)2時(shí)，微分器參數(shù)確實(shí)定方法。 將式6-4等號(hào)兩邊展開為冪級(jí)數(shù)的形式：等式左邊為：等式右邊為：令等式兩邊s的低階項(xiàng)二階以下項(xiàng)的系數(shù)相等 項(xiàng) 項(xiàng) 由此可確定微分器的整定參數(shù) 6-5按式6-5求得的 參數(shù)僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)象的近似補(bǔ)償，使在確定了等效對(duì)象的傳遞函數(shù)之后，對(duì)于調(diào)節(jié)器的參數(shù)和應(yīng)按等效對(duì)象 來(lái)整定按一般單回路系統(tǒng)的整定方法，其原理方框圖如圖6-6所示8。補(bǔ)償法是整定雙回路系統(tǒng)的一種很實(shí)用的方法，用該方法整定系統(tǒng)時(shí)，可以不考慮內(nèi)外回路之間的相互影響。圖6-6 補(bǔ)償法整定方框圖6

41、先內(nèi)后外當(dāng)?shù)刃Т?jí)控制系統(tǒng)主、副回路工作頻率相差大時(shí),主、副回路可以分別獨(dú)立進(jìn)行整定。假設(shè)副回路的主導(dǎo)衰減振蕩成分的頻率比主回路的主導(dǎo)衰減振蕩成分的頻率大得多，即滿足條件 6-6時(shí)，副回路的控制過程比主回路的控制過快的多。當(dāng)副回路受到擾動(dòng)時(shí)，副回路立即動(dòng)作，迅速消除擾動(dòng)，而控制過程在較短時(shí)間內(nèi)就告結(jié)束。在副回路消除擾動(dòng)的時(shí)間內(nèi)，主回路根本不動(dòng)作。而主回路在消除擾動(dòng)時(shí)，副回路近似于一個(gè)理想隨動(dòng)系統(tǒng)，可等效為一個(gè)比例環(huán)節(jié)。這樣，動(dòng)態(tài)過程，主、副回路之間互相影響很小，就可將主、副回路分別獨(dú)立進(jìn)行整定9。要使等效的串級(jí)系統(tǒng)滿足式6-6的條件，首先取決于控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，即對(duì)象導(dǎo)前區(qū)的慣性應(yīng)比對(duì)象控制

42、通道的慣性小得多。如果對(duì)象及其導(dǎo)前區(qū)的特性都可以用的形式來(lái)描述，那么，當(dāng)對(duì)象導(dǎo)前區(qū)的慣性比對(duì)象控制通道的慣性小得多時(shí)，即滿足 6-7時(shí)，就具備式6-6的條件。因此，也可以用式6-7來(lái)判斷串級(jí)控制系統(tǒng)主副回路是否可以分別獨(dú)立整定10。1. 主回路的整定主回路中待整定的參數(shù)僅是微分器的參數(shù),故先整定主回路比擬簡(jiǎn)單。先假定副回路已整定成一個(gè)快速隨動(dòng)系統(tǒng)，它可以近似等效為比例環(huán)節(jié) 。根據(jù)對(duì)象惰性區(qū)的特性整定主調(diào)節(jié)器 的、 ；取整定指標(biāo)；根據(jù)惰性區(qū)的特性選擇一種適合的整定方法11。2. 副回路的整定 當(dāng)主回路進(jìn)行控制時(shí)，副回路幾乎起理想隨動(dòng)作用，在主回路中副回路可看作一個(gè)比例環(huán)節(jié)。可按單回路系統(tǒng)的整定方

43、法整定主調(diào)節(jié)器的參數(shù)。按上述步驟整定后，通常應(yīng)滿足 、分別為主、副回路主導(dǎo)衰減振蕩成分的頻率。要到達(dá)此要求整定時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)問題：1對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。控制對(duì)象導(dǎo)前區(qū)動(dòng)態(tài)特性與整個(gè)控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性=相比，應(yīng)有較小的遲延和慣性。2調(diào)節(jié)器類型的選擇。副調(diào)節(jié)器可選用P調(diào)節(jié)器，主調(diào)節(jié)器應(yīng)選PI調(diào)節(jié)器，以使副回路有較高的衰減振蕩頻率。3整定指標(biāo)的選擇。副回路可取較低的穩(wěn)定裕量如，而主回路那么取較高的穩(wěn)定裕量如。另外，按此方法整定串級(jí)系統(tǒng)時(shí)還應(yīng)考慮控制對(duì)象惰性區(qū)動(dòng)態(tài)特性的求取。在圖6-2中，控制對(duì)象導(dǎo)前區(qū)的特性可直接由試驗(yàn)測(cè)得，而惰性區(qū)的特性不一定能直接由試驗(yàn)獲得，但整個(gè)控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性=總是可以由試驗(yàn)

44、測(cè)得，因此對(duì)象惰性區(qū)的動(dòng)態(tài)特性 原那么上可以由 和算出：某鍋爐過熱汽溫控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性為：導(dǎo)前區(qū)： = 主汽溫: = = 采用導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的汽溫控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：=微分器的傳函為，兩個(gè)測(cè)量變送器的斜率為V/執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥的傳遞函數(shù)分別為，求使系統(tǒng)衰減率 時(shí)，調(diào)節(jié)器和微分器的整定參數(shù)值。 解：采用導(dǎo)前微分信號(hào)的雙回路系統(tǒng)時(shí)，所給出的控制系統(tǒng)方框圖為圖6-8所示。其中對(duì)象惰性區(qū)傳遞函數(shù)為：=1確定微分器參數(shù)和以知控制對(duì)象惰性區(qū)的傳遞函數(shù)為：=，即；根據(jù)式4-5，求出=當(dāng)取此組參數(shù)時(shí)，可使補(bǔ)償對(duì)象的近似傳遞函數(shù)為: 6-82確定調(diào)節(jié)器參數(shù)和 當(dāng)求出補(bǔ)償對(duì)象的傳遞函數(shù) 之后，圖6-

45、2所示的汽溫控制系統(tǒng)可簡(jiǎn)化為圖6-7，由此可寫出系統(tǒng)的特征方程式為：令 ，使系統(tǒng)降為二階；當(dāng) 時(shí)，對(duì)應(yīng)的阻尼比 ，故由此可求得 ，因此，調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)為：，。把圖6-9所示的方框圖等效為串級(jí)控制系統(tǒng)時(shí)，如圖6-9a所示。圖6-7 補(bǔ)償法整定框圖由于控制對(duì)象的導(dǎo)前區(qū)慣性較小，故等效串級(jí)控制系統(tǒng)的主、副回路可分別表示為圖6-9b和c，在副回路中假定了 。1確定微分器參數(shù) 、 根據(jù)控制對(duì)象及其導(dǎo)前區(qū)的傳遞函數(shù)得：圖6-8 系統(tǒng)方框圖a串級(jí)控制系統(tǒng)b等效主回路c等效副回路圖6-9 圖-8的等效串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖，故主、副調(diào)節(jié)器可分別整定。主調(diào)節(jié)器的整定當(dāng)內(nèi)回路整定好之后，可視為一個(gè)快速隨動(dòng)系統(tǒng)，外回

46、路等效方框圖如圖6-9(b)所示。那么此時(shí)廣義被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為：= = =可得其特征參數(shù)為：；查表6-2得 時(shí)，有:=0.218；由此可得: 而等效主調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為=可得 ；通過響應(yīng)曲線法查表6-3可得主調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。據(jù) ，可得等效主調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)為： 從而求得主調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)為：圖6-9(b)的等效主回路方框圖中，等效主調(diào)節(jié)器為 ，為PI控制作用，廣義被控對(duì)象傳遞函數(shù)為，那么微分器的參數(shù)如式6-1： 2確定調(diào)節(jié)器參數(shù) 和 由圖6-9(c)得等效副回路的特征方程式為：令 ，那么特征方程式降階為二階，即對(duì)二階系統(tǒng)而言，當(dāng) 時(shí)，對(duì)應(yīng)的阻尼系數(shù) ，故以知 ，由此求得 ，。6.4.3

47、比擬兩種整定法的整定結(jié)果在這個(gè)具體例子中，對(duì)同一系統(tǒng)采用兩種不同的方法整定時(shí)，所得到的結(jié)果是不同的 ，兩種方法計(jì)算結(jié)果如表6-1所示。表6-1 兩種整定方法的計(jì)算結(jié)果參數(shù)等效為串級(jí)系統(tǒng)主、副回路分別整定補(bǔ)償法7415501715為了分析和比擬不同參數(shù)值對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性裕量的影響，可以把采用導(dǎo)前微分信號(hào)的雙回路系統(tǒng)等效為串級(jí)控制系統(tǒng)。在這個(gè)例子中，等效為串級(jí)系統(tǒng)主、副回路分別整定時(shí)，兩個(gè)回路的衰減率都等于0.75，補(bǔ)償法所得到的整定結(jié)果如下：1副回路的穩(wěn)定性裕量等效副回路的方框圖如圖6-9b所示，等效副調(diào)節(jié)器為：等效副調(diào)節(jié)器的比例帶為 ，積分時(shí)間為 等效串級(jí)法整定時(shí) 補(bǔ)償法整定時(shí) 可見，兩種整定方法

48、取相同的值時(shí)，采用補(bǔ)償法的副回路比例帶小于等效串級(jí)法。因此，如果副回路確實(shí)不受主回路影響，那么補(bǔ)償法的整定結(jié)果將使副回路的衰減率低于0.75。應(yīng)該指出，在補(bǔ)償法中調(diào)節(jié)器的參數(shù)是根據(jù)補(bǔ)償對(duì)象的特性來(lái)計(jì)算的，但補(bǔ)償對(duì)象卻是近似的，因此在計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)時(shí)，應(yīng)采用較大的穩(wěn)定裕量，例 。2主回路的穩(wěn)定性裕量等效串級(jí)系統(tǒng)的等效外回路方框圖如下圖，等效主調(diào)節(jié)器為：等效主調(diào)節(jié)器的比例帶為 ，積分時(shí)間為 。等效串級(jí)法整定時(shí) 補(bǔ)償法整定時(shí) 由此組數(shù)據(jù)可以看出，補(bǔ)償法中主調(diào)節(jié)器的比例帶 比等效串級(jí)法增大很多，故采用補(bǔ)償法整定雙回路系統(tǒng)時(shí)，主回路具有較大的穩(wěn)定性裕量。但當(dāng)被調(diào)量偏離給定值后，被控動(dòng)作較緩慢，因此被調(diào)節(jié)

49、量將出現(xiàn)較大的動(dòng)態(tài)偏差。在補(bǔ)償法中得到的主調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間 比等效串級(jí)法的略小一些，但積分時(shí)間略小，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性裕量影響較小，因此補(bǔ)償法的整定結(jié)果將使主回路的穩(wěn)定性裕量偏大。表6-2 階數(shù)n和時(shí)間常數(shù) 及的關(guān)系1234001表6-3 動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算公式規(guī)律P-PI-T-第七章 系統(tǒng)仿真在系統(tǒng)調(diào)節(jié)器和導(dǎo)前參數(shù)沒有整定之前，即令，其模型為7-1，所獲取的輸出波形如圖7-2所示。圖7-1 系統(tǒng)參數(shù)未整定模型圖7-2 未參加調(diào)節(jié)器和微分器的波形從圖7-2的仿真結(jié)果可以看出在調(diào)節(jié)器和微分器的參數(shù)未整定之前，穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)都不理想。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差大，輸出不能準(zhǔn)確的跟蹤輸入，調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)，快速性差。為到

50、達(dá)理想在輸出狀態(tài)需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)整定。在第六章已經(jīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了參數(shù)整定，下面通過仿真結(jié)果分析整定的情況。7.1 理論計(jì)算下的計(jì)算機(jī)仿真7 給定值作用下的仿真系統(tǒng)整體整定參數(shù)方框圖如圖7-3所示。采用補(bǔ)償法在時(shí)等效的SIMULINK仿真方框圖如圖7-4所示，仿真結(jié)果如圖7-5。圖7-3 系統(tǒng)整體參數(shù)方框圖圖7-4 補(bǔ)償法等效的SIMULINK仿真方框圖圖7-5 補(bǔ)償法在下的階躍響應(yīng)曲線從圖7-5上可得出：%=120因此 =0由性能指標(biāo)可知，輸出可以準(zhǔn)確跟蹤輸入，但主回路具有較大的穩(wěn)定性裕量。動(dòng)態(tài)偏差大，因此采用當(dāng)時(shí)的參數(shù)整定效果會(huì)更好。7.1.2 內(nèi)擾作用下的仿真內(nèi)擾作用10%下的仿真方框圖如

51、圖7-6所示。 圖7-6 內(nèi)擾作用下的仿真方框圖內(nèi)擾作用下的響應(yīng)曲線如圖7-7所示。圖7-7 在內(nèi)擾作用下的響應(yīng)曲線內(nèi)擾作用下的響應(yīng)曲線如圖7-8所示。由仿真結(jié)果可看出，當(dāng)系統(tǒng)受到內(nèi)擾時(shí)，提前克服擾動(dòng)，正是由于內(nèi)回路引入導(dǎo)前微分信號(hào)提前作用，從而使擾動(dòng)不對(duì)主氣溫有影響。 圖7-8 在內(nèi)擾作用下的響應(yīng)曲線7.1.3 外擾作用下的仿真外擾作用下的仿真方框圖如圖7-9所示，當(dāng)外擾作用時(shí)，的響應(yīng)曲線如圖7-10所示，的響應(yīng)曲線如圖7-11所示。圖7-9外擾作用下的仿真方框圖如圖當(dāng)系統(tǒng)參加外擾時(shí)，不經(jīng)過副回路而直接進(jìn)入主回路。從外擾的仿真曲線可看出，主回路可以迅速抵抗擾動(dòng)，而內(nèi)回路近似為快速隨動(dòng)系統(tǒng)。從

52、而可驗(yàn)證在整定主回路時(shí)，把副回路近似為快速隨動(dòng)系統(tǒng)，即比例環(huán)節(jié)。7.1.4 不加導(dǎo)前微分的仿真 不加導(dǎo)前微分時(shí)的仿真方框圖如圖7-12所示。圖7-10 在外擾作用下的響應(yīng)曲線圖7-11 在外擾作用下的響應(yīng)曲線圖7-12 不加導(dǎo)前微分的仿真方框圖不加導(dǎo)前微分信號(hào)時(shí)的結(jié)果如圖7-13所示。從仿真曲線可以看出，在給定擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定得一段時(shí)間，動(dòng)態(tài)性能不好，調(diào)節(jié)時(shí)間比起參加導(dǎo)前微分信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)，快速性下降。不加導(dǎo)前微分信號(hào)時(shí)的結(jié)果如圖7-14所示。當(dāng)沒有導(dǎo)前微分信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)不能使主氣溫等于給定值只能保持等于給定值。圖7-13 不加導(dǎo)前微分信號(hào)時(shí)的仿真結(jié)果圖7-14 不加導(dǎo)前微分信號(hào)時(shí)的仿真結(jié)果

53、使用補(bǔ)償法在下的整定及仿真1確定微分器參數(shù) 和 以知控制對(duì)象惰性區(qū)的傳遞函數(shù)為：=，即；根據(jù)式4-5，求出=當(dāng) 取此組參數(shù)時(shí)，可使補(bǔ)償對(duì)象的近似傳遞函數(shù)為2確定調(diào)節(jié)器參數(shù) 和 當(dāng)求出補(bǔ)償對(duì)象的傳遞函數(shù) 之后，圖4-6所示的汽溫控制系統(tǒng)可簡(jiǎn)化為圖6-7，由此可寫出系統(tǒng)的特征方程式為：令 ，使系統(tǒng)降為二階；當(dāng) 時(shí)，對(duì)應(yīng)的阻尼比 ，故由此可求得 ，因此，調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)為：，。因此系統(tǒng)整體整定參數(shù)方框圖如圖7-15所示。圖7-15系統(tǒng)整體整定參數(shù)方框圖在給定值擾動(dòng)下等效的仿真方框圖如圖7-16所示。階躍響應(yīng)曲線如圖7-17所示。從圖7-17上可得出：%=120 因此 =0圖7-16 補(bǔ)償法在下的仿真

54、方框圖由性能指標(biāo)可看出來(lái)，當(dāng)時(shí)，動(dòng)態(tài)性能優(yōu)于，穩(wěn)定性裕量降低。因此，運(yùn)用補(bǔ)償法整定參數(shù)時(shí)，要在時(shí)進(jìn)行，可提高系統(tǒng)的性能。圖7-17 補(bǔ)償法在的階躍響應(yīng)曲線8所示。圖7-18 內(nèi)擾作用下的仿真方框圖在內(nèi)擾作用下的仿真曲線如圖7-19所示。在內(nèi)擾作用下的響應(yīng)曲線如圖7-20所示。 圖7-19 在內(nèi)擾作用下的仿真曲線 圖7-20 在內(nèi)擾作用下的仿真曲線從仿真結(jié)果可知提前抵抗擾動(dòng)，對(duì)主回路的影響降低。21、7-22所示。圖7-21 在外繞變化下的仿真方框圖在的整定下系統(tǒng)在受到外擾時(shí)可以快速的抵抗擾動(dòng)，由仿真曲線可以看出比反響快，就是因?yàn)樵趦?nèi)回路參加了導(dǎo)前微分信號(hào)使的導(dǎo)前區(qū)比惰性區(qū)反響要迅速。參加導(dǎo)前微

55、分信號(hào)的好處就是可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在外擾作用下的響應(yīng)曲線 在外擾作用下的響應(yīng)曲線圖7-22 和在外擾作用下的仿真曲線7.2 利用衰減曲線法整定下的計(jì)算機(jī)仿真考慮到減溫器可以看作是一個(gè)時(shí)間常數(shù)很小的一階環(huán)節(jié)，內(nèi)回路的調(diào)節(jié)過程進(jìn)行的比外回路快，因此把內(nèi)回路從整個(gè)系統(tǒng)中別離出來(lái)，分別按快慢兩個(gè)回路進(jìn)行各自的整定。1內(nèi)回路參數(shù)整定對(duì)于快速的內(nèi)回路它的整定參數(shù)是調(diào)節(jié)器的和,可以用任何適當(dāng)?shù)恼ǚ椒āＰ枰⒁獾氖牵藭r(shí)微分器參數(shù)和尚屬未知。考慮到內(nèi)回路的工作頻率比擬高，而微分器在高頻率可近似看作是比例環(huán)節(jié)，并且可以暫時(shí)令它的增益=1，這樣方便了內(nèi)回路的整定。的正確值要在整定外回路時(shí)能確定，一旦確定后

56、只需改變調(diào)節(jié)器的就不會(huì)影響內(nèi)回路的性能。2外回路參數(shù)整定微分器的參數(shù)和是在外回路的整定中確定的，和內(nèi)回路一樣外回路也可以簡(jiǎn)化假定下進(jìn)行整定。 下面分別利用衰減曲線法按內(nèi)、外回路分別進(jìn)行整定。7系統(tǒng)內(nèi)回路參數(shù)整定將系統(tǒng)內(nèi)回路看作為，把微分器看作是比例環(huán)節(jié)，即令=1，那么內(nèi)回路仿真結(jié)構(gòu)方框圖,如圖7-23所示。將置調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間，比例帶為一稍大的值，將系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行。在系統(tǒng)中作階躍擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)比例帶使過渡過程曲線衰減率為4：1。經(jīng)過調(diào)節(jié)比例帶使系統(tǒng)響應(yīng)曲線的即，此時(shí)=，其響應(yīng)曲線如圖7-24所示。在圖7-24中可以看出=29s，記錄下77，查表3-1衰減曲線法的計(jì)算公式可知：圖7-23 內(nèi)回路仿

57、真結(jié)構(gòu)方框圖7-24 內(nèi)回路仿真結(jié)果=% =s7.2.2 系統(tǒng)外回路參數(shù)整定進(jìn)行外回路整定時(shí)，我們很清楚的知道，把內(nèi)回路等效成為一個(gè)PI環(huán)節(jié)，在上述整定中把內(nèi)回路等效成，=，然后把外回路看作是一個(gè)單回路系統(tǒng)，利用衰減曲線法對(duì)參數(shù)進(jìn)行整定。根據(jù)衰減曲線法的步驟，=，=為一稍大的值，使系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行。在系統(tǒng)中作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，其系統(tǒng)的方框圖如圖7-25所示，到衰減率為4：1的衰減響應(yīng)曲線如圖7-26所示。 圖7-25 系統(tǒng)外回路仿真方框圖圖7-26 外回路參數(shù)整定響應(yīng)曲線圖7-26響應(yīng)曲線，其，因此由圖可知： =132s 45查表3-1及衰減曲線法的計(jì)算公式可知： =66s =%那么 66s， 0

58、.54 系統(tǒng)在擾動(dòng)下仿真曲線的分析1. 系統(tǒng)在內(nèi)擾變化10%下的響應(yīng)曲線分析導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)在內(nèi)擾變化10%下的響應(yīng)方框圖如圖7-27所示。在內(nèi)擾的擾動(dòng)作用下，過熱器的出口溫度和減溫器出口溫度的響應(yīng)曲線如圖7-28所示，的遲延小的多，導(dǎo)前汽溫比主汽溫能提前反響控制作用。這是因?yàn)榈臏y(cè)點(diǎn)比的測(cè)點(diǎn)更接近減溫器。從曲線中看出，導(dǎo)前汽溫快速消除擾動(dòng)回到穩(wěn)定值，改善了主汽溫動(dòng)態(tài)特性。使主汽溫快速的回到穩(wěn)定值。圖7-27 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)內(nèi)擾變化10%下的方框圖a系統(tǒng)內(nèi)擾變化10%的響應(yīng)曲線 b系統(tǒng)內(nèi)擾變化10%的響應(yīng)曲線圖7-28 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)內(nèi)擾變化響應(yīng)曲線2. 系統(tǒng)在外擾變化10%下的響應(yīng)曲線分析

59、導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)在外擾變化10%下的方框圖如圖7-29所示；其響應(yīng)曲線如圖7-30所示。由這兩個(gè)圖可以看出系統(tǒng)在參加外部擾動(dòng)時(shí)，即系統(tǒng)中出現(xiàn)蒸汽擾動(dòng)或者是煙汽的外部擾動(dòng)，擾動(dòng)信號(hào)沒有經(jīng)過導(dǎo)前微分信號(hào)，即沒有經(jīng)過內(nèi)回路負(fù)反響信號(hào)，所以曲線有一定的擾動(dòng)偏差，而經(jīng)過外部回路的調(diào)節(jié)使汽溫信號(hào)能夠抵抗擾動(dòng)回到穩(wěn)定值。由此說明整定好的此系統(tǒng)的參數(shù)能夠使系統(tǒng)到達(dá)滿意的結(jié)果。圖7-29 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)在外擾變化10%下的方框圖a系統(tǒng)外擾變化10%的響應(yīng)曲線 b系統(tǒng)外擾變化10%的響應(yīng)曲線圖7-30 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)在外擾變化10%下的方框圖7.3 使用PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定及仿真比例-積分-微分PID調(diào)節(jié)器

60、是工業(yè)過程控制中最常見的一種調(diào)節(jié)器，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制系統(tǒng)中。PID有幾個(gè)重要的功能；提供反響控制；通過積分作用可以消除穩(wěn)態(tài)誤差；通過微分作用預(yù)測(cè)將來(lái)以減小動(dòng)態(tài)偏差。PID調(diào)節(jié)器特別適用于過程的動(dòng)態(tài)性能是線性的，而且控制性能要求不太高的場(chǎng)合。PID調(diào)節(jié)器的整定就是針對(duì)具體的控制對(duì)象和控制要求調(diào)整調(diào)節(jié)器參數(shù)，求取控制質(zhì)量最好的調(diào)節(jié)器參數(shù)值。具體的說，就是確定最適宜的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間。在SIMULINK環(huán)境下，可以根據(jù)連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)中提供的模塊快速的建立起PID調(diào)節(jié)器的模型，并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的調(diào)節(jié)。PID調(diào)節(jié)器模型的建立可按圖7-31組成PID調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)表達(dá)式為:其中比例環(huán)