鍋爐過(guò)熱串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計(jì)第1章 緒 論 在現(xiàn)代火力發(fā)電廠的熱工過(guò)程控制系統(tǒng)中，鍋爐過(guò)熱器出口溫度（主汽溫）對(duì)整個(gè)電廠的效率和安全具有十分重要的作用，是鍋爐的主要參數(shù)之一，對(duì)電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重大影響。主汽溫偏高，會(huì)使過(guò)熱器和汽輪機(jī)高壓缸承受過(guò)高的熱應(yīng)力而損壞，從而威脅機(jī)組的安全運(yùn)行；主汽溫偏低，則會(huì)降低機(jī)組的熱效率，影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，主汽溫偏低會(huì)使蒸汽的含水量增加，從而縮短汽輪機(jī)葉片的使用壽命。因此，必須將主蒸汽溫度嚴(yán)格控制在給定值附近。若溫度過(guò)高，過(guò)熱器和高壓鍋爐會(huì)被損壞，若溫度過(guò)低，電廠的效率會(huì)被降低。過(guò)熱器內(nèi)部溫度變化也要很好的抑制，否則，劇烈的溫度變化會(huì)引

2、起較大的機(jī)械壓力，可能會(huì)引起鍋爐破裂，從而會(huì)減少加熱系統(tǒng)單元的生命并且增加維護(hù)費(fèi)用。因此合理控制主汽溫對(duì)保證電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重大影響。  在實(shí)際中，由于過(guò)熱汽溫系統(tǒng)具有大遲滯，大慣性，對(duì)象具有明顯的滯后性線性，時(shí)變性等特點(diǎn)，并且具有溫度波動(dòng)允許范圍小，模型失配，參數(shù)不確定等素，控制主汽溫并不是一件容易的工作。國(guó)內(nèi)電廠在這方面還有很多工作要做，例如我國(guó)剛開(kāi)始剛引進(jìn)的300MW，600MW的大型機(jī)組時(shí)，主蒸汽只有一級(jí)噴水減溫器作為調(diào)溫手段，由于我國(guó)熱控自動(dòng)化應(yīng)用水平有限，導(dǎo)致主汽溫經(jīng)常失控，甚至超溫。到目前為止，鍋爐生產(chǎn)廠家往往都采用至少兩級(jí)噴水減溫，降低控制難度來(lái)調(diào)節(jié)主汽溫。單回路

3、調(diào)節(jié)系統(tǒng)(只有被調(diào)量一個(gè)反饋回路)雖然是一種最基本的最廣泛的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，但由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際對(duì)象多半屬于大遲延大慣性，用單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能指標(biāo)很差，若調(diào)節(jié)質(zhì)量要求較嚴(yán)時(shí)就無(wú)能為力了，采用傳統(tǒng)的單回路控制難以達(dá)到控制要求。因此，需要改進(jìn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)、增加輔助回路或添加其他環(huán)節(jié)，組成串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。過(guò)熱氣溫串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是火電廠最典型的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所以一般采用串級(jí)系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)流程加以控制。串級(jí)控制系統(tǒng)是生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視、控制技術(shù)發(fā)展和計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)物，但它更是在過(guò)程工業(yè)發(fā)展對(duì)新型控制系統(tǒng)的強(qiáng)烈需要下產(chǎn)生的。過(guò)程工業(yè)的生產(chǎn)組織形式大致經(jīng)歷了串級(jí)到集中的兩個(gè)階段。早期的過(guò)程控制系統(tǒng)采用串級(jí)控制方式。當(dāng)時(shí)，控制裝置安

4、裝在被控過(guò)程附近，而且每個(gè)控制賄賂豆油一個(gè)獨(dú)立的控制器。這些控制裝置就地測(cè)量出過(guò)程變量的數(shù)值，并把它與給定值相比較而得到偏差值，然后按照一定的控制規(guī)律產(chǎn)生作用，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制生產(chǎn)過(guò)程，運(yùn)行人員串級(jí)在全廠的各處，分別管理著自己所負(fù)責(zé)的那一部分生產(chǎn)過(guò)程。這種工串級(jí)控制方式適用于那些生產(chǎn)規(guī)模不太大、工藝過(guò)程不太復(fù)雜的企業(yè)。我國(guó)在單元制機(jī)組出現(xiàn)以前，母管制火電機(jī)組的運(yùn)行控制方式就是這種串級(jí)控制方式的典型代表?，F(xiàn)在，在大型單元機(jī)組中那些比較簡(jiǎn)單的過(guò)程控制領(lǐng)域仍然使用它們，如軸封壓力、燃油壓力、高低壓加熱器水位、輸水箱水位的控制就常常采用這種類型的基地式調(diào)節(jié)器。第2章 串級(jí)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)介2.1 串級(jí)控

5、制系統(tǒng)的產(chǎn)生串級(jí)控制系統(tǒng)是以微處理器為基礎(chǔ)，全面融合計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)量控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)字通信技術(shù)、顯示與人機(jī)界面技術(shù)而成的現(xiàn)代控制系統(tǒng)。其主要特征在于串級(jí)控制和集中管理，即對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作和管理，而控制則由不同的計(jì)算機(jī)控制裝置去完成。因此也有人將稱之為串級(jí)控制系統(tǒng)。串級(jí)控制系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制中迅速普及，廣泛用于電力、石化、冶金、建材、制藥等行業(yè)，成為過(guò)程控制系統(tǒng)的核心。串級(jí)控制系統(tǒng)的應(yīng)用大幅度地提高了生產(chǎn)過(guò)程的安全性、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和可靠性。2.2 串級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)串級(jí)控制系統(tǒng)是縱向分層、橫向串級(jí)的大型綜合控制系統(tǒng)。它以多層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為依托，將串級(jí)在全廠范圍內(nèi)的各種控制、管理

6、及決策功能。一個(gè)串級(jí)控制系統(tǒng)中所有設(shè)備按功能可劃分為網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)、過(guò)程控制子系統(tǒng)和人機(jī)接口子系統(tǒng)。2.3串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)串級(jí)控制系統(tǒng)是一種以微處理器為基礎(chǔ),應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、CRT顯示技術(shù)及過(guò)程控制技術(shù)構(gòu)成的新型控制系統(tǒng)。PID的應(yīng)用改變了熱電廠傳統(tǒng)的生產(chǎn)操作手段,降低了能耗,改善了勞動(dòng)條件,為機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了可靠的保證。與常規(guī)控制系統(tǒng)相比,具有以下特點(diǎn):1.功能分層體系層次化體系特點(diǎn),充分體現(xiàn)了集中操作管理、串級(jí)控制的思想,便于運(yùn)行人員對(duì)機(jī)組綜合信息的獲得和操作,同時(shí)使控制系統(tǒng)的危險(xiǎn)串級(jí)。在熱電廠的應(yīng)用中,PID的功能體系一般由直接控制級(jí)(又稱過(guò)程控制級(jí))、過(guò)程管理

7、級(jí)組成。直接控制級(jí)直接與現(xiàn)場(chǎng)各類設(shè)備(如變送器、執(zhí)行器、溫度儀表等)連接,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理,并通過(guò)總線與過(guò)程管理級(jí)交換信息。過(guò)程管理級(jí)主要包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)、操作站及工程師工作站。它綜合監(jiān)視過(guò)程各點(diǎn)的信息,集中顯示操作,進(jìn)行控制回路修改、參數(shù)組態(tài)、優(yōu)化過(guò)程處理等。2.功能齊全,操作方便PID可以提供多種顯示畫(huà)面,包括操作顯示、成組顯示、棒狀圖顯示、趨勢(shì)顯示等,并可進(jìn)行報(bào)警提示,操作指導(dǎo),制表記錄,歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索。多層顯示結(jié)構(gòu)適合電站特點(diǎn),便于運(yùn)行人員對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)視和操作控制,通過(guò)計(jì)算機(jī)事件順序記錄和事故追憶,可迅速判斷并處理事故,恢復(fù)運(yùn)行,減少停機(jī)時(shí)間。PID強(qiáng)大的軟件功能,可以

8、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制、保護(hù)功能,從而保證機(jī)組的安全、可靠運(yùn)行。同時(shí),PID人機(jī)界面友好,運(yùn)行人員可通過(guò)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、軌跡球等多種輸入設(shè)備,進(jìn)行機(jī)組控制或系統(tǒng)組態(tài)、修改,而且,操作指令在短時(shí)間內(nèi)便可得到執(zhí)行。3.可靠性高從元器件選擇、電路設(shè)計(jì)到系統(tǒng)配置、軟件實(shí)現(xiàn),PID都具有很高的可靠性。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上廣泛采用容錯(cuò)、冗余技術(shù)。過(guò)程處理器、電源和通訊總線,一般冗余配置,單項(xiàng)故障不會(huì)影響系統(tǒng)運(yùn)行;重要的輸入、輸出通道冗余設(shè)置,并分配在不同模件上;操作員站之間互為備用。此外還具有軟、硬件自診斷功能,并有故障報(bào)警提示,故障消除后可自動(dòng)恢復(fù)工作,使設(shè)備的故障率大為降低。4.擴(kuò)展方便,組態(tài)靈活目前的PID具有開(kāi)放的操

9、作系統(tǒng),開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),擴(kuò)展方便,組態(tài)靈活、直觀。利用這些特點(diǎn),在熱電廠的擴(kuò)建和改造中,可減少投資,縮短工期,大大節(jié)省工程成本。5.增強(qiáng)了自動(dòng)調(diào)節(jié)功能PID采用先進(jìn)的控制理論和控制策略,實(shí)現(xiàn)了常規(guī)儀表無(wú)法完成的復(fù)雜的自動(dòng)調(diào)節(jié),提高了主參數(shù)的控制精度和自動(dòng)調(diào)節(jié)投入率,從而節(jié)約了能源,提高了熱電廠的經(jīng)濟(jì)效益。6.通信功能強(qiáng)PID各站通過(guò)總線相連,系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)共享,并能與其他系統(tǒng)進(jìn)行通訊、交換信息,可以節(jié)約大量控制電纜、一次元件、變送器等,并可減少備品配件的品種和數(shù)量,降低維護(hù)、管理的工作和費(fèi)用。熱電廠中利用PID的通訊功能,在控制室內(nèi)便可了解其他系統(tǒng)運(yùn)行情況,便于快速、準(zhǔn)確地協(xié)調(diào)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)行。

10、2.4 串級(jí)控制系統(tǒng)控制方案由如下串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖可知，主控制器的輸出即副控制器的給定，而副控制器的輸出直送往控制閥。主控制器的給定值是由工藝規(guī)定的，是一個(gè)定制，因此，主環(huán)是一個(gè)定值控制系統(tǒng)；而副控制器的給定值是由主控制器的輸出提供的，它隨主控制器輸出變化而變化，因此，副環(huán)是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)。串級(jí)控制系統(tǒng)中，兩個(gè)控制器串聯(lián)工作，以主控制器為主導(dǎo)，保證主變量穩(wěn)定為目的，兩個(gè)控制器協(xié)調(diào)一致，互相配合。若干擾來(lái)自副環(huán)，副控制器首先進(jìn)行“粗調(diào)”，主控制器再進(jìn)一步進(jìn)行“細(xì)調(diào)”。因此控制質(zhì)量?jī)?yōu)于簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。 圖21 串級(jí)控制系統(tǒng)方案圖第3章 蒸汽溫度控制系統(tǒng)3.1主蒸汽溫度控制對(duì)象主蒸汽溫度控制在火力

11、發(fā)電廠控制系統(tǒng)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中起到重要作用。主蒸汽溫度(簡(jiǎn)稱主汽溫)自動(dòng)控制的任務(wù)是維持過(guò)熱器出口蒸汽溫度在允許范圍內(nèi)，保護(hù)過(guò)熱器，使管壁溫度不超過(guò)允許的控制溫度。過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖31所示，通過(guò)噴水減溫改變過(guò)熱器人口溫度1以及改變出口溫度2 ，過(guò)熱器分為惰性區(qū)和導(dǎo)前區(qū)。主汽溫是鍋爐運(yùn)行質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，主汽溫過(guò)高或過(guò)低都會(huì)顯著地影響電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性。圖31 過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖主汽溫過(guò)高，可能造成過(guò)熱器、蒸汽管道和汽輪機(jī)的高壓部分金屬損壞，因而主汽溫的上限一般不超過(guò)額定值5 K；主汽溫過(guò)低，會(huì)降低全廠的熱效率并影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行，因而主汽溫的下限一般不低于額定值10 K。主汽溫控

12、制系統(tǒng)本身具有一些特點(diǎn) 。首先，引起過(guò)熱蒸汽溫度變化的擾動(dòng)因素很多，如蒸汽流量、火焰中心位置、燃燒工況、煙氣溫度和流速、爐膛受熱面結(jié)焦、過(guò)熱器積灰、減溫水量等，都會(huì)使過(guò)熱蒸汽溫度發(fā)生變化。其中，起主要作用的是蒸汽流量和減溫水量。過(guò)熱汽溫對(duì)象動(dòng)態(tài)特性表現(xiàn)為大慣性、大遲延且有自平衡能力。其次，主汽溫對(duì)象動(dòng)態(tài)特性隨運(yùn)行工況(主蒸汽流量、壓力、溫度)的變化而變化。隨著主蒸汽流量(負(fù)荷)的變化，主汽溫對(duì)象特性變化明顯，特別是惰性區(qū)的時(shí)間常數(shù)以及導(dǎo)前區(qū)的靜態(tài)增益。目前，從安全運(yùn)行角度考慮，廣泛采用噴水減溫。但此法使主汽溫對(duì)象特性具有較大遲延和慣性。3.3汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性大型鍋爐的過(guò)熱器一般布置在爐膛

13、上部和高溫?zé)煹乐? 過(guò)熱器往往分成多段, 中間設(shè)置噴水減溫器, 減溫水由鍋爐給水系統(tǒng)供給, 如圖3-2 所示。影響過(guò)熱器出口汽溫s 的因素很多，有蒸汽流量、燃燒工況、鍋爐給水溫度、過(guò)熱器入口蒸汽焓值、流經(jīng)過(guò)熱器的煙氣溫度、流量、流速、以及鍋爐受熱面的結(jié)渣、積灰、結(jié)垢情況等。其中主要的影響因素是蒸汽流量、煙氣傳熱量和減溫水量，主要有以下三種擾動(dòng)。圖3-2過(guò)熱器分段噴水減溫示意圖3.3.1蒸汽流量擾動(dòng)汽機(jī)負(fù)荷變化會(huì)引起蒸汽量的變化。蒸汽量的變化將改變過(guò)熱蒸汽和煙氣之間的傳熱條件, 導(dǎo)致汽溫變化。圖2-3( a )是蒸汽流量擾動(dòng)D 下過(guò)熱蒸汽溫度的響應(yīng)曲線?？梢钥吹? 溫度響應(yīng)具有自平衡特性, 而且

14、慣性和遲延都比較小。這是因?yàn)檎羝孔兓瘯r(shí), 沿過(guò)熱器管道長(zhǎng)度方向的各點(diǎn)溫度幾乎同時(shí)變化。3.3.2. 煙氣側(cè)傳熱量的擾動(dòng)燃料量增減, 燃料種類的變化, 送風(fēng)量、吸風(fēng)量的改變都將引起煙氣流速和煙氣溫度的變化, 從而改變了傳熱情況, 導(dǎo)致過(guò)熱器出口溫度的變化。由于煙氣傳熱量的改變是沿著整個(gè)過(guò)熱器長(zhǎng)度方向上同時(shí)發(fā)生的, 因此汽溫變化的遲延很小, 一般在10 20s 之間。它與蒸汽量擾動(dòng)下的情況類似。3.3.3 噴水量擾動(dòng)應(yīng)用噴水來(lái)控制蒸汽溫度是目前廣泛采用的一種方式。對(duì)于這種控制方式, 噴水量擾動(dòng)就是基本擾動(dòng)?？梢钥闯? 過(guò)熱器是具有分布參數(shù)的對(duì)象, 可以把管內(nèi)的蒸汽和金屬管壁看作是無(wú)多個(gè)單容對(duì)象串

15、聯(lián)組成的多容對(duì)象。當(dāng)噴水量發(fā)生變化后, 需要通過(guò)這些串聯(lián)單容對(duì)象, 最終引起出口蒸汽溫度s 的變化。因此, s 的響應(yīng)有很大的遲延。減溫器離過(guò)熱器出口越遠(yuǎn), 遲延越大。第4章PID控制鍋爐蒸汽溫度火電機(jī)組的汽溫過(guò)程是典型的大時(shí)延，受控對(duì)象為多容、大慣性，且影響因素相當(dāng)多，如蒸汽負(fù)荷、煙汽溫度、減溫水量、給水溫度等，這就給氣溫調(diào)節(jié)帶來(lái)很大的困難，因此將對(duì)象分為導(dǎo)前區(qū)和惰性區(qū)兩部分,采用串級(jí)PID 控制系統(tǒng)。4.1主蒸汽溫度的調(diào)節(jié)目標(biāo)鍋爐主蒸汽溫度是影響機(jī)組生產(chǎn)過(guò)程安全性和經(jīng)濟(jì)性的重要參數(shù)。主蒸汽溫度過(guò)高或過(guò)低都是生產(chǎn)過(guò)程所不允許的。鍋爐主蒸汽溫度調(diào)節(jié)的任務(wù)有兩項(xiàng)：第一，維護(hù)過(guò)熱器出口的汽溫在允許

16、范圍內(nèi)，使過(guò)熱器管壁溫度不超過(guò)允許的工作溫度，汽溫過(guò)高，將引起過(guò)熱器、蒸汽管道以及汽輪機(jī)汽缸轉(zhuǎn)子部分金屬的強(qiáng)度降低，導(dǎo)致設(shè)備的損壞；汽溫過(guò)低，則影響熱力循環(huán)的效率，并使汽輪機(jī)末級(jí)蒸汽濕度過(guò)大，嚴(yán)重時(shí)還有可能產(chǎn)生水沖擊，以致造成汽輪機(jī)葉片斷裂損壞事故。鍋爐在運(yùn)行中通常要求主蒸汽溫度保持在540±5范圍內(nèi)。第二，主蒸汽溫度調(diào)節(jié)是通過(guò)兩側(cè)甲、乙側(cè)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣一方面能保證溫度值的真實(shí)性和可靠性；另一方面能反映出兩側(cè)汽溫的偏差并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。4.2串級(jí)PID控制策略在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上，串級(jí)控制系統(tǒng)有兩個(gè)閉合回路。主、副控制器串聯(lián)，主控制器的輸出作為副控制器的給定值，系統(tǒng)通過(guò)副控制器的輸出操縱控制

17、閥動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)主變量的定值控制。所以在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主回路是個(gè)定值控制系統(tǒng)，而副回路是個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主變量是反映產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行情況的主要工藝參數(shù)。控制系統(tǒng)設(shè)置的目的就在于穩(wěn)定這一變量，使它等于工藝規(guī)定值。所以，主變量的選擇原則與簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的被控變量選擇原則是一樣的。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，副變量的引入往往是為了提高主變量的控制質(zhì)量，它是基于主、副變量之間具有一定的內(nèi)在關(guān)系而工作的。因此，在主變量選定后，選擇的副變量應(yīng)與主變量有一定的關(guān)系。在系統(tǒng)特性上，串級(jí)控制系統(tǒng)由于副回路的存在，改善了對(duì)象特性，使調(diào)節(jié)過(guò)程加快，具有超前控制作用，從而有效地克服滯后，提高控制

18、質(zhì)量。因此，當(dāng)對(duì)象的調(diào)節(jié)通道很長(zhǎng)，容量滯后大或時(shí)間常數(shù)大，采用簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)不能滿足控制質(zhì)量的要求時(shí)，可考慮采用串級(jí)控制系統(tǒng)。4.3主汽溫串級(jí)調(diào)節(jié)回路特點(diǎn)分析主蒸汽溫度調(diào)節(jié)的主要困難在于引起蒸汽溫度變化的擾動(dòng)因素很多，不容易控制。如蒸汽流量、火焰中心位置、燃燒工況、煙汽溫度和流速、爐膛受熱面結(jié)焦和過(guò)熱器積灰的變化等等，都會(huì)使主蒸汽溫度發(fā)生變化。其中起主要作用的是蒸汽流量和減溫水流量?jī)蓚€(gè)方面。由于被控對(duì)象（過(guò)熱器通道）具有較大的延遲和慣性以及運(yùn)行中要求有較小的溫度控制偏差，所以采用單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)往往不能獲得較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。針對(duì)主汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象調(diào)節(jié)通道慣性延遲大、被調(diào)量信號(hào)反饋慢的特點(diǎn)，應(yīng)該從對(duì)象的調(diào)

19、節(jié)通道中選擇一個(gè)比被調(diào)量反應(yīng)快的中間點(diǎn)信號(hào)作為調(diào)節(jié)的補(bǔ)充反饋信號(hào)，以改善調(diào)節(jié)通道的動(dòng)態(tài)特性，提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制品質(zhì)。第5章 系統(tǒng)仿真5.1主汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)的PID整定串級(jí)控制系統(tǒng)中主副兩個(gè)回路是彼此互相影響的，而副控制器的整定對(duì)主控制器的影響是一目了然的，因?yàn)楦被芈返奶匦员旧砭褪侵骰芈窂V義對(duì)象的一個(gè)組成部分。主回路的特性對(duì)副回路的影響可以這么來(lái)考慮，即主控制器的輸出本身就是副回路的設(shè)定值，當(dāng)然對(duì)副回路的響應(yīng)有影響。如果主回路的工作頻率相差很大，例如十倍以上，則對(duì)副回路而言在其控制過(guò)程中可以近似認(rèn)為主回路還沒(méi)有來(lái)得及反應(yīng)，可以忽略主回路對(duì)副回路的影響，則控制器參數(shù)整定可以按由內(nèi)而外的原則，分別

20、獨(dú)立按單回路系統(tǒng)控制器的參數(shù)整定方法整定。它是一種先整定副環(huán), 后整定主環(huán)的方法, 具體步驟是:先整定副環(huán)。在主、副環(huán)均閉合, 主、副調(diào)節(jié)器都置于純比例作用條件下, 將主調(diào)節(jié)器的比例帶放在100% 處, 按單回路整定法整定副環(huán), 這時(shí)得到副調(diào)節(jié)器的衰減率=0.75 時(shí)的比例帶2s和副參數(shù)振蕩周期T 20。整定主環(huán)。主、副環(huán)仍然閉合, 副調(diào)節(jié)器置于2s值上, 用同樣方法整定主調(diào)節(jié)器, 得到主調(diào)節(jié)器在= 0.75 下的比例帶1s值和被調(diào)量的振蕩周期T 10。依據(jù)上面兩次整定得到的1s、2s和T 10與T 20 , 按所選調(diào)節(jié)器的類型, 利用“衰減曲線法”的計(jì)算公式, 分別求出調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)值。當(dāng)

21、然, 按計(jì)算出來(lái)的整定參數(shù)進(jìn)行投運(yùn), 不一定能滿足要求, 仍需繼續(xù)試驗(yàn), 適當(dāng)修正, 直到符合要求。在MATLAB中進(jìn)行參數(shù)整定。在=0.6，=0.006，=0.15，=0時(shí)系統(tǒng)輸出響應(yīng)曲線：由圖5-1可知，其中系統(tǒng)輸出的衰減率=4.7%，超調(diào)量=5%，調(diào)節(jié)時(shí)間Ts=1000s?？刂破髡{(diào)節(jié)較平緩?？刂破鬏敵銮€：圖5-1 控制器輸出曲線5.2分析主汽溫串級(jí)控制的抗干擾能力系統(tǒng)輸出響應(yīng)曲線如下：圖5-2加入擾動(dòng)后系統(tǒng)輸出響應(yīng)曲線由圖可以看出，副回路是個(gè)快速回路，能很快消除作用于內(nèi)回路的擾動(dòng)。此時(shí)=0.6，=0.06，=0.2，=0?？刂破鬏敵銮€：圖5-3控制器輸出響應(yīng)曲線對(duì)串級(jí)控制系統(tǒng)而言，它對(duì)二次擾動(dòng)的抑制能力比對(duì)一次擾動(dòng)的抑制能力更強(qiáng)，而且在系統(tǒng)的其他環(huán)節(jié)特性不變的情況下，副控制器的增益越大，則副回路的抗干擾能力越強(qiáng)，這點(diǎn)在設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該加以注意。串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)過(guò)程的改善更為明顯，一般認(rèn)為對(duì)二次擾動(dòng)的最大動(dòng)態(tài)偏差可以減小幾十倍，對(duì)一次擾動(dòng)的最大動(dòng)態(tài)偏差也可以減小幾倍。結(jié) 論基于鍋爐汽溫串級(jí)控制方法，設(shè)計(jì)了汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)。用PID控制的控制方式對(duì)主汽溫系統(tǒng)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。根據(jù)串級(jí)控制系統(tǒng)