基于PID鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于PID 的蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：本文是針對(duì)鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行的分析和設(shè)計(jì)，而對(duì)鍋爐過熱蒸汽的良好控制是保證系統(tǒng)輸出蒸汽溫度穩(wěn)定的前提。所以本設(shè)計(jì)采用串級(jí)控制系統(tǒng)，這樣可以極大地消除控制系統(tǒng)工作中的各種干擾因素，使系統(tǒng)能在一個(gè)較為良好的狀態(tài)下工作，同時(shí)鍋爐過熱器出口蒸汽溫度在允許的范圍內(nèi)變化，并保護(hù)過熱器管壁溫度不超過允許的工作溫度。在本設(shè)計(jì)用到串級(jí)控制系統(tǒng)中，主對(duì)象為送入負(fù)荷設(shè)備的出口溫度，副對(duì)象為減溫器和過熱器之間的蒸汽溫度，通過控制減溫水的流量來實(shí)現(xiàn)控制過熱蒸汽溫度的目的。關(guān)鍵詞：蒸汽鍋爐 溫度 PID 串級(jí)控制Boiler Control System Design B

2、ased on PIDAbstract: This article is for the boiler overheated steam temperature control system analysis and design, and good control of superheated steam boiler steam temperature to ensure that the system output stable premise. This design uses a cascade control system, can greatly eliminate variou

3、s interference factors in the control system work, so that the system can work in a relatively good state while the boiler superheater outlet steam temperature is within the allowed range, and protect the superheater tube wall temperature does not exceed the permissible operating temperature.In the

4、design used cascade control system, the main object is sent to the load equipment outlet temperature.Vice object between the desuperheater and superheater steam temperature by controlling the flow of warm water reductions to achieve controlof superheated steam temperature purposes.Keywords: Steam ge

5、nerator Temperature PID Cascade Control一、設(shè)計(jì)目的和意義鍋爐是石油化工、發(fā)電等工業(yè)過程必不可少的重要?jiǎng)恿υO(shè)備，它所產(chǎn)生的高壓蒸汽既可作為驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力源，又可作為精餾、干燥、反應(yīng)、加熱等過程的熱源。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，作為動(dòng)力和熱源的鍋爐，也向著大容量、高參數(shù)、高效率的方向發(fā)展。在我國(guó)，工業(yè)鍋爐是能源轉(zhuǎn)換和耗能的主要設(shè)備之一，鍋爐由于設(shè)計(jì)、制造不合理，尤其是使用管理不當(dāng)，導(dǎo)致事故的頻率很高。解決普遍存在的控制系統(tǒng)落后、運(yùn)行效率低、環(huán)境環(huán)境污染嚴(yán)重等問題已是刻不容緩。鍋爐微機(jī)控制，是近年來開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，它是微型計(jì)算機(jī)軟件、硬件、自動(dòng)控制、鍋爐節(jié)能等

6、幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，我國(guó)現(xiàn)有中、小型鍋爐30多萬臺(tái)，每年耗煤量占我國(guó)原煤產(chǎn)量的1/3，目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費(fèi)大、環(huán)境污染嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài)。提高熱效率，降低耗煤量，降低耗電量，用微機(jī)進(jìn)行控制是一件具有深遠(yuǎn)意義的工作。二、蒸汽鍋爐工藝流程及控制要求2.1 蒸汽鍋爐工藝流程介紹鍋爐設(shè)備根據(jù)用途、燃料性質(zhì)、壓力高低等有多種類型和稱呼，工藝流程多種多樣，常用的鍋爐設(shè)備的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)是由給水泵、給水控制閥、省煤器、汽包及循環(huán)管等組成，常見鍋爐設(shè)備工藝流程如圖1。圖1 常見鍋爐主要設(shè)備工藝流程圖燃料與空氣按照一定比例送入鍋爐燃燒室燃燒，生成的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽，形成一定氣溫

7、的過熱蒸汽，再匯集到蒸汽母管。過熱蒸汽經(jīng)負(fù)荷設(shè)備控制，供給負(fù)荷設(shè)備用，于此同時(shí)，燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣，除將飽和蒸汽變成過熱蒸汽外，還經(jīng)省煤器預(yù)熱鍋爐給水和空氣預(yù)熱器預(yù)熱空氣，最后經(jīng)引風(fēng)送往煙囪，排入大氣。2.2 蒸汽鍋爐控制要求鍋爐是一個(gè)復(fù)雜的被控對(duì)象，主要輸入變量包括符合的蒸汽需求量、給水量、燃料量、減溫水量、送風(fēng)量和引風(fēng)量等；主要輸出變量有鍋筒液位、蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度、爐膛負(fù)壓、過?？諝猓煔夂趿浚┑龋聢D為輸入變量與輸出變量之間的相互關(guān)系。如果蒸汽流量變化或給水量發(fā)生變化，會(huì)引起鍋筒液位、蒸汽壓力和過熱蒸汽溫度等的變化；而燃料量的變化不僅影響蒸汽壓力，還會(huì)影響鍋筒液位、過熱蒸汽溫度

8、、過?？諝夂蜖t膛負(fù)壓、可見，鍋爐是一個(gè)具有多輸入、多輸出且變量之間相互關(guān)聯(lián)的被控對(duì)象。鍋爐設(shè)備的控制任務(wù)是根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷的需要，供應(yīng)一定壓力或溫度的蒸汽，同時(shí)要使鍋爐在安全、經(jīng)濟(jì)的條件下運(yùn)行。按照這些控制要求，鍋爐設(shè)備將有如下主要的控制系統(tǒng)： 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)：主要是保持汽包內(nèi)部的平衡，使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸汽量，維持汽包中水位在工藝允許的范圍內(nèi)； 鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制：其控制方案要滿足燃燒所產(chǎn)生的熱量，適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要，使燃料與空氣量保持一定的比值，保證燃燒的經(jīng)濟(jì)型和鍋爐的安全運(yùn)行，使引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，保持爐膛負(fù)壓在一定范圍內(nèi)。 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)：主要使過熱器出口溫度保持在允許范圍內(nèi)

9、，并保證管壁溫度不超過工藝允許范圍； 鍋爐水處理過程：主要使鍋爐給水的水性能指標(biāo)達(dá)到工藝要求。本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)控制過熱蒸汽的溫度。三、過熱蒸汽溫度控制方案及論證3.1 過熱蒸汽溫度控制對(duì)象的靜態(tài)特性圖2 蒸汽鍋爐原理圖1、鍋爐負(fù)荷與過熱汽溫的關(guān)系鍋爐負(fù)荷增加時(shí)，爐膛燃燒的燃料增加，但是，爐膛中的最高的溫度沒有多大的變化，爐膛輻射放熱量相對(duì)變化不大，因此爐膛溫度增高不大。這就是說負(fù)荷增加時(shí)每千克燃料的輻射放熱百分率減少，而在爐膛后的對(duì)流熱區(qū)中，由于煙溫和煙速的提高，每千克燃料的對(duì)流放熱百分率將增大。因此，對(duì)于對(duì)流式過熱器來說，當(dāng)鍋爐的負(fù)荷增加時(shí)，會(huì)使出口汽溫的穩(wěn)態(tài)值升高；輻射式過熱器則具有相反的汽溫

10、特性，即當(dāng)鍋爐的負(fù)荷增加時(shí)，會(huì)使出口汽溫的穩(wěn)態(tài)值降低。如果兩種過熱器串聯(lián)配合，可以取得較平坦的汽溫特性，但一般在采用這兩種過熱器串聯(lián)的鍋爐中，過熱器出口蒸汽溫度在某個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)，仍隨鍋爐負(fù)荷的增加有所升高。2、過剩空氣系數(shù)與過熱汽溫的靜態(tài)關(guān)系過?？諝饬扛淖儠r(shí)，燃燒生成的煙氣量改變，因而所有對(duì)流受熱面吸熱隨之改變，而且對(duì)離爐膛出口較遠(yuǎn)的受熱面影響顯著。因此，當(dāng)增大過?？諝饬繒r(shí)將使過熱汽溫上升。3、給水溫度與汽溫關(guān)系提高給水的溫度，將使過熱汽溫下降，這是因?yàn)楫a(chǎn)生每千克蒸汽所需的燃料量減少了，流過過熱器煙氣也就減少了。也可以認(rèn)為：提高給水溫度后，在相同燃料下，鍋爐的蒸發(fā)量增加了，因此過熱汽溫將下降。

11、則是否投入高壓給水加熱器將使給水溫度相差很大，這對(duì)過熱汽溫有顯著的影響。4、燃燒器的運(yùn)行方式與過熱汽溫的靜態(tài)關(guān)系在爐膛內(nèi)投入高度不同的燃燒器或改變?nèi)紵鞯臄[角會(huì)影響爐內(nèi)溫度分布和爐膛出口煙溫，因而也會(huì)影響過熱汽溫，火焰中心相對(duì)提高時(shí)，過熱汽溫將升高。3.2 過熱蒸汽溫度控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性是指引起過熱汽溫變化的擾動(dòng)與汽溫之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。引起過熱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)過熱器的煙氣的溫度和流速變化、鍋爐受熱面結(jié)垢、給水母管壓力和減溫水量等等，這些因素還可能相互制約。歸結(jié)起來，過熱汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象

12、的擾動(dòng)主要來自三個(gè)方面：蒸汽流量變化(負(fù)荷變化 ；加熱煙氣的熱量變化；減溫水流量變化(過熱器入口汽溫變化 。通過對(duì)過熱汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，可得到在不同擾動(dòng)作用下的對(duì)象動(dòng)態(tài)特性。1、蒸汽流量擾動(dòng)下的蒸汽溫度對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性引起蒸汽流量擾動(dòng)的原因有兩個(gè)：一是蒸汽母管的壓力變化，二是汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥的開度變化。結(jié)構(gòu)形式不同的過熱器，在相同蒸汽流量的擾動(dòng)下，汽溫變化的特性是不一樣的。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)，使沿整個(gè)過熱器各點(diǎn)的蒸汽溫度幾乎同時(shí)改變，因而汽溫反應(yīng)較快。其傳遞函數(shù)可以用一階慣性延遲來表示：( 1D

13、s D K G S e T S=+ 式中：D K 負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)被控對(duì)象的放大系數(shù)；負(fù)荷擾動(dòng)后對(duì)象的滯后時(shí)間；D T 對(duì)象的時(shí)間常數(shù)。從階躍響應(yīng)曲線可知，其特點(diǎn)是：有延遲、有慣性、有自平衡能力，但其延遲和慣性都比較小，延遲時(shí)間約為15s 左右。動(dòng)態(tài)特性曲線如圖3（a ）。2、 煙氣熱量擾動(dòng)下過熱汽溫對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性當(dāng)煙氣熱量擾動(dòng)(煙氣溫度和流速產(chǎn)生變化 時(shí)，由于煙氣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)度使煙氣傳遞熱量也同時(shí)變化，所以汽溫反應(yīng)較快，時(shí)間常數(shù)和延遲均比其它擾動(dòng)小。和蒸汽流量擾動(dòng)的影響類似，煙氣熱量的擾動(dòng)也幾乎同時(shí)影響過熱器管道長(zhǎng)度方向各處的蒸汽溫度，故它是一個(gè)具

14、有自平衡能力、滯后和慣性都不大的對(duì)象，其傳遞函數(shù)可表示為一個(gè)二階系統(tǒng)，即：2121( 1G S T S T S =+ 對(duì)象特征總的特點(diǎn)是：有遲延，有慣性，有自平衡能力，延遲一般在15-25s 之間。煙氣熱量擾動(dòng)的汽溫響應(yīng)曲線與蒸汽流量擾動(dòng)下的情況類似，如圖3（a ）所示。圖3擾動(dòng)下過熱汽溫的階躍響應(yīng)曲線3、減溫水流量擾動(dòng)下過熱汽溫對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性當(dāng)減溫水量發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，雖然減溫器出口處汽溫已發(fā)生變化，但要經(jīng)過較長(zhǎng)的過熱器管道才能使出口汽溫發(fā)生變化，其擾動(dòng)地點(diǎn)（過熱器入口）與測(cè)量蒸汽溫度的地點(diǎn)（過熱器出口）之間有著較大的距離，此時(shí)過熱器是一個(gè)有純滯后的多容對(duì)象。動(dòng)態(tài)曲線圖如圖3（b ）所示當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生

15、后，要隔較長(zhǎng)時(shí)間才能是蒸汽溫度發(fā)生變化，滯后時(shí)間比較大，滯后時(shí)間約為30-60s 。綜上所述，可歸納出以下三點(diǎn)：（1）過熱器出口蒸汽溫度對(duì)象不管在哪一種擾動(dòng)下都有延遲和慣性，有自平衡能力。而且改變?nèi)魏我粋€(gè)輸入?yún)?shù)（擾動(dòng)），其他的輸入?yún)?shù)都可能直接或間接的影響出口蒸汽溫度，這使得控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)過程十分復(fù)雜。（2）在減溫水流量擾動(dòng)下，過熱器出口蒸汽溫度對(duì)象具有較大的傳遞滯后和容量滯后，縮減減溫器與蒸汽溫度控制點(diǎn)之間的距離，可以改善其動(dòng)態(tài)特性。（3）在煙氣側(cè)熱量和蒸汽流量擾動(dòng)下，蒸汽溫度控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性比較好。3.3 控制方案選擇 單回路控制方案a 蒸汽流量D 或煙氣傳熱量Q 擾動(dòng) b 減溫水流量

16、W 擾動(dòng)在單回路控制系統(tǒng)中，控制減溫水流量，實(shí)際上是改變過熱器出口蒸汽的熱能，也就控制了出口蒸汽溫度，如圖4所示。 圖4 單回路蒸汽鍋爐溫度控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單蒸汽溫度控制系統(tǒng)原理方框圖如圖5所示 圖5 單回路蒸汽鍋爐溫度控制系統(tǒng)原理方框圖過熱蒸汽控制系統(tǒng)的控制策略的設(shè)計(jì)當(dāng)蒸汽溫度的測(cè)量值等于設(shè)定值時(shí)，噴水閥門不動(dòng)，則系統(tǒng)處在動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，此時(shí)，若爐膛燃燒工況發(fā)生變化使蒸汽溫度上升，造成給定值和測(cè)量值產(chǎn)生偏差，則偏差信號(hào)經(jīng)過控制器的方向判斷及數(shù)學(xué)運(yùn)算后，產(chǎn)生控制信號(hào)使噴水閥門開大，則減溫水流量增大。測(cè)量值最終回到設(shè)定值，系統(tǒng)重新回到平衡狀態(tài)。但作為被控對(duì)象的過熱器，由于管壁金屬的熱容量比較大，使之有較

17、大的熱慣性。加上管道較長(zhǎng)有一定的傳遞滯后，如果用上圖所示的控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器接受過熱器出口蒸汽溫度t 變化后，調(diào)節(jié)器才開始動(dòng)作，去控制減溫水流量W ，W 的變化又要經(jīng)過一段時(shí)間才能影響到蒸汽溫度t ，這樣既不能及早發(fā)現(xiàn)擾動(dòng)，又不能及時(shí)反映控制的效果，將使蒸汽溫度t 發(fā)生很大的動(dòng)態(tài)偏差，影響鍋爐生產(chǎn)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。從動(dòng)態(tài)特性上看，這種調(diào)節(jié)方法不是很理想，但由于設(shè)備簡(jiǎn)單，因此，應(yīng)用得很多。在溫度控制精度要求較高的場(chǎng)合，常采用串級(jí)控制系統(tǒng)。 串級(jí)控制方案根據(jù)在減溫水量擾動(dòng)時(shí)，過熱蒸汽溫度有較大的容積遲延，而減溫器出口蒸汽溫度卻有明顯的導(dǎo)前作用，完全可以構(gòu)成以減溫器出口蒸汽溫度為副參數(shù)，過熱蒸汽溫度為

18、主參數(shù)的串級(jí)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示。系統(tǒng)中以減溫器的噴水為控制手段，在單回路控制主汽溫1 (即將1作為主信號(hào)反饋到調(diào)節(jié)器，由調(diào)節(jié)器直接去控制閥門開度 的基礎(chǔ)上增加一個(gè)對(duì)減溫水流量變化反應(yīng)快的中間溫度信號(hào)2作為導(dǎo)前信號(hào)，增加一個(gè)副調(diào)節(jié)器，如圖8所示的串級(jí)控制信號(hào)系統(tǒng)。副調(diào)節(jié)器根據(jù)2信號(hào)控制減溫水閥，如果有某種擾動(dòng)，蒸汽溫度2比1提早反映，使擾動(dòng)引起的2波動(dòng)很快消除，從而使過熱蒸汽溫度基本不受影響。串級(jí)控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：(1串級(jí)控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的克服內(nèi)擾的能力系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)越大，穩(wěn)態(tài)誤差越小，克服干擾的能力也就越強(qiáng)，副調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)整定的越大，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)越顯著。(2串級(jí)控制系統(tǒng)可以減

19、小副回路的時(shí)間常數(shù)，改善對(duì)象動(dòng)態(tài)特性，提高系統(tǒng)的工作頻率，當(dāng)主、副對(duì)象都是一階慣性環(huán)節(jié)，主、副調(diào)節(jié)器都采用比例作用時(shí)，串級(jí)控制系統(tǒng)由于改善了對(duì)象的特性，從而使整個(gè)系統(tǒng)的工作頻率比單回路系統(tǒng)的工作頻率有所提高，而且當(dāng)主、副對(duì)象特性一定時(shí)，副調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)越大，則工頻率越高。當(dāng)主調(diào)節(jié)器采用其它調(diào)節(jié)規(guī)律時(shí)，上述特點(diǎn)也是適用的。這一特點(diǎn)說明即使在外擾作用下，由于副回路減小了對(duì)象的時(shí)間常數(shù)，使整個(gè)系統(tǒng)的工頻得以提高，因此仍能改善整個(gè)系統(tǒng)過渡過程的品質(zhì)。(3串級(jí)控制系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力，串級(jí)控制系統(tǒng)主回路是一個(gè)定值系統(tǒng)，其副回路是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，它的定值是主調(diào)節(jié)器的輸出，是一個(gè)隨機(jī)變化的量，主調(diào)節(jié)器按照

20、被控對(duì)象的特性和擾動(dòng)變化的情況，不斷地糾正著副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器使系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)縮短能很快克服擾動(dòng)，改善動(dòng)態(tài)特性，也就是一種自適應(yīng)能力。而采用單回路控制統(tǒng)就沒有這種隨動(dòng)控制系統(tǒng)的作用。這種自適應(yīng)能力可以從系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差上出來，串級(jí)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差比單回路控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差要小得多，就在于前者具有一定的自適應(yīng)力。四、蒸汽鍋爐溫度串級(jí)控制的設(shè)計(jì)4.1 主、副回路的設(shè)計(jì)以及調(diào)節(jié)器的選擇為充分發(fā)揮串級(jí)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)實(shí)施控制系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)合理的設(shè)計(jì)主、副回路及選擇主、副調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律。1主、副回路的設(shè)計(jì)原則（1）副參數(shù)的選擇，應(yīng)使副回路的時(shí)間常數(shù)小，控制通道短，反應(yīng)靈敏。（2）副回路應(yīng)

21、包含被控對(duì)象所受到的主要干擾。但這將與要求副回路控制通道短，反應(yīng)圖6 蒸汽鍋爐溫度串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)快相矛盾，應(yīng)在設(shè)計(jì)中加以協(xié)調(diào)。在具體情況下，副回路的范圍應(yīng)當(dāng)多大，取決于整個(gè)對(duì)象的容積分布情況以及各種擾動(dòng)影響的大小。副回路的范圍也不是愈大愈好。太大了，副回路本身的控制性能就差，同時(shí)還可能使主回路的控制性能惡化。（3）主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)應(yīng)適當(dāng)匹配。由于串級(jí)系統(tǒng)中主、副回路是兩個(gè)相互獨(dú)立又密切相關(guān)的回路。如果在某種干擾作用下，主參數(shù)的變化進(jìn)入副回路時(shí)，會(huì)引起副回路中參數(shù)振幅增加，而副參數(shù)的變化傳到主回路后，又迫使主參數(shù)變化幅度增大，如此循環(huán)往復(fù)，就會(huì)使主、副參數(shù)長(zhǎng)時(shí)間大幅度波動(dòng)，這就是所謂串級(jí)系統(tǒng)的

22、“共振現(xiàn)象”。一旦發(fā)生了共振系統(tǒng)就失去控制，不僅使系統(tǒng)控制品質(zhì)惡化，如不及時(shí)處理，甚至可能導(dǎo)致生產(chǎn)事故，引起嚴(yán)重后果。為確保串級(jí)系統(tǒng)不受共振現(xiàn)象的威脅，一般取(12310d d T T =式子中：1d T 為主回路的振蕩周期；2d T 為副回路振蕩周期，要滿足上式，除了在副回路設(shè)計(jì)中加以考慮之外，還與主、副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)有關(guān)。根據(jù)以上原則，本次設(shè)計(jì)選擇減溫器溫度作為副參數(shù)，過熱蒸汽溫度作為主參數(shù)。2主、副調(diào)節(jié)器的選擇串級(jí)控制系統(tǒng)中，主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器的任務(wù)不同，對(duì)于它們的選型即控制規(guī)律的選擇也有不同考慮。（1）副調(diào)節(jié)器的選型副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是要快速動(dòng)作以迅速消除進(jìn)入副回路內(nèi)的擾動(dòng)，而且副參數(shù)并

23、不要求無差，所以一般都選P 調(diào)節(jié)器，也可采用PD 調(diào)節(jié)器，但這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，在一般情況下，采用P 調(diào)節(jié)器就足夠了，如果主、副回路頻率相差很大，也可以考慮采用PI 調(diào)節(jié)器。（2）主調(diào)節(jié)器的選型主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是準(zhǔn)確保持被調(diào)量符合生產(chǎn)要求。凡是需采用串級(jí)控制的生產(chǎn)過程，對(duì)控制的品質(zhì)都是很高的，不允許被調(diào)量存在靜差。因此主調(diào)節(jié)器必須具有積分作用，一般都采用PI 調(diào)節(jié)器。如果控制對(duì)象惰性區(qū)的容積數(shù)目較多，同時(shí)又有主要擾動(dòng)落在副回路以外的話，就可以考慮采用PID 調(diào)節(jié)器。本次設(shè)計(jì)主調(diào)節(jié)器選擇PID 調(diào)節(jié)，副調(diào)節(jié)器選擇P 調(diào)節(jié)。 系統(tǒng)框圖如下： 4.2 蒸汽鍋爐汽溫控制對(duì)象傳遞函數(shù)模型的建立汽溫控制對(duì)

24、象的數(shù)學(xué)模型建立，采用工程整定的方法，即給噴水閥一個(gè)階躍擾動(dòng)信號(hào)，然后多次記錄減溫器出口溫度2和過熱蒸汽出口溫度1，得到兩條階躍響應(yīng)曲線。 圖8 工程建立被控對(duì)象傳遞函數(shù)示意圖根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得的曲線，采用兩點(diǎn)法求出靜態(tài)放大系數(shù)K, 時(shí)間常數(shù)T ，階數(shù)n 。由于大型蒸汽鍋爐的特殊性，并沒有相關(guān)設(shè)備，因此我通過查閱相關(guān)資料來得到階躍響應(yīng)曲線，近似計(jì)算出汽溫對(duì)象的傳遞函數(shù)。 4.3 蒸汽鍋爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)參數(shù)的整定圖7 蒸汽鍋爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)框圖在如圖10所示的串級(jí)系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖中： 圖10 串級(jí)控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖1( T W S 為PID 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：111( T P d W S

25、 K S T S Ti=+; 2( T W S 為P 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：22( T PW S K =；調(diào)節(jié)閥以及溫度測(cè)量變換單元的傳遞函數(shù)：f K =1；12( ( 1Wm S Wm S =; ( g( f t t 、分別為減溫水流量擾動(dòng)以及蒸汽流量擾動(dòng)；因?yàn)閮蓚€(gè)調(diào)節(jié)器串在一起，在一個(gè)系統(tǒng)中工作，相互之間或多或少的有些影響，因此在串級(jí)系統(tǒng)的整定要比簡(jiǎn)單系統(tǒng)復(fù)雜些。本設(shè)計(jì)采用兩步整定法。（1）先整定副調(diào)節(jié)器當(dāng)副回路受到階躍擾動(dòng)時(shí)，在較短時(shí)間內(nèi)副回路控制過程就告結(jié)束。在此期間，主回路基本上不參加動(dòng)作，可按單回路系統(tǒng)的整定方法整定副調(diào)節(jié)器(2T Ws 。 ab圖11 主副調(diào)節(jié)器分別獨(dú)立整定時(shí)的方框圖（2）整定主調(diào)節(jié)器當(dāng)主回路進(jìn)行控制時(shí)，副回路幾乎起理想隨動(dòng)作用，由圖11（a ）可得從而求得副回路的閉和傳遞函數(shù)22( 1( (m Y s R s W s = 即在主回路中副回路可看作一個(gè)比例環(huán)節(jié)，由此畫出整定主回路時(shí)的方框圖，如圖11（b ）所示?？砂磫位芈废到y(tǒng)的整定方法整定主調(diào)節(jié)器(1T W s 的參數(shù)。22( ( ( m R s Y s W s =按上述步驟整定系統(tǒng)后，通常應(yīng)滿足 w2 3w1（ w1 、w2 分別為主、副回路主導(dǎo)衰減振蕩成 分的頻率） 。要達(dá)到此要求整定時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)問題： 對(duì) 象 的 動(dòng) 態(tài) 特 性 。 控 制 對(duì) 象 前 區(qū) 動(dòng) 態(tài) 特 性 W02 (