過熱汽溫控制系統(tǒng)

1、第一部分 多容對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的求取控制對(duì)象是指各種具體熱工設(shè)備，例如熱工過程中的各種熱交換器，加熱爐、鍋爐、貯 液罐及流體輸送設(shè)備等。 盡管它們的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)過程的物理性質(zhì)很不相同， 從控制的觀點(diǎn)來 看它們?cè)诒举|(zhì)上有許多相似之處。 控制對(duì)象是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。 它的輸 出信號(hào)通常是生產(chǎn)過程中要求控制的被調(diào)量；它的輸入信號(hào)是引起被調(diào)量變化的各種因素 （擾動(dòng)作用和控制作用 ） 。對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性取決于它的內(nèi)部過程的物理性質(zhì)， 設(shè)備的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行條件等， 原則 上可以用分析方法寫出它的動(dòng)態(tài)方程式。 但是由于一般熱工對(duì)象內(nèi)部過程的物理性質(zhì)比較復(fù) 雜，加之運(yùn)行過程中的一些實(shí)際條件很難全面予以

2、考慮， 因此用分析方法并不容易得到動(dòng)態(tài) 特性的精確數(shù)學(xué)表達(dá)式。比較常用的方法是在運(yùn)行條件下通過實(shí)驗(yàn)來獲得對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。根據(jù)測(cè)定到的對(duì)象階躍響應(yīng)曲線， 可以把它擬合成近似的傳遞函數(shù)， 根據(jù)階躍響應(yīng)曲線 求近似傳遞函數(shù)有很多方法，采用的傳遞函數(shù)在形式上也是各式各樣有自平衡能力的高階對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線如圖所示 :無遲延一階對(duì)象階躍響應(yīng)曲線選定的傳遞函數(shù)的形式為WSTS 1即采用一個(gè) n 階等容慣性環(huán)節(jié)來近似表征。上式中有三個(gè)待定的參數(shù)：放大系數(shù)K，時(shí)間常數(shù) T 和階數(shù) n，傳遞函數(shù)的放大系數(shù) K的求取方法按前面求取公式確定。(1) 作穩(wěn)態(tài)值的漸近線 y( ) ，則Y Y 0K在試驗(yàn)獲得的階躍響應(yīng)曲

3、線上，求得 y(t) ( )及y(t) ( ) 時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間 t、t 后，利用下式求階數(shù) n： 利用兩點(diǎn)法公式可知(見熱工控制系統(tǒng)谷俊杰，課本 62 頁公式)：由曲線可知放大 系數(shù) K,利用兩點(diǎn)法可確定 t1，t2 ，利用如下公式計(jì)算對(duì)象階次和慣性時(shí)間。21.075 T1 2 T1 T2N 0.5 TT2 T1 2.16N 上式求得的 n 值不是整數(shù)時(shí)，應(yīng)選用與其最接近的整數(shù)。 某主汽溫對(duì)象不同負(fù)荷下導(dǎo)前區(qū)和惰性區(qū)對(duì)象動(dòng)態(tài)特性如下：37%：5.1導(dǎo)前區(qū)： 2 5.1 779S2 55S 1惰性區(qū)：1.051876 32463032785S5 717119679S43210135188S3 89

4、520S2 460S 1 對(duì)于上述特定負(fù)荷下主汽溫導(dǎo)前區(qū)和惰性區(qū)對(duì)象傳遞函數(shù)，可以用兩點(diǎn)法求上述主汽溫K對(duì)象的傳遞函數(shù)，傳遞函數(shù)形式為 W S N ，利用 Matlab 求取階躍響應(yīng)曲線，TS 1 N然后利用兩點(diǎn)法確定對(duì)象傳遞函數(shù)。Matlab 應(yīng)用如下所示利用兩點(diǎn)法公式可知（見熱工控制系統(tǒng)谷俊杰，課本 62 頁公式）：由曲線可知放大系數(shù) K=, 利用兩點(diǎn)法可確定 t1= ， t2= ，N1.075 T120.5 2TT1 T2T2 T12.16NKYY0即可根據(jù)階躍響應(yīng)曲線利用兩點(diǎn)法確定其傳遞函數(shù)：ws5.1227.9s 1 2惰性區(qū)：同理可得 :K= t1=395 t2=582N=8T=w

5、s1.051856.5s 1第二部分 單回路系統(tǒng)參數(shù)整定 利用第一部分建立的對(duì)象傳遞函數(shù)，進(jìn)行參數(shù)整定。為便于分析，可以采用第一部分建 立的主汽溫對(duì)象的惰性區(qū)對(duì)象（為一多容慣性環(huán)節(jié)）進(jìn)行參數(shù)整定。 本指導(dǎo)書以第一部分整定確定的對(duì)象 w s 1.051 8 為例，進(jìn)行參數(shù)整定。856.5s 1 8一、臨界比例帶法確定調(diào)節(jié)器參數(shù)采用等幅振蕩法通過試湊法逐步確定等幅振蕩時(shí)比例調(diào)節(jié)器的比例增益，和計(jì)算確定的調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行比較。對(duì)于對(duì)象 w s1.05156.5s 1，計(jì)算確定kp81.051 cos8將計(jì)算確定的參數(shù) kp=, 投入系統(tǒng)運(yùn)行 , 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。其中 In1 Out1 模塊如下圖得

6、到：仿真后系統(tǒng)輸出為：根據(jù)等幅振蕩是比例增益和系統(tǒng)輸出曲線確定的等幅振蕩周期T=760，可以查表確定當(dāng)系統(tǒng)衰 減率 = 時(shí)調(diào)節(jié)器參數(shù) kp= ki= kd=根據(jù)查表確定的調(diào)節(jié)器參數(shù)，投入閉環(huán)運(yùn)行，觀察運(yùn)行效果第三部分 串級(jí)控制系統(tǒng)參數(shù)整定一、主蒸汽溫度串級(jí)控制系統(tǒng)參數(shù)整定本實(shí)驗(yàn)以某 300MW 機(jī)組配套鍋爐的過熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)為例，其原理結(jié)構(gòu)圖如下圖所 示：圖 3-1 過熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖由上圖，可得過熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖如下：圖 3-2 過熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖在MATLAB軟 件的 Simulink 工具箱中，打開一個(gè) Simulink 控制系統(tǒng)仿真界面，根據(jù)圖3-2

7、所示的過熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖建立仿真組態(tài)圖如下，其中主汽溫對(duì)象選取100負(fù)荷下的導(dǎo)前區(qū)和惰性區(qū)對(duì)象傳遞函數(shù)。圖 3-3 過熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)仿真組態(tài)圖圖中，惰性區(qū)對(duì)象的傳遞函數(shù)為利用選中這六個(gè)模塊后，選擇右鍵 Create Subsystem 即可創(chuàng)建對(duì)象，惰性區(qū)對(duì)象也可用上圖中六個(gè)模塊表示。串級(jí)控制系統(tǒng)參數(shù)整定步驟如下：1、首先整定內(nèi)回路，即副調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定將圖3-3 所示過熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)仿真組態(tài)圖中主回路反饋系數(shù) r1 設(shè)為 0（即斷開主回路 的反饋），同時(shí)令主調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)kp1 =1, 積分系數(shù) ki1=0, 微分系數(shù) kd1=0。將階躍信號(hào)輸出模塊（ Step ）的終值（

8、 Final value ）設(shè)為過熱蒸汽溫度的穩(wěn)態(tài)值 535，仿真時(shí)間設(shè) 為1000s ，逐漸增加副調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) kp2 ，在響應(yīng)曲線顯示器 Scope1 中觀察溫度 t2 的 變化，使溫度 t2 盡快達(dá)到穩(wěn)定，并盡量接近穩(wěn)態(tài)值，此時(shí)的比例系數(shù) kp2 即為副調(diào)節(jié) 器的比例系數(shù)為。根據(jù)副調(diào)節(jié)器參數(shù)，投入內(nèi)回路閉環(huán)運(yùn)行，觀察運(yùn)行效果 :2、整定外回路，即主調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定將圖3-3 所示過熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)仿真組態(tài)圖中主回路反饋系數(shù) r1 改為 1（即將主 回路反饋投入） ，副調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) kp2 保持上一步的整定參數(shù)不變， 仿真時(shí)間設(shè) 1000s ， 逐漸增加主調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) kp1

9、 ，在響應(yīng)曲線顯示器 Scope 中觀察溫度 t1 的變化， 直至 響應(yīng)曲線出現(xiàn)等幅振蕩，記下此時(shí)的比例系數(shù)kp1=，同時(shí)通過響應(yīng)曲線可以確定振蕩周期Tk =220 ，kp1=，振蕩周期 Tk =220177 頁表 6-7 ）。查表即可確定調(diào)節(jié)器參數(shù)值（見谷老師熱工控制系統(tǒng)課本帶入以下公式即可以計(jì)算主調(diào)節(jié)器的各參數(shù)：主調(diào)節(jié)器比例系數(shù) kp11 =；積分系數(shù) : ki12.1 k1；1.26Tk k =；微分系數(shù)Kdl Tk14 k3、完成過熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定后，在1500s 時(shí)加入減溫水?dāng)_動(dòng)，即將階躍信號(hào)輸出模塊( Step1 )的響應(yīng)時(shí)間( Step time )設(shè)為 1500，終值( Final value )設(shè)為 2500， 仿真后在響應(yīng)曲線顯示器 Scope 中觀察減溫水量增加后對(duì)過熱蒸汽溫度 t1 的影響。觀察運(yùn)行效果第四部分 某電廠熱工系統(tǒng) SAM圖A 分析對(duì)汽包鍋爐給水控制系統(tǒng) SAMA圖分析，根據(jù)自己的理解畫出其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。如圖所示：汽包水位水位設(shè)定主調(diào)節(jié)器蒸汽流量給水流量過熱器減單 / 三沖副調(diào)節(jié)副調(diào)節(jié)器給水氣動(dòng)給氣動(dòng)給電動(dòng)水泵 A水泵 B給水泵總結(jié)通過對(duì)過熱汽溫控制系統(tǒng)的分析與研究， 了解到了過熱汽溫控制