熱工控制系統(tǒng)課堂ppt_第六章導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)

1、第六章第六章 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的組成導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的組成第二節(jié)第二節(jié) 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的特點(diǎn)導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的特點(diǎn)第三節(jié)第三節(jié) 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的整定導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的整定第四節(jié)第四節(jié) 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)實(shí)例導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)實(shí)例 再熱汽溫控制系統(tǒng)分析再熱汽溫控制系統(tǒng)分析第五節(jié)第五節(jié) 汽溫分段控制系統(tǒng)汽溫分段控制系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的組成導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的組成 眾所周知，在溫度控制系統(tǒng)中，影響汽溫的擾動主要有三個：眾所周知，在溫度控制系統(tǒng)中，影響汽溫的擾動主要有三個：減溫水量減溫水量GjGj，蒸汽流量，煙氣傳熱量，蒸汽流量，煙氣傳熱量Q

2、y Qy 。 汽溫在這三個擾動作用下特性的共同點(diǎn)都有慣性，有遲延，汽溫在這三個擾動作用下特性的共同點(diǎn)都有慣性，有遲延，尤其是對基本擾動尤其是對基本擾動GjGj遲延和慣性更大。遲延和慣性更大。 為了改善控制系統(tǒng)的動態(tài)特性，可引取副信號為了改善控制系統(tǒng)的動態(tài)特性，可引取副信號 2 2，組成串級，組成串級控制系統(tǒng)，用于提高系統(tǒng)的控制品質(zhì)。控制系統(tǒng)，用于提高系統(tǒng)的控制品質(zhì)。 但是這種控制方法并不是唯一的，由第三章可知但是這種控制方法并不是唯一的，由第三章可知 ，微分作用，微分作用能反映輸出量的變化趨勢，因而能提前反映輸出量的變化。能反映輸出量的變化趨勢，因而能提前反映輸出量的變化。 若能把微分作用用于

3、控制系統(tǒng)，勢必也能改善控制性能。所以若能把微分作用用于控制系統(tǒng)，勢必也能改善控制性能。所以人們設(shè)想在減溫器出口處引出一個溫度信號，接入一個微分器，構(gòu)人們設(shè)想在減溫器出口處引出一個溫度信號，接入一個微分器，構(gòu)成一個新的系統(tǒng)。成一個新的系統(tǒng)。 又因?yàn)樗袃蓚€信號（調(diào)節(jié)器入口反饋信號，稱為又因?yàn)樗袃蓚€信號（調(diào)節(jié)器入口反饋信號，稱為“沖量沖量”）直接送入到調(diào)節(jié)器，所以也稱這樣的系統(tǒng)為具有導(dǎo)前微分信號的雙直接送入到調(diào)節(jié)器，所以也稱這樣的系統(tǒng)為具有導(dǎo)前微分信號的雙沖量控制系統(tǒng)沖量控制系統(tǒng) 。 這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：只用這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：只用一個調(diào)節(jié)器一個調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器的，調(diào)節(jié)器的輸入取了兩輸入取了兩個信號個

4、信號。一是主汽溫經(jīng)變送器而直接進(jìn)入調(diào)節(jié)器的信號；一是主汽溫經(jīng)變送器而直接進(jìn)入調(diào)節(jié)器的信號；另一是減溫器后的溫度經(jīng)微分器后送入調(diào)節(jié)器的信號。另一是減溫器后的溫度經(jīng)微分器后送入調(diào)節(jié)器的信號。 在時間和相位上，后一個信號超前于主信號（即主汽溫），在時間和相位上，后一個信號超前于主信號（即主汽溫），因此把這種系統(tǒng)稱為導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)。因此把這種系統(tǒng)稱為導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)。圖圖6-1 6-1 微分控制導(dǎo)前系統(tǒng)原理方框圖微分控制導(dǎo)前系統(tǒng)原理方框圖 W WT T(s) (s) W WD2D2(s)(s)W WD1D1(s)(s)W Wf f (s)(s)W WZ Z(s)(s)W Wm2m2(s)(s)W W

5、m1m1(s)(s)W Wd d(s)(s) 1 1 2 2I I1 1I I1 1I I2 2II2 2I Ig g調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器執(zhí)行器執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥微分器微分器測量變送器測量變送器測量變送器測量變送器減溫器減溫器過熱器過熱器Z Z+ +- - WD2(s) WD2(s)：導(dǎo)前區(qū)對象動態(tài)特性；：導(dǎo)前區(qū)對象動態(tài)特性； WD1(s)WD1(s)：惰性區(qū)對象動態(tài)特性；：惰性區(qū)對象動態(tài)特性； Wd(s)Wd(s)：微分器；：微分器； I1I1：通過變送器過來的主信號；：通過變送器過來的主信號； I2I2：通過變送器過來的副信號；：通過變送器過來的副信號；I2I2：通過微分器過來的副信號；：通過微分

6、器過來的副信號； Z Z：內(nèi)擾。：內(nèi)擾。副回路：副回路： WSWW SWWWDmDTzf22主回路：主回路： W SWWWWW SDmTzfD112返返 回回第二節(jié)第二節(jié) 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的特點(diǎn)導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的特點(diǎn)一、引入導(dǎo)前微分信號縮短一、引入導(dǎo)前微分信號縮短 ，等效改善控制對象動態(tài)特性，等效改善控制對象動態(tài)特性 在汽溫導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)中，當(dāng)減溫水量發(fā)生階躍擾動時在汽溫導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)中，當(dāng)減溫水量發(fā)生階躍擾動時I I1 1、I I2 2變化的曲線如圖變化的曲線如圖6-26-2所示。所示。圖圖6-2 6-2 減溫水量擾動時各信號的變化曲線減溫水量擾動時各信號的變化曲線 tttt1I2I1-

7、GjI2I=I1+I2cT2Tc2TcI1I2 原來的主信號是原來的主信號是 ，如不加微分回路，則，如不加微分回路，則I I1 1（或（或I I1 1）的變）的變化趨勢（設(shè)定值化趨勢（設(shè)定值I Ig g不變）就反映了不變）就反映了 的變化特性，遲延時間常的變化特性，遲延時間常數(shù)為，慣性時間常數(shù)為數(shù)為，慣性時間常數(shù)為T TC C，加上微分器組成的導(dǎo)前微分系統(tǒng)，加上微分器組成的導(dǎo)前微分系統(tǒng)中，中， 的變化趨勢反映了對象的動態(tài)特性，它的遲延時間常的變化趨勢反映了對象的動態(tài)特性，它的遲延時間常數(shù)數(shù) 由圖中可見，由圖中可見， ，所以加入微分器等，所以加入微分器等效地改善了對象的動態(tài)特性。效地改善了對象的

8、動態(tài)特性。 IC2*C2*TT,*,CCTT 遲延時間縮短后，可控性變好，控制品質(zhì)將得到改善。其遲延時間縮短后，可控性變好，控制品質(zhì)將得到改善。其原因在于影響系統(tǒng)控制品質(zhì)的因素除調(diào)節(jié)器參數(shù)外，更多地取原因在于影響系統(tǒng)控制品質(zhì)的因素除調(diào)節(jié)器參數(shù)外，更多地取決于系統(tǒng)本身的動態(tài)特性。決于系統(tǒng)本身的動態(tài)特性。 二、引入導(dǎo)前微分信號能減小動態(tài)偏差，改善控制品質(zhì)二、引入導(dǎo)前微分信號能減小動態(tài)偏差，改善控制品質(zhì) 由于調(diào)節(jié)器的提前動作，加入導(dǎo)前微分的動態(tài)偏差比不加由于調(diào)節(jié)器的提前動作，加入導(dǎo)前微分的動態(tài)偏差比不加的動態(tài)偏差要小得多，引入導(dǎo)前微分信號可以有效地減少閥門的動態(tài)偏差要小得多，引入導(dǎo)前微分信號可以有效

9、地減少閥門開度或減溫水?dāng)_動下汽溫的動態(tài)偏差；開度或減溫水?dāng)_動下汽溫的動態(tài)偏差； 且不像反饋控制那樣根據(jù)被調(diào)量偏差反復(fù)調(diào)節(jié)，因而可且不像反饋控制那樣根據(jù)被調(diào)量偏差反復(fù)調(diào)節(jié)，因而可減小控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程時間減小控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程時間tsts。 三、導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)有很強(qiáng)的克服內(nèi)擾的能力三、導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)有很強(qiáng)的克服內(nèi)擾的能力 把導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)等效為串級控制系統(tǒng)即可清楚看出把導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)等效為串級控制系統(tǒng)即可清楚看出這一性質(zhì)。令圖這一性質(zhì)。令圖6-16-1中的導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)原理方框圖中的中的導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)原理方框圖中的 121zfmmWSWSWSWS則可把它等效成如圖則可把它等效成如圖6

10、-36-3的串級控制系統(tǒng)。的串級控制系統(tǒng)。)(1SWdW WT T(s)W(s)Wd d(s)(s)W WD1D1(s)(s)W WD2D2(s)(s)- - -Z Z2 21 1I I1 1II2 2I Ig g 圖圖6-3 6-3 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)等效為串級系統(tǒng)導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)等效為串級系統(tǒng) 等效后的主副調(diào)節(jié)器分別為：等效后的主副調(diào)節(jié)器分別為： WSW SWSW S W STdTTD121設(shè)微分器設(shè)微分器 , ,調(diào)節(jié)器為調(diào)節(jié)器為PIPI規(guī)律時規(guī)律時, ,即：即： WSKTST SDddd1 STSWiT111那么主調(diào)節(jié)器的特性為：那么主調(diào)節(jié)器的特性為： STSTKSTKSTSWSWiddd

11、ddDT11111111111可見可見, ,等效主調(diào)節(jié)器也為等效主調(diào)節(jié)器也為PIPI規(guī)律規(guī)律, ,其中：其中： 11KTTdid等效副調(diào)節(jié)器的特性為：等效副調(diào)節(jié)器的特性為： STTTKSTTTSTTTTTKSTSTKSTSTSWSWSWdiddddiddiidddddiiDTT111111112當(dāng)當(dāng)T Td dT Ti i時，它具有比例積分性質(zhì)：時，它具有比例積分性質(zhì)： STKSTTTKSTTTKSWidddiddiddT1111111112 當(dāng)當(dāng)T Td dT Ti i 時，則具有比例微分性質(zhì)：時，則具有比例微分性質(zhì)： STSTTTTKSTSTSTTTKSTSTTTKSWdididdddii

12、dddiiddT11111112當(dāng)當(dāng)T Td d=T=Ti i 時時, ,具有比例性質(zhì)：具有比例性質(zhì)： WSKTd2一般一般T Td dT Ti i ，所以，所以W WT1T1(s)(s)基本上是基本上是PIPI規(guī)律。規(guī)律。 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)可以等效為主、副調(diào)節(jié)器都為導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)可以等效為主、副調(diào)節(jié)器都為PIPI控制規(guī)律控制規(guī)律的控制系統(tǒng)，因此具有很強(qiáng)的克服內(nèi)擾能力。的控制系統(tǒng)，因此具有很強(qiáng)的克服內(nèi)擾能力。 從以上推導(dǎo)也可以看出：只有當(dāng)串級控制中的主調(diào)節(jié)器從以上推導(dǎo)也可以看出：只有當(dāng)串級控制中的主調(diào)節(jié)器PIDPID時，時，其性能才優(yōu)于導(dǎo)前微分系統(tǒng)。其性能才優(yōu)于導(dǎo)前微分系統(tǒng)。用串級系統(tǒng)代替導(dǎo)

13、前微分系統(tǒng)時：用串級系統(tǒng)代替導(dǎo)前微分系統(tǒng)時： 等效主調(diào)節(jié)器等效副調(diào)節(jié)器WSWSWSWSWSTDTTd121 等效微分器等效調(diào)節(jié)器WSWSWSWSWSdTTTT1112 需要說明的是，當(dāng)串級控制系統(tǒng)中的主調(diào)節(jié)器采用需要說明的是，當(dāng)串級控制系統(tǒng)中的主調(diào)節(jié)器采用PIDPID調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)規(guī)律時，就很難用導(dǎo)前微分系統(tǒng)代替。時，就很難用導(dǎo)前微分系統(tǒng)代替。 同時也可知在一定條件下導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)和串級控制系統(tǒng)同時也可知在一定條件下導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)和串級控制系統(tǒng)是可以互換?；Q的條件為：是可以互換?；Q的條件為： 第三節(jié)第三節(jié) 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的整定導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的整定WSKTST SDddd1導(dǎo)前微分控制

14、系統(tǒng)中，若微分器傳遞函數(shù)為導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)中，若微分器傳遞函數(shù)為: :調(diào)節(jié)器用調(diào)節(jié)器用PIPI規(guī)律時，則需要整定的參數(shù)有四個規(guī)律時，則需要整定的參數(shù)有四個: :K Kd d、T Td d、T Ti i整定方法有兩種整定方法有兩種: : 其一稱作補(bǔ)償法，又稱等效對象法，即將被控對象以及微分器其一稱作補(bǔ)償法，又稱等效對象法，即將被控對象以及微分器部分化作等效對象，變成單回路進(jìn)行整定；部分化作等效對象，變成單回路進(jìn)行整定； 另一種方法是將導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)化為串級控制系統(tǒng)，采用另一種方法是將導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)化為串級控制系統(tǒng)，采用前面提到的串級系統(tǒng)的整定方法進(jìn)行整定。前面提到的串級系統(tǒng)的整定方法進(jìn)行整定

15、。 一、補(bǔ)償整定法（等效對法）一、補(bǔ)償整定法（等效對法）首先將方框圖首先將方框圖6 61 1簡化成如圖簡化成如圖6 64 4所示。所示。 )(SWD等效調(diào)節(jié)對象等效調(diào)節(jié)對象KfWD2(s)WD1(s)Wd(s)Km21/Km1KZWT(s)Km112I2GjI2圖圖6-4 6-4 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的等效變換導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的等效變換下面我們以汽包鍋爐中汽溫導(dǎo)前微分系統(tǒng)為例加以說明。下面我們以汽包鍋爐中汽溫導(dǎo)前微分系統(tǒng)為例加以說明。 根據(jù)上一節(jié)的分析，為使導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)具有良好的控制品根據(jù)上一節(jié)的分析，為使導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)具有良好的控制品質(zhì)，希望等效對象質(zhì)，希望等效對象 特性接近導(dǎo)前區(qū)的特性。

16、特性接近導(dǎo)前區(qū)的特性。 )(SWD據(jù)擾動的完全補(bǔ)償有：據(jù)擾動的完全補(bǔ)償有：KKKWSKWSWSKKWSfDfDDmmd222121上式可知：若傳遞函數(shù)上式可知：若傳遞函數(shù)W WD1D1(S )(S )已知，則就能求得已知，則就能求得W Wd d(S)(S)。簡化得：簡化得： SWKKKKSWDmmd1221（6-2）從圖從圖6-46-4可以看出可以看出 ： WSSSKWSWSKKWSDfDDmmd*2121（6-1） 實(shí)際上，往往不易測取實(shí)際上，往往不易測取W WD1D1(S)(S)傳遞函數(shù)，而只能測得傳遞函數(shù)，而只能測得W WD2D2(S)(S)和和W WD D(S)(S)飛升特性曲線。飛升

17、特性曲線。 因此，現(xiàn)在需解決的首要問題實(shí)如何通過因此，現(xiàn)在需解決的首要問題實(shí)如何通過W WD2D2(S)(S)和和W WD D( (S S) )來求取來求取W WD1D1(S)(S)，具體方法如下：，具體方法如下： 從試驗(yàn)測得對象的飛升曲線后，可求得整個對象以及導(dǎo)前區(qū)的從試驗(yàn)測得對象的飛升曲線后，可求得整個對象以及導(dǎo)前區(qū)的對象的遲延時間，慣性時間和自平衡率，分別用對象的遲延時間，慣性時間和自平衡率，分別用 、T TC C、 和和 2 2、T TC2C2 2 2來表示，然后根據(jù)切線法或兩點(diǎn)法可求得其傳遞函數(shù)：來表示，然后根據(jù)切線法或兩點(diǎn)法可求得其傳遞函數(shù)：WSSSKTSDn11WSSSKT SD

18、n222221WSSSWSWSKT SDDDn11221111由以上兩式得：由以上兩式得： 式中式中n,nn,n1 1,n,n2 2分別為整個對象，慣性區(qū)及導(dǎo)前區(qū)對象傳函階次。分別為整個對象，慣性區(qū)及導(dǎo)前區(qū)對象傳函階次。 將上式展開為級數(shù)形式，得：將上式展開為級數(shù)形式，得：WSKT SKT SKn T Sn nT SDnn111111111111122111121 22222222222222222211122111111STnnTnnTnTnSTnnTKKSTTSKKSTKTSKSWSWSWnnnnDDD對比兩式的對比兩式的S S同階項(xiàng)得：同階項(xiàng)得： 12212211/)(TTnnTnTnn

19、TTnnnTnTn TnnTn nT111222222221211 將上面兩式代入整理得：將上面兩式代入整理得：212122222221222221KKKTnnTTnnTnTnnTTnnTT（6-36-3）根據(jù)式根據(jù)式6-26-2得：得：K T ST SKT SKKdddnmm111111112（6-46-4）從上式就可以求出微分器的計(jì)算公式，這里有兩種情況從上式就可以求出微分器的計(jì)算公式，這里有兩種情況 ： （1 1）當(dāng)）當(dāng)n n1 11 1時時, ,可以得完全補(bǔ)償可以得完全補(bǔ)償, ,此時：此時： KT ST SK T ST SKKdddmm1111112比較等式兩邊即可得微分器參數(shù)的計(jì)算公

20、式為：比較等式兩邊即可得微分器參數(shù)的計(jì)算公式為：TTKKKKKKKKKKddmmmmmm1112212212（2 2）當(dāng)）當(dāng)n n1 1 1 1 時時, ,只能得到近似補(bǔ)償只能得到近似補(bǔ)償 將等式將等式6-46-4兩邊分別展開成級數(shù)兩邊分別展開成級數(shù), ,并比較并比較S S 的同階項(xiàng)的同階項(xiàng), ,即可得微即可得微分器參數(shù)的計(jì)算公式分器參數(shù)的計(jì)算公式 ： K T ST SK T ST ST SKTSKKK n TSn nT SKKK Tn T KKKK Tn nTKKKdddddddnmmmmddmmddmm11111051051221111211111122121111221112121.解得

21、：解得：12111111215 . 0KKKnnKTnTmmdd（6-5） 又由式又由式6-16-1知，知，W WD D(S)(S)可由可由W WD1D1（S S）確定）確定, ,因?yàn)樵撌街幸驗(yàn)樵撌街蠾 WD D(S )(S )和和W WD2D2(S)(S)是已知的。確定是已知的。確定W WD D（S S）后）后, ,可用單回路等效對象法整定可用單回路等效對象法整定W WD D* *（S S）的比例帶和積分時間。等效框圖如下：）的比例帶和積分時間。等效框圖如下：)(SWD)(SWT圖中：圖中：WSWKKKKT ST STTzmzmii* 1111111K KZ Z 為執(zhí)行機(jī)構(gòu)比例系數(shù)。為執(zhí)行機(jī)

22、構(gòu)比例系數(shù)。即：即：*KKTmi21 Ti*據(jù)以上分析，補(bǔ)償整定法的步驟歸納如下：據(jù)以上分析，補(bǔ)償整定法的步驟歸納如下： 1 1、根據(jù)主汽溫和導(dǎo)前汽溫在閥門擾動下的階躍響應(yīng)曲線，用、根據(jù)主汽溫和導(dǎo)前汽溫在閥門擾動下的階躍響應(yīng)曲線，用兩點(diǎn)法或切線法求出主汽溫和導(dǎo)前汽溫對象的參數(shù)兩點(diǎn)法或切線法求出主汽溫和導(dǎo)前汽溫對象的參數(shù)n n、T T、K K和和n n2 2、T T2 2、K K2 2； 2 2、由式（、由式（6-36-3）求出惰性區(qū)參數(shù)）求出惰性區(qū)參數(shù)n n1 1，T T1 1，K K1 1；3 3、根據(jù)補(bǔ)償原理，由式求出微分器的參數(shù)、根據(jù)補(bǔ)償原理，由式求出微分器的參數(shù)T Td d ，K Kd

23、 d ；)(SWD 4 4、根據(jù)等效對象特性、根據(jù)等效對象特性 ，用動態(tài)參數(shù)法求取調(diào)節(jié)器的，用動態(tài)參數(shù)法求取調(diào)節(jié)器的參數(shù)參數(shù) 和和T TI I。二、用補(bǔ)償原理進(jìn)行試驗(yàn)整定法二、用補(bǔ)償原理進(jìn)行試驗(yàn)整定法試驗(yàn)線路圖如下試驗(yàn)線路圖如下: :圖圖6-5 6-5 補(bǔ)償原理試驗(yàn)整定接線示意圖補(bǔ)償原理試驗(yàn)整定接線示意圖具體步驟歸納如下：具體步驟歸納如下： (1) (1)斷開斷開”自動自動”, ,操作位于操作位于”手動手動”, ,調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器Ti=,Td=0,=100%,Ti=,Td=0,=100%,在調(diào)節(jié)器輸出回路與兩個變送器輸出回路上在調(diào)節(jié)器輸出回路與兩個變送器輸出回路上接電阻接電阻, ,電流變電壓電流變

24、電壓, ,記錄。記錄。 (2) (2)手動操作手動操作, ,階躍改變閥門開度階躍改變閥門開度,觀察觀察I I* *,I,I2 2曲線曲線, ,改變改變K Kd d,T,Td d, ,使使I I* *,I,I2 2曲線形狀接近，即曲線形狀接近，即 I I* *終值趨終值趨于于I I1 1終值。終值。fDDKWKKsW22*)/()( (3) (3)整定好整定好K Kd d、T Td d后，將系統(tǒng)接成閉環(huán)，改變調(diào)節(jié)器后，將系統(tǒng)接成閉環(huán)，改變調(diào)節(jié)器值，使值，使I I1 1曲線為不衰減振蕩形狀。記下此時曲線為不衰減振蕩形狀。記下此時k kT Tk k值，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式有：值，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式有：KKT85.

25、 0T 2 . 2i整定整定T Td d、K Kd d的一般規(guī)律如下圖。的一般規(guī)律如下圖。圖圖6-6 K6-6 Kd d T Td d對對I I* * 階躍曲線形狀的影響階躍曲線形狀的影響曲線曲線3 3：補(bǔ)償過頭，衰減較快，：補(bǔ)償過頭，衰減較快，T Td d合適、合適、K Kd d太大；太大；曲線曲線4 4：起始部分重合，衰減緩慢，：起始部分重合，衰減緩慢，T Td d太大、太大、K Kd d合適；合適；曲線曲線5 5：起始偏低，：起始偏低，T Td d合適、合適、K Kd d太??；太??； 曲線曲線6 6：起始低斜率大，但呈馬鞍形，微分信號太大，：起始低斜率大，但呈馬鞍形，微分信號太大，T T

26、d d太小合太小合適、適、K Kd d太大；太大； 曲線曲線7 7：基本與：基本與I I* * 特性一致特性一致, ,說明微分信號太弱說明微分信號太弱,T,Td d、K Kd d太偏??；太偏?。粓D中曲線圖中曲線1 1：希望的：希望的I I* *的響應(yīng)曲線；的響應(yīng)曲線；曲線曲線2 2：補(bǔ)償過頭，衰減太慢，：補(bǔ)償過頭，衰減太慢，T Td d、K Kd d都偏大；都偏大；三、等效為串級控制系統(tǒng)整定法三、等效為串級控制系統(tǒng)整定法 先將導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)化成串級控制系統(tǒng)先將導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)化成串級控制系統(tǒng), ,然后按串級整定。然后按串級整定。 等效方框圖如下：等效方框圖如下：1 1、整定副回路、整定副回路

27、根據(jù)導(dǎo)前區(qū)特性，確定等效副調(diào)節(jié)器參數(shù)根據(jù)導(dǎo)前區(qū)特性，確定等效副調(diào)節(jié)器參數(shù)/K/Kd d如下：如下：先斷開等效主調(diào)節(jié)器，先斷開等效主調(diào)節(jié)器，整定等效副調(diào)節(jié)器，如下圖。整定等效副調(diào)節(jié)器，如下圖。等效對象、等效對象、等效副調(diào)節(jié)器為：等效副調(diào)節(jié)器為：)()()()()(2*22*2SWSWKKSWSWKSWTDmZTDfD若知閥門開度若知閥門開度與導(dǎo)前汽溫與導(dǎo)前汽溫2 2階躍響應(yīng)曲線，可求階躍響應(yīng)曲線，可求W WD2D2(S)(S)。)(*2SWT中，微分器：中，微分器：dddddddTsTKsTsTKsW11)( 串級控制系統(tǒng)中工作頻率較高（串級控制系統(tǒng)中工作頻率較高（1/s1/s較小），且較?。?/p>

28、且T Td d較大（約較大（約120120150s150s），可認(rèn)為），可認(rèn)為T Td d1/s1/s，故可忽略，則：，故可忽略，則：dddddKTTKsW)(則則等效副調(diào)節(jié)器近似傳函為：等效副調(diào)節(jié)器近似傳函為：)11(1)11()(*2*22*2sTsTKKKSWiidmZT所以所以：iidmZTTKKK*22*2*2*2iT和等效副調(diào)節(jié)器的等效副調(diào)節(jié)器的可以用單回路方法整定，由公式：可以用單回路方法整定，由公式：2*222223.32.1iicmZdTTTKKK:2.0/22時當(dāng)cT2*22222228.06.0)/(08.0)/(6.2ciiccmZdTTTTTKKK:5 .1/2 .0

29、22時當(dāng)cT2 2、整定主回路、整定主回路根據(jù)對象特性，確定等效主調(diào)節(jié)器參數(shù)根據(jù)對象特性，確定等效主調(diào)節(jié)器參數(shù)K Kd d、T Td d。主回路中導(dǎo)前回路可看作是一快速隨動系統(tǒng)，其閉環(huán)傳函為：主回路中導(dǎo)前回路可看作是一快速隨動系統(tǒng)，其閉環(huán)傳函為：221( )DmWsK畫出主回路等效圖，如下：畫出主回路等效圖，如下：則等效主調(diào)節(jié)器為：則等效主調(diào)節(jié)器為：)11(1)11()(1)(*1*12121*1sTsTKKKsWKKsWiddmmdmmT則比例帶和積分時間為：則比例帶和積分時間為：didmmTTKKK*212*1 W WD1D1(s)(s)的對象特性可依據(jù)的對象特性可依據(jù)W WD2D2(s)

30、(s)和和W WD D(s)(s)用前面補(bǔ)償整定法中方用前面補(bǔ)償整定法中方法求得法求得, ,并根據(jù)并根據(jù)n n1 1, ,求出求出1 1/T/TC1C1。:2 .0/11時當(dāng)cT1*1111213.31.1idcmmdTTTKKK:5 . 1/2 . 011時當(dāng)cT111111218.06.0/08.0/6.2cdccmmdTTTTKKK:5 .1/11時cT11216.02dmmdTKKK導(dǎo)前區(qū)遲延和慣性較小時導(dǎo)前區(qū)遲延和慣性較小時, ,可將導(dǎo)前區(qū)近似看成比例環(huán)節(jié)即：可將導(dǎo)前區(qū)近似看成比例環(huán)節(jié)即：22/1)(sWD則：則：)()(221sWsWDD而而W WD D(s)(s)對象特性參數(shù)都已

31、知，故有：對象特性參數(shù)都已知，故有：ccTT/11所以有：所以有：:2 . 0/時當(dāng)cT3.31.1221dcmmdTTKKK:5 . 1/2 . 0時當(dāng)TcdccmmdTTTTKKK8.06.0/08.0/6.2221:5 . 1/時cT6.02221dmmdTKKK 當(dāng)當(dāng)K Kd d確定后確定后, ,可根據(jù)整定導(dǎo)前回路時確定的可根據(jù)整定導(dǎo)前回路時確定的/K/Kd d比值比值, ,求求PIPI調(diào)調(diào)節(jié)器的比例帶節(jié)器的比例帶：ddKK)(四、等效為串級控制系統(tǒng)的試驗(yàn)整定法四、等效為串級控制系統(tǒng)的試驗(yàn)整定法接線示意圖如下：接線示意圖如下： 首先整定等效副回路，確定等效調(diào)節(jié)器的首先整定等效副回路，確

32、定等效調(diào)節(jié)器的/K/KD D和和T Ti i值，具體值，具體步驟如下：步驟如下： (1) (1)斷開主回路，將斷開主回路，將K KD D置置1 1，T Td d置置，W Wd d(s)1(s)1，相當(dāng)比例環(huán)節(jié)。，相當(dāng)比例環(huán)節(jié)。 (2) (2)用邊界穩(wěn)定法，觀察用邊界穩(wěn)定法，觀察I I2 2曲線，求得曲線，求得k k、T Tk k，則等效調(diào)節(jié)器，則等效調(diào)節(jié)器的參數(shù)為：的參數(shù)為：KKTTi85.02.2* 整定完等效副回路后整定主回路，確定整定完等效副回路后整定主回路，確定K KD D、T Td d值，步驟如下：值，步驟如下： (1) (1)接上主回路，先改變接上主回路，先改變T TD D值，觀察

33、值，觀察I I1 1曲線，直到希望的曲線，直到希望的T Td d為值；為值； (2) (2) 再改變再改變K KD D值，觀察值，觀察I I1 1曲線，注意改變曲線，注意改變K KD D時，相應(yīng)改變時，相應(yīng)改變值，值， 使使/K/Kd d比值保持不變以保證導(dǎo)前回路穩(wěn)定性不變，直至得到滿意比值保持不變以保證導(dǎo)前回路穩(wěn)定性不變，直至得到滿意的的K KD D、T Td d值。值。 (1) (1)等效主、副回路處在同一系統(tǒng)中工作，兩回路間存在等效主、副回路處在同一系統(tǒng)中工作，兩回路間存在不可分割的聯(lián)系。不可分割的聯(lián)系。值得注意：值得注意： (2) (2)調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器參數(shù)K KD D、T TD D、

34、T Ti i任一變化，對主回路和導(dǎo)任一變化，對主回路和導(dǎo)前回路的調(diào)節(jié)質(zhì)量都有影響，只是程度不同。前回路的調(diào)節(jié)質(zhì)量都有影響，只是程度不同。 (3) (3)、T Ti i對導(dǎo)前回路影響較大，對導(dǎo)前回路影響較大， T TD D 主要影響主回路調(diào)主要影響主回路調(diào)節(jié)品質(zhì)，而節(jié)品質(zhì)，而K KD D變化對兩個回路影響相反，即：變化對兩個回路影響相反，即：K KD D 越大，越大，/K/KD D越小，對于副回路的穩(wěn)定性不利，對主回路有利；越小，對于副回路的穩(wěn)定性不利，對主回路有利； K KD D 越小越小時則相反。時則相反。第四節(jié)第四節(jié) 再熱汽溫控制系統(tǒng)分析再熱汽溫控制系統(tǒng)分析 一般再熱汽溫隨負(fù)荷變化較大一般

35、再熱汽溫隨負(fù)荷變化較大, ,當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低30%30%時時, ,再再熱汽溫如不加以控制熱汽溫如不加以控制, ,鍋爐再熱器出口汽溫將降低鍋爐再熱器出口汽溫將降低 2828 35(35(相相當(dāng)于負(fù)荷每降低當(dāng)于負(fù)荷每降低1 1時時, ,汽溫降低汽溫降低1)1)。 隨著蒸汽壓力提高隨著蒸汽壓力提高, ,為了提高機(jī)組熱循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性為了提高機(jī)組熱循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性, ,減小減小汽輪機(jī)末級葉片中蒸汽濕度汽輪機(jī)末級葉片中蒸汽濕度, ,超高參數(shù)機(jī)組一般采用中間再熱超高參數(shù)機(jī)組一般采用中間再熱循環(huán)系統(tǒng)。循環(huán)系統(tǒng)。 將高壓缸出口蒸汽引入鍋爐將高壓缸出口蒸汽引入鍋爐, ,重新加熱至高溫重新加熱至高溫, ,然后

36、再引然后再引入中壓缸膨脹做功。入中壓缸膨脹做功。所以大型機(jī)組必須對再熱汽溫進(jìn)行控制。所以大型機(jī)組必須對再熱汽溫進(jìn)行控制。再熱汽溫的控制方法一般有再熱汽溫的控制方法一般有:變化煙氣擋板位置；變化煙氣擋板位置；煙氣再循環(huán)；煙氣再循環(huán)；擺動噴嘴器角度；擺動噴嘴器角度；多層布置燃燒器；多層布置燃燒器；噴水減溫；噴水減溫；汽汽熱交換器及蒸汽旁通。汽汽熱交換器及蒸汽旁通。一、采用汽汽熱交換器的再熱汽溫控制一、采用汽汽熱交換器的再熱汽溫控制 這是用一次蒸汽來加熱再熱這是用一次蒸汽來加熱再熱蒸汽并利用三通閥改變流經(jīng)熱交蒸汽并利用三通閥改變流經(jīng)熱交換器的再熱蒸汽量來控制再熱汽換器的再熱蒸汽量來控制再熱汽溫溫,

37、,由于汽汽熱交換器的調(diào)整由于汽汽熱交換器的調(diào)整范圍很小范圍很小, ,還必須輔以噴水。還必須輔以噴水。系統(tǒng)示意圖如右所示。系統(tǒng)示意圖如右所示。二、采用煙氣再循環(huán)的再熱汽溫控制二、采用煙氣再循環(huán)的再熱汽溫控制 煙汽再循環(huán)是利用再循環(huán)煙汽再循環(huán)是利用再循環(huán)風(fēng)機(jī)從煙道尾部抽取低溫?zé)煔怙L(fēng)機(jī)從煙道尾部抽取低溫?zé)煔馑腿霠t膛底部，從而改變輻射送入爐膛底部，從而改變輻射受熱面與對流受熱面的吸熱比受熱面與對流受熱面的吸熱比例，以達(dá)到調(diào)溫目的。系統(tǒng)示例，以達(dá)到調(diào)溫目的。系統(tǒng)示意圖如書意圖如書165165頁圖頁圖10-2510-25所示。所示。 工作原理如下：工作原理如下： 再熱汽溫度信號再熱汽溫度信號 在比較器在比

38、較器 內(nèi)與給定值（由內(nèi)與給定值（由A A產(chǎn)生）進(jìn)行比較產(chǎn)生）進(jìn)行比較, ,當(dāng)汽溫低時當(dāng)汽溫低時, ,偏差值為正信號偏差值為正信號, ,此信號進(jìn)入此信號進(jìn)入PIPI1 1, ,后通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變后通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變煙氣擋板煙氣擋板, ,增大煙氣再循環(huán)量增大煙氣再循環(huán)量, ,以控制再熱汽溫。以控制再熱汽溫。 在加法器在加法器 中引入反映中引入反映鍋爐負(fù)荷大小送風(fēng)量鍋爐負(fù)荷大小送風(fēng)量V V（同時能提前反同時能提前反映汽溫變化映汽溫變化）和煙氣再循環(huán)信號）和煙氣再循環(huán)信號V VG G作為比值控制信號。作為比值控制信號。 函數(shù)模塊函數(shù)模塊f(x)f(x)修正風(fēng)量和再循環(huán)煙氣量關(guān)系，風(fēng)量增加，相修正風(fēng)量和再

39、循環(huán)煙氣量關(guān)系，風(fēng)量增加，相應(yīng)的煙氣量減少；乘法器用煙溫信號修正煙氣再循環(huán)量。應(yīng)的煙氣量減少；乘法器用煙溫信號修正煙氣再循環(huán)量。由于由于V V增加時增加時, ,汽溫升高汽溫升高, ,致致V V按負(fù)向送入加法器。按負(fù)向送入加法器。 當(dāng)再熱蒸汽超溫時當(dāng)再熱蒸汽超溫時, ,比較器輸出為負(fù)值比較器輸出為負(fù)值,PI,PI1 1輸出負(fù)信號直至關(guān)輸出負(fù)信號直至關(guān)緊煙氣再循環(huán)擋板，煙氣再循環(huán)失去調(diào)溫作用。緊煙氣再循環(huán)擋板，煙氣再循環(huán)失去調(diào)溫作用。 當(dāng)再熱汽溫恢復(fù)到給定值時，比較器輸出為零，當(dāng)再熱汽溫恢復(fù)到給定值時，比較器輸出為零，PIPI2 2關(guān)死噴水門，關(guān)死噴水門，偏差信號關(guān)閉熱風(fēng)門，煙氣再循環(huán)系統(tǒng)重新投入

40、工作。偏差信號關(guān)閉熱風(fēng)門，煙氣再循環(huán)系統(tǒng)重新投入工作。 同時比較器同時比較器 的輸出信號通過負(fù)向放大器的輸出信號通過負(fù)向放大器K K2 2一方面去偏差報(bào)一方面去偏差報(bào)警，同時通過斷電器打開熱風(fēng)門，用熱風(fēng)將循環(huán)煙道封住，防止警，同時通過斷電器打開熱風(fēng)門，用熱風(fēng)將循環(huán)煙道封住，防止高溫爐煙倒入再循環(huán)煙道，燒壞設(shè)備。高溫爐煙倒入再循環(huán)煙道，燒壞設(shè)備。 同時比較器同時比較器 的輸出信號通過負(fù)向放大器的輸出信號通過負(fù)向放大器K K1 1及偏置器及偏置器去去調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器PIPI2 2，開動噴水調(diào)節(jié)閥控制再熱汽溫。，開動噴水調(diào)節(jié)閥控制再熱汽溫。三、采用煙氣擋板的再熱汽溫控制三、采用煙氣擋板的再熱汽溫控制 采

41、用煙氣擋板的再熱汽溫采用煙氣擋板的再熱汽溫控制如書控制如書163 10-23163 10-23、10-24 10-24 所所示。示。 煙氣擋板控制又稱為煙氣擋板控制又稱為“旁路旁路煙道法煙道法”，通過控制煙氣擋板的，通過控制煙氣擋板的開度來改變流過過熱器受熱面和開度來改變流過過熱器受熱面和再熱器受熱面的煙氣比例。再熱器受熱面的煙氣比例。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單, ,操作方便。操作方便。 缺點(diǎn)缺點(diǎn): :調(diào)溫的靈敏度較差，調(diào)調(diào)溫的靈敏度較差，調(diào)溫幅度較小。溫幅度較小。 另外，檔板開度與汽溫另外，檔板開度與汽溫變化也不成線性關(guān)系。為此，變化也不成線性關(guān)系。為此，通常將主、旁兩側(cè)擋板按相通常將主

42、、旁兩側(cè)擋板按相反方向聯(lián)動聯(lián)接，以加大主反方向聯(lián)動聯(lián)接，以加大主煙道的煙氣量的變化和克服煙道的煙氣量的變化和克服擋板的非線性。擋板的非線性。 煙氣流量控制再熱汽溫?zé)煔饬髁靠刂圃贌崞麥貢r，控制通道遲延和慣性較時，控制通道遲延和慣性較小，因此只采用單回路控制小，因此只采用單回路控制系統(tǒng)。系統(tǒng)。 控制原理如右圖。控制原理如右圖。 四、采用擺動燃燒器法控制再熱汽溫四、采用擺動燃燒器法控制再熱汽溫燃燒器傾角對爐膛出口煙溫的影響如下圖。燃燒器傾角對爐膛出口煙溫的影響如下圖。采用擺動燃燒器的再熱汽溫控制如書采用擺動燃燒器的再熱汽溫控制如書166166頁圖頁圖10-2910-29所示所示 。 2 2、系統(tǒng)工作

43、原理、系統(tǒng)工作原理 通過改變?nèi)紵鲀A斜角度來改變爐膛火焰中心的位置和爐通過改變?nèi)紵鲀A斜角度來改變爐膛火焰中心的位置和爐膛出口的煙氣溫度膛出口的煙氣溫度, ,使各受熱面的吸熱比例相應(yīng)發(fā)生變化使各受熱面的吸熱比例相應(yīng)發(fā)生變化, ,達(dá)到達(dá)到控制再熱汽溫的目的。燃燒器角度擺動對爐膛出口煙溫度的影控制再熱汽溫的目的。燃燒器角度擺動對爐膛出口煙溫度的影響如響如P166 P166 圖圖10-2810-28。單回路定值控制系統(tǒng)。單回路定值控制系統(tǒng)。第五節(jié)第五節(jié) 汽溫分段控制系統(tǒng)汽溫分段控制系統(tǒng) 在鍋爐中，過熱器管道較長，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，為了進(jìn)一步改善控在鍋爐中，過熱器管道較長，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，為了進(jìn)一步改善控制品質(zhì)

44、，因此蒸汽溫度的控制除采用前述兩種方式，還經(jīng)常采用分制品質(zhì)，因此蒸汽溫度的控制除采用前述兩種方式，還經(jīng)常采用分段汽溫控制系統(tǒng)段汽溫控制系統(tǒng) 。 所謂分段控制系統(tǒng)就是把被控對象分成若干段，每段設(shè)置一個所謂分段控制系統(tǒng)就是把被控對象分成若干段，每段設(shè)置一個減溫器，分別控制各段的汽溫以維持主汽溫給定值，其示意圖如圖減溫器，分別控制各段的汽溫以維持主汽溫給定值，其示意圖如圖6-56-5所示。所示。 前面介紹過的串級系統(tǒng)和導(dǎo)前微分系統(tǒng)在大型電廠鍋爐汽溫控前面介紹過的串級系統(tǒng)和導(dǎo)前微分系統(tǒng)在大型電廠鍋爐汽溫控制系統(tǒng)中被廣泛采用。制系統(tǒng)中被廣泛采用。 分段控制系統(tǒng)中的中間參數(shù)分段控制系統(tǒng)中的中間參數(shù) 1 1， 2 2都大致保持穩(wěn)定，為都大致保持穩(wěn)定，為