分析系統(tǒng)的耦合程度及解耦的方法二課件

1、第十章多變量控制系統(tǒng)第六節(jié)直流鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)第五節(jié)直流鍋爐控制系統(tǒng)基本方案第四節(jié)直流鍋爐動(dòng)態(tài)特性第三節(jié)直流鍋爐的特點(diǎn)第二節(jié) 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一節(jié) 多變量被控對(duì)象第1頁(yè)，共28頁(yè)。第一節(jié)多變量被控對(duì)象一、多變量被控對(duì)象的概念： 對(duì)于一個(gè)具有n個(gè)被調(diào)量和n個(gè)調(diào)節(jié)變量的生產(chǎn)過(guò)程被控對(duì)象(如圖10-1所示)，其輸入輸出特性可由矩陣方程表示： u1u2umyny2y1圖10-1 多變量對(duì)象方框圖 Y = WU式中：第2頁(yè)，共28頁(yè)。 傳遞矩陣W 中的元素Wij為被調(diào)量yi與調(diào)節(jié)變量uj的傳遞函數(shù)。若Wij 0，則表明yi不受uj作用影響。 若對(duì)象的傳遞矩陣W可表示為對(duì)角形矩陣，則稱之為無(wú)耦合對(duì)象。

2、若對(duì)象的傳遞矩陣W可表示為三角形矩陣，則稱之為半耦合對(duì)象。 若對(duì)象的傳遞矩陣W中每一行和每一列均至少有兩個(gè)元素不為零，則稱之為耦合對(duì)象或多變量相關(guān)對(duì)象；以下簡(jiǎn)稱多變量對(duì)象。WT1WT2+-+-g1g2u1u2y2y1W22W12W11W21圖10-2 22系統(tǒng)方框圖 圖10-2所示為系統(tǒng)的方框圖，對(duì)象的輸入輸出特性為： 設(shè)系統(tǒng)2調(diào)節(jié)過(guò)程為理想狀態(tài),即y2 基本不變,y2(s)0,則系統(tǒng)特性可表示為：第3頁(yè)，共28頁(yè)。不難解得，系統(tǒng)2閉環(huán)后，u1y1之間關(guān)系為： 顯然系統(tǒng)2閉環(huán)之后，由于交叉通道的存在所產(chǎn)生的耦合作用，改變了u1y1之間的特性，因此，多變量被控對(duì)象各變量相互關(guān)聯(lián)，必須從整體上加以

3、綜合分析，分析系統(tǒng)的耦合程度及解耦的方法。二、Bristol矩陣及相關(guān)性分析： 在對(duì)系統(tǒng)的相關(guān)性進(jìn)行分析時(shí)，Bristol方法作為一種簡(jiǎn)便而有效的方法，在工程實(shí)踐中廣泛應(yīng)用，此方法的關(guān)鍵在于對(duì)各變量進(jìn)行相對(duì)增益分析。由以上22系統(tǒng)的分析可以看出，耦合作用的存在改變了調(diào)節(jié)通道的特性，而耦合作用發(fā)生在相關(guān)通道的閉環(huán)狀態(tài)下。相關(guān)性分析可表現(xiàn)在分析耦合作用對(duì)各調(diào)節(jié)通道特性的影響。以下從靜態(tài)角度分析系統(tǒng)的相關(guān)性。 1、Bristol矩陣： 對(duì)于nn系統(tǒng)，其對(duì)象各變量的靜態(tài)關(guān)系可由矩陣方程表示： 第4頁(yè)，共28頁(yè)。對(duì)此系統(tǒng)，定義：調(diào)節(jié)變量uj作用于被調(diào)量yi 的通道為uj yi 通道。 對(duì)于被調(diào)量yi，當(dāng)

4、除uj外其他調(diào)節(jié)變量均保持恒定不變的情況下， uj yi 的放大系數(shù)稱作第一放大系數(shù)，記作 ，即： 對(duì)于被調(diào)量yi 當(dāng)除yi 外，其他被調(diào)量均處于閉環(huán)控制狀態(tài)，且保證無(wú)靜差時(shí)，uj yi的放大系數(shù)稱作第二放大系數(shù)，記作 ，即： 對(duì)于uj yi 通道，第一放大系數(shù)與第二放大系數(shù)的比值稱作uj yi 通道的相對(duì)增益，記作ij，即： 若將各通道的相對(duì)增益排成矩陣形式，即： 第5頁(yè)，共28頁(yè)。則矩陣稱為Bristol矩陣或相對(duì)增益矩陣。2、相關(guān)性分析：經(jīng)理論推導(dǎo)，可得如下結(jié)論：（1）ij1時(shí)，通道不受耦合作用的影響。（2）0ij 1時(shí)，uj對(duì)yi 的控制作用與耦合作用方向相同，耦合作用增大了uj yi

5、之間增益， 使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。（3）ij1時(shí)，uj對(duì)yi 的控制作用與耦合作用方向相反，耦合作用減弱了uj yi 的控制作用。若ij=0，即耦合作用與控制作用相互抵消，uj失去對(duì)yi 的控制作用。（4）ij0時(shí)，耦合作用已大于控制作用， 與 異號(hào)，即耦合作用改變了uj對(duì)yi的作用方向。 以上的分析，為變量的配對(duì)選擇提供了依據(jù)，即盡可能選擇相對(duì)增益ij等于或接近于1的調(diào)節(jié)變量與被調(diào)量作為配對(duì)，若各調(diào)節(jié)通道的值越接近1，則系統(tǒng)間耦合越小。若配對(duì)結(jié)果使各調(diào)節(jié)通道的相對(duì)增益均為1，則系統(tǒng)為無(wú)耦合或半耦合的，無(wú)需解耦。千萬(wàn)不要采用ij為負(fù)的uj與yi 作為配對(duì)，這時(shí)當(dāng)其他系統(tǒng)改變開(kāi)環(huán)或閉環(huán)狀態(tài)，此子系

6、統(tǒng)將喪失穩(wěn)定，由負(fù)反饋?zhàn)優(yōu)檎答仭?第6頁(yè)，共28頁(yè)。第二節(jié)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 對(duì)于多變量控制系統(tǒng)，通過(guò)變量的配對(duì)選擇，可降低各回路間的耦合。然而若經(jīng)配對(duì)選擇，仍存在嚴(yán)重的耦合，則需考慮解耦設(shè)計(jì)，解耦設(shè)計(jì)的基本原理在于設(shè)置一個(gè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，用以抵銷存在于各回路間的關(guān)聯(lián)，以使各被調(diào)量能實(shí)現(xiàn)單變量控制。下面以串聯(lián)補(bǔ)償法和反饋補(bǔ)償法為例進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。 一、串聯(lián)補(bǔ)償法 TCWYGM+- 圖10-3 串聯(lián)解耦系統(tǒng) 圖中W為被控對(duì)象的傳遞矩陣，C為解耦網(wǎng)絡(luò)的傳遞矩陣，對(duì)于C的設(shè)計(jì)原則，要求使經(jīng)其解耦后系統(tǒng)的等效對(duì)象的傳遞矩陣WE 為對(duì)角形矩陣，即： (10-1)第7頁(yè)，共28頁(yè)?；颍?顯然網(wǎng)絡(luò)C的選擇不是唯一的

7、。選擇不同的解耦網(wǎng)絡(luò)，所得到的等效對(duì)象WE也不同。 通常情況下，解耦網(wǎng)絡(luò)需nn個(gè)補(bǔ)償裝置。為減少補(bǔ)償裝置CIJ 的數(shù)量，可令C中對(duì)角線元素的傳遞函數(shù)CIJ =1。這樣可減少n個(gè)補(bǔ)償裝置。由（10-1）式可得： 由于ij時(shí)Wei j=0，因此：式中CIJ=1，由上式可得矩陣方程： （10-2）第8頁(yè)，共28頁(yè)。根據(jù)克萊姆法則，可解得 ：可得解耦后等效對(duì)象WE 的各元素傳遞函數(shù)： 式中W傳遞矩陣W的行列式。 以上通過(guò)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)，使等效對(duì)象WE 成為對(duì)角陣，實(shí)現(xiàn)了各被調(diào)量的單變量控制。但是若調(diào)節(jié)變量中，任何一個(gè)發(fā)生擾動(dòng)，仍將影響其他被調(diào)量。因此，按串聯(lián)補(bǔ)償法設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)時(shí)各調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)可能采

8、用串級(jí)系統(tǒng)，以利用副回路抑制系統(tǒng)的內(nèi)擾。 二、反饋補(bǔ)償法 采用反饋補(bǔ)償法的解耦控制系統(tǒng)框圖如圖10-4所示： TAWMG+-+圖10-4 反饋解耦控制系統(tǒng) 第9頁(yè)，共28頁(yè)。 由解耦網(wǎng)絡(luò)A組成反饋解耦回路，由于調(diào)節(jié)器輸出向量U和擾動(dòng)向量M具有相同通道，因此反饋解耦回路不僅能消除各通道間的相互關(guān)聯(lián)，同時(shí)還能抑制系統(tǒng)的內(nèi)擾，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)擾的不變性原理。 反饋解耦回路等效成串聯(lián)解耦網(wǎng)絡(luò)后，系統(tǒng)框圖如圖10-5所示： TAeWMG+-圖10-5 反饋解耦系統(tǒng)等效框圖 由上圖可得出：由于 則： 式中：We解耦后等效對(duì)象傳遞矩陣： 考慮到解耦作用在于消除交叉通道間的關(guān)聯(lián)，因此：可令A(yù) 的對(duì)角線元素aii =0

9、。I 為單位矩陣，由此：第10頁(yè)，共28頁(yè)?？傻媒怦詈蟮刃?duì)象Ae 的各元素aeij的傳遞函數(shù)：式中：|W | W 的矩陣行列式；|Wji | W 中元素Wji 的代數(shù)余子式。第11頁(yè)，共28頁(yè)。第三節(jié) 直流鍋爐的特點(diǎn) 隨著鍋爐朝著大容量高參數(shù)的方向發(fā)展，直流鍋爐由于其自身的許多優(yōu)點(diǎn)，而被日益廣泛地采用。以下結(jié)合汽包鍋爐的特點(diǎn)，介紹直流鍋爐有關(guān)的一些特點(diǎn)。一、汽包鍋爐的特點(diǎn) 汽包鍋爐的汽水行程中，由汽包將爐內(nèi)受熱面分割為加熱、蒸發(fā)和過(guò)熱三段。其蒸發(fā)段由汽包、水冷壁、下降管和聯(lián)箱組成小循環(huán)回路。循環(huán)倍率記作K： 式中：W1進(jìn)入水冷壁的水流量；D1 水冷壁出口的蒸汽流量。 汽包鍋爐的循環(huán)倍率K一般

10、為1030，不同負(fù)荷下其循環(huán)倍率不同；負(fù)荷越大，循環(huán)倍率越小。 汽包在運(yùn)行中除作為汽水分離器外，還作為燃水比（給水流量與燃料流量的比例關(guān)系）失調(diào)的緩沖器。當(dāng)燃水比失去平衡關(guān)系時(shí)，利用汽包中的存水和空間容積暫時(shí)維持爐內(nèi)的工質(zhì)平衡關(guān)系。以保持各段受熱面積不變。因此當(dāng)汽包鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)用三個(gè)主要參數(shù)：汽包水位H、過(guò)熱汽溫和主蒸汽壓力PM表示時(shí)，與三個(gè)主要調(diào)節(jié)量：給水流量W、減溫水流量W和燃料量M之間的關(guān)系用矩陣方程表示時(shí)可得：第12頁(yè)，共28頁(yè)。可見(jiàn)上式中傳遞矩陣為上三角陣，因此汽包鍋爐給水，汽溫和汽壓控制可采用單變量系統(tǒng)的分析方法，組成相互獨(dú)立的控制系統(tǒng)。 二、直流鍋爐的特點(diǎn) 直流鍋爐屬?gòu)?qiáng)制循環(huán)鍋

11、爐,一次工質(zhì)給水泵壓力經(jīng)省煤器加熱下輻射區(qū)濕蒸汽對(duì)流過(guò)渡區(qū)上輻射區(qū)對(duì)流過(guò)熱區(qū)過(guò)熱蒸汽汽輪機(jī)。可見(jiàn),直流鍋爐是由各受熱面及連接這些受熱面管道組成。其主要特點(diǎn)為： (1)汽水流程中沒(méi)有汽包和爐內(nèi)小循環(huán)回路； (2)給水泵強(qiáng)制一定流量的給水進(jìn)入爐內(nèi)，一次性經(jīng)歷加熱、蒸發(fā)和過(guò)熱各段受熱面，全部轉(zhuǎn)變成過(guò)熱蒸汽，循環(huán)倍率K始終為1，與負(fù)荷無(wú)關(guān)； (3)加熱、蒸發(fā)和過(guò)熱三段受熱面沒(méi)有固定分界點(diǎn)，由管道內(nèi)工質(zhì)狀態(tài)所決定； (4)要保證過(guò)熱汽溫為額定值，必須保持燃料量與給水流量之間比值關(guān)系不變； (5)由于汽溫遲延很大，直流鍋爐通常采用微過(guò)熱汽溫作為燃水比校正信號(hào)，微過(guò)熱汽溫變化的遲延遠(yuǎn)小于過(guò)熱汽溫； (6)保

12、持一定燃水比例,維持微過(guò)熱點(diǎn)汽溫(或焓值)一定,以間接控制出口汽溫。第13頁(yè)，共28頁(yè)。 由上式可以看出，蒸汽壓力與微過(guò)熱汽溫構(gòu)成多變量相關(guān)被控對(duì)象。由于減溫水對(duì)蒸汽壓力P和微過(guò)熱汽溫sl 沒(méi)有影響，直流鍋爐的汽溫控制可按單變量系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 直流鍋爐的另一個(gè)重要特點(diǎn)是蓄熱系數(shù)小，因此直流鍋爐對(duì)外界負(fù)荷擾動(dòng)比較敏感。但蓄熱能力小有利于主動(dòng)快速改變鍋爐負(fù)荷，適應(yīng)電網(wǎng)的尖峰負(fù)荷。同時(shí)在直流鍋爐中，工質(zhì)流動(dòng)依靠給水泵壓力推動(dòng)，壓力下降而引起水的蒸發(fā)不會(huì)阻礙工質(zhì)的正常流動(dòng)，因此直流鍋爐允許汽壓有較大的下降速度，這有利于有效地利用鍋爐的蓄熱能力。 綜上所述，表征直流鍋爐運(yùn)行狀態(tài)的三個(gè)重要參數(shù)：蒸汽壓力P、微

13、過(guò)熱汽溫sl 和過(guò)熱汽溫，與三個(gè)相應(yīng)的調(diào)節(jié)變量燃料量M、給水流量W和減溫水流量W之間的矩陣方程可表示成： 第14頁(yè)，共28頁(yè)。第四節(jié) 直流鍋爐動(dòng)態(tài)特性 從控制特性角度來(lái)看，直流與汽包鍋爐主要不同點(diǎn):燃水比例變化引起爐內(nèi)工質(zhì)儲(chǔ)量變化,從而改變各受熱面積比例。影響爐內(nèi)工質(zhì)儲(chǔ)量的因素很多，主要有外界負(fù)荷，燃料流量和給水流量。對(duì)于不同壓力等級(jí)的直流鍋爐，各段受熱面積比例不同。壓力越高，蒸發(fā)段的吸熱量比例越小，而加熱段與過(guò)熱段吸熱量比例越大。因而，不同壓力等級(jí)直流鍋爐的動(dòng)態(tài)特性通常存在一定差異。 一、外部負(fù)荷擾動(dòng)下直流鍋爐動(dòng)態(tài)特性 tttttTDgrpQgrN 上圖為外部負(fù)荷擾動(dòng)下直流鍋爐有關(guān)參數(shù)響應(yīng)曲

14、線。假定汽機(jī)耗汽量DT正比于調(diào)節(jié)閥開(kāi)度T與蒸汽壓力P乘積，在T 階躍增加情況下，蒸汽流量Dgr階躍增加。由于給水流量和燃料量沒(méi)有變，使得蒸汽壓力開(kāi)始時(shí)以一定速度下降，蒸汽流量也逐漸回落至與給水流量相應(yīng)的值，蒸汽壓力則逐漸穩(wěn)定。汽機(jī)功率的變化與蒸汽流量成比例，其增加的總能量來(lái)自鍋爐金屬和工質(zhì)所釋放的蓄熱量。過(guò)熱蒸汽溫度在蒸汽流量增加之后，先以一定速度下降，隨著蒸汽流量降至原來(lái)第15頁(yè)，共28頁(yè)。的值而回升至原來(lái)的值。這反映鍋爐燃水比例沒(méi)有改變。即總蒸發(fā)量與各受熱面吸熱量比例沒(méi)有改變。 二、燃料量擾動(dòng)下直流鍋爐動(dòng)態(tài)特性 tttttQpMDgrP 上圖為M擾動(dòng)下直流鍋爐有關(guān)參數(shù)響應(yīng)曲線。在M階躍增加

15、的情況下，經(jīng)過(guò)短暫遲延后，各受熱面吸熱量迅速增加，使蒸汽流量迅速增加（通常稱之為附加蒸發(fā)量）。對(duì)過(guò)熱段受熱面來(lái)說(shuō)，吸熱量與蒸汽流量同時(shí)增加，而使得開(kāi)始時(shí)過(guò)熱汽溫基本不變。由于給水流量沒(méi)有改變，附加蒸發(fā)量使?fàn)t內(nèi)工質(zhì)儲(chǔ)量減少，加熱與蒸發(fā)受熱面積減少，蒸汽流量經(jīng)過(guò)一個(gè)峰值后逐漸減少，直至與給水流量相等。同時(shí)，過(guò)熱段受熱面的增加及爐膛發(fā)熱量增加，過(guò)熱蒸汽溫度經(jīng)過(guò)一端時(shí)間遲延后迅速上升，最后的明顯偏差反映了燃水比例的變化。蒸汽壓力首先是隨著蒸汽流量增加而上升，隨后雖然蒸汽流量逐步下降，但蒸汽溫度升高而造成蒸汽容積流量的增大，沿程壓力降的增加而使蒸汽壓力保持較大的偏差。 第16頁(yè)，共28頁(yè)。三、給水流量擾

16、動(dòng)下直流鍋爐動(dòng)態(tài)特性 tttttWpDgrQP 給水流量擾動(dòng)下直流鍋爐動(dòng)態(tài)特性如上圖。由于水不可壓縮，但蒸汽可壓縮，因此，G階躍，D有一定遲延和慣性；而過(guò)熱汽溫變化與M擾動(dòng)相似，有較大遲延。G擾動(dòng)最終改變各受熱面積比例，過(guò)熱汽溫呈現(xiàn)較大穩(wěn)態(tài)偏差反映燃水比例改變。D，造成蒸汽壓力，之后由于溫度下降而下降，最終由于工質(zhì)總吸熱量不變，而D 造成排汽損失而略低于擾動(dòng)前的值。四、直流鍋爐微過(guò)熱汽溫動(dòng)態(tài)特性 、燃料量擾動(dòng)下微過(guò)熱汽溫動(dòng)態(tài)特性 次高壓直流鍋爐,蒸發(fā)受熱面比例較大，附加蒸發(fā)量比高壓直流鍋爐要多,而過(guò)熱段較短,使微過(guò)熱汽溫在初始階段有所。同時(shí),過(guò)熱段較短又使得微過(guò)熱汽溫變化慣性小,經(jīng)附加蒸發(fā)量影

17、響之后,曲線很快趨于穩(wěn)定值。隨著壓力等級(jí)的第17頁(yè)，共28頁(yè)。提高，附加蒸發(fā)量減少，曲線逐漸無(wú)明顯反向變化。而過(guò)熱段的加長(zhǎng)使慣性和遲延有所增加。、給水流量擾動(dòng)下微過(guò)熱汽溫動(dòng)態(tài)特性 對(duì)于次高壓直流鍋爐，在給水流量擾動(dòng)下，由于附加蒸發(fā)量較大，在初始階段也有反向變化現(xiàn)象，隨著壓力等級(jí)，反向變化現(xiàn)象逐漸小，而慣性和遲延逐步。顯然，燃水比例變化之后，微過(guò)熱汽溫變化遲延（通常100秒）比過(guò)熱蒸汽溫度變化的遲延（通常為400秒左右）要小得多，這對(duì)于控制直流鍋爐燃水比例調(diào)節(jié)過(guò)程品質(zhì)非常重要。另外，微過(guò)熱汽溫在給水流量擾動(dòng)和燃料量擾動(dòng)下具有相似的動(dòng)態(tài)特性，這對(duì)于直流鍋爐實(shí)現(xiàn)解耦控制具有重要意義。 五、微過(guò)熱汽溫

18、的選擇 以微過(guò)熱汽溫作為燃水比校正信號(hào)時(shí)，其過(guò)熱度的選擇是非常重要的。從控制系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)的角度考慮所取的微過(guò)熱汽溫過(guò)熱度越小，遲延越小。然而，若焓值小于2847kJ/kg則曲線=f (h, p)進(jìn)入明顯的非線性區(qū)，汽溫隨焓值變化的放大系數(shù)明顯減小，而受汽壓變化影響很大，變得不穩(wěn)定。經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)微過(guò)熱蒸汽的焓值選在2847kJ/kg左右時(shí)，其特性比較穩(wěn)定。第18頁(yè)，共28頁(yè)。第五節(jié)直流鍋爐控制系統(tǒng)基本方案 直流鍋爐自動(dòng)控制主要任務(wù):鍋爐隨時(shí)滿足汽輪機(jī)對(duì)蒸汽量要求。保持鍋爐Pm和穩(wěn)定，保證燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性與良好的工況。直流鍋爐的蓄熱量小，蒸汽壓力等參數(shù)更容易受負(fù)荷變化的影響。同時(shí)直流鍋爐屬于多變量

19、相關(guān)被控對(duì)象，汽溫控制與負(fù)荷控制之間存在關(guān)聯(lián)，因此，直流鍋爐負(fù)荷控制與汽溫控制之間存在不同變量配對(duì)選擇及解耦方式選擇。 與汽包鍋爐相比，直流鍋爐汽溫被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性存在很大差異，其出口汽溫更容易受到各種擾動(dòng)影響。但對(duì)汽溫影響最大的是作為調(diào)節(jié)變量的燃料量與給水流量之間比例改變。因此，保持鍋爐燃水比例關(guān)系對(duì)于汽溫控制是非常重要的。大多數(shù)直流鍋爐控制采用分段調(diào)節(jié)法，即將汽溫控制分成二段或三段（具有二級(jí)減溫器）完成。首先由燃水比控制維持燃水比例不變，確保微過(guò)熱汽溫不變，使出口汽溫的變化限制在一個(gè)較小范圍，然后由汽溫調(diào)節(jié)通過(guò)噴水減溫的方法對(duì)出口汽溫加以校正。一、帶固定負(fù)荷直流鍋爐控制系統(tǒng)方案 第19頁(yè)，

20、共28頁(yè)。 直流鍋爐大多采用單元制運(yùn)行方式，對(duì)于帶固定負(fù)荷的單元機(jī)組，通常采用汽機(jī)跟隨鍋爐的控制方式。因此，帶固定負(fù)荷直流鍋爐控制系統(tǒng)通常采用以燃料量作為主動(dòng)流量，調(diào)節(jié)鍋爐負(fù)荷，以給水流量作為從動(dòng)流量，跟隨燃料量變化，保持燃水比例不變，調(diào)節(jié)微過(guò)熱器汽溫的配對(duì)選擇方案。燃料量變化之后，由送、引風(fēng)控制系統(tǒng)相應(yīng)協(xié)調(diào)改變送風(fēng)量與引風(fēng)量，保證燃燒過(guò)程經(jīng)濟(jì)性及爐膛壓力穩(wěn)定。PI1PI2PI3PI4PI5ZZdZfpgpTP0PEMsLW+-+TMW圖10-6 帶固定負(fù)荷直流鍋爐控制系統(tǒng)方案 第20頁(yè)，共28頁(yè)。 由于機(jī)組采用汽機(jī)跟隨鍋爐控制方式，該方案中由單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)汽機(jī)調(diào)節(jié)汽門開(kāi)度T ，維持機(jī)前蒸

21、汽壓力PT為給定值Pg?？紤]到汽機(jī)本身帶有獨(dú)立的調(diào)速系統(tǒng)，接受汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，當(dāng)電網(wǎng)頻率f 變化時(shí)，改變汽門開(kāi)度，維持汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，顯然，這對(duì)于汽壓穩(wěn)定是不利的。因此，調(diào)節(jié)器PI1引入電網(wǎng)頻率f 的微分信號(hào)，以抵銷或減弱調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)作，穩(wěn)定汽壓。 燃料量調(diào)節(jié)與給水流量調(diào)節(jié)均采用串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。PI2接受機(jī)組功率指令信號(hào)P0與機(jī)組實(shí)際功率PE，以功率偏差信號(hào)（ P0 PE ）經(jīng)PI2輸出，作為鍋爐燃燒率的修正指令，與機(jī)組功率指令P0 相加，組成鍋爐燃燒率指令LD，燃料調(diào)節(jié)器PI3根據(jù)LD調(diào)節(jié)燃料量，同時(shí)克服燃料量的擾動(dòng)。 燃水比調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，由主調(diào)節(jié)器PI4維持作為燃水比例標(biāo)志的微過(guò)熱汽溫sL為給定值

22、，發(fā)出給水流量修正指令。副調(diào)節(jié)器PI5根據(jù)前饋信號(hào)燃料量信號(hào)M，以及PI4輸出的流量校正信號(hào)調(diào)節(jié)給水流量，確保燃水比例不變。由于燃水比調(diào)節(jié)系統(tǒng)與功率控制系統(tǒng)間是相互關(guān)聯(lián)的，燃料量信號(hào)作為前饋信號(hào)引入給水流量調(diào)節(jié)器PI5，起著串聯(lián)解耦的作用。 第21頁(yè)，共28頁(yè)。二、帶變動(dòng)負(fù)荷直流鍋爐控制系統(tǒng)方案 對(duì)于帶變動(dòng)負(fù)荷單元機(jī)組，通常采用協(xié)調(diào)控制方式，機(jī)組功率和蒸汽壓力由主控制系統(tǒng)控制。圖10-7為主控制系統(tǒng)原則性框圖：-PI1PI2PDP0PEp0pTTLD+-圖10-7 主控制系統(tǒng)框圖 由于機(jī)組功率控制與蒸汽壓力控制是相互關(guān)聯(lián)，因此，主控制系統(tǒng)采用和差解耦系統(tǒng)。將功率偏差信號(hào)（P0PE）和壓力偏差信

23、號(hào)（p0pT）同時(shí)引入汽機(jī)調(diào)節(jié)器PI1及鍋爐主控制器PI2。當(dāng)出現(xiàn)功率偏差時(shí)（功率指令P0增加），功率偏差信號(hào)P通過(guò)PI1和PI2同時(shí)增大調(diào)速汽門開(kāi)度T 和鍋爐負(fù)荷指令LD，考慮到鍋爐負(fù)荷的變化具有較大遲延，功率指令P0 經(jīng)PD調(diào)節(jié)器后作為前饋信號(hào)與PI2輸出相加。當(dāng)壓力出現(xiàn)偏差時(shí)，偏差信號(hào)（p0pT）通過(guò)PI1減小汽機(jī)調(diào)速汽門開(kāi)度，而通過(guò)PI2增大鍋爐的負(fù)荷。由于兩個(gè)偏差信號(hào)引入PI1的方向相反，負(fù)荷變化時(shí)，在調(diào)節(jié)T 的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，允許壓力保留一定偏差，以利用鍋爐蓄熱，同時(shí)由壓力偏差信號(hào)限制T開(kāi)得過(guò)大，保持一定功率偏差，以防止汽壓波動(dòng)過(guò)大。第22頁(yè)，共28頁(yè)。圖10-8所示為帶變動(dòng)負(fù)荷直流鍋

24、爐控制系統(tǒng)方案之一。圖中僅給出鍋爐負(fù)荷控制及燃水比控制兩個(gè)子系統(tǒng)： MPI4PI3PI5DZZF(x)LDWWSLpMW+-+-圖10-8 鍋爐控制系統(tǒng)框圖 負(fù)荷控制仍采用單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由調(diào)節(jié)器PI3根據(jù)負(fù)荷指令LD調(diào)節(jié)給水流量。以給水流量信號(hào)W代表鍋爐負(fù)荷與LD相平衡。燃水比控制仍采用串級(jí)型比值控制系統(tǒng)，由副調(diào)節(jié)器PI5根據(jù)給水流量的變化調(diào)節(jié)燃料量，然后由主調(diào)節(jié)器PI4根據(jù)微過(guò)熱汽溫度SL 對(duì)燃水比例進(jìn)行校正。 由上節(jié)關(guān)于微過(guò)熱汽溫信號(hào)的選擇已知，微過(guò)熱點(diǎn)工質(zhì)的汽溫是其焓值及壓力的函數(shù)。對(duì)于帶變動(dòng)負(fù)荷的機(jī)組，尤其是變壓運(yùn)行機(jī)組，壓力變化范圍較大，因此將微過(guò)熱點(diǎn)壓力信號(hào)p經(jīng)函數(shù)轉(zhuǎn)換器F(x)

25、引入PI4，作為微過(guò)熱汽溫的給定值。第23頁(yè)，共28頁(yè)?？紤]到燃料量?jī)?nèi)擾很大，對(duì)于燃煤鍋爐燃料量無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量。因此內(nèi)回路難以有效克服燃料量擾動(dòng)。系統(tǒng)中引入煙氣溫度信號(hào)經(jīng)微分器后作為導(dǎo)前微分信號(hào)引入PI4，補(bǔ)償（克服）燃料量擾動(dòng)時(shí)微過(guò)熱汽溫變化的遲延。這既有利于克服內(nèi)擾，也有利于改善汽溫調(diào)節(jié)品質(zhì)。一般情況下，也可采用汽水流程中加熱段某點(diǎn)水溫信號(hào)W 作為導(dǎo)前信號(hào)。三、采用汽壓、汽溫完全解耦的直流鍋爐控制系統(tǒng) MPI1PI4PI3PI2ZZLDpWSLMW+-圖10-9 汽壓、汽溫完全解耦直流 鍋爐控制系統(tǒng) 系統(tǒng)采用“和差”解耦，以消除汽壓與汽溫兩個(gè)系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)。壓力偏差p與汽溫偏差SL同時(shí)引入調(diào)節(jié)器PI1和PI2。PI1與PI2的輸出和機(jī)組負(fù)荷指令LD相加，作為給水流量與燃料量的給定值引入PI3與PI4，調(diào)節(jié)給水流量與燃料量。 第24頁(yè)，共28頁(yè)。 機(jī)組負(fù)荷指令改變（增加）時(shí)，首先通過(guò)PI3與PI4增加給水流量和燃料量。這不僅有利于保持微過(guò)熱器溫不變，而且有利于盡快改變鍋爐負(fù)荷，保持汽壓穩(wěn)定。汽壓偏低時(shí)，汽壓偏差信號(hào)p使調(diào)節(jié)器PI1和PI2輸出增加，增加給水流量和燃料量。當(dāng)微過(guò)熱汽溫偏低，由偏差信號(hào)SL使PI1輸出減少而PI2輸出增大，因而減少給水流量及增加燃料量。