控制系統(tǒng)概述

大型火電機(jī)組熱工自動控制系統(tǒng)電能鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)電網(wǎng)機(jī)械能燃料水蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)汽輪機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制協(xié)調(diào)自動發(fā)電控制系統(tǒng)火力發(fā)電過程控制系統(tǒng)概述第一部分控制系統(tǒng)概述第二部分單元機(jī)組控制一、自動化支撐：理論與技術(shù)從技術(shù)裝置來看發(fā)展：1．三、四十年代基地式儀表2．五、六十年代單元組合儀表3．七十年代計算機(jī)控制國外，五十年代開始試驗計算機(jī)控制

（1）DDC控制

（DirectDigitalControl直接數(shù)字控制）

（2）SCC控制（SupervisoryComputerControl監(jiān)督計算機(jī)控制

）

（3）DCS控制（DistributedControlSystems分散控制系統(tǒng)）

廠級管理信息層(MIS)廠級監(jiān)控信息層(SIS)ManagementInformationSystemSupervisorInformationSystem生產(chǎn)級監(jiān)控層控制層現(xiàn)場層管理和生產(chǎn)過程控制結(jié)構(gòu)測量、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、對象過程控制站（分布式處理單元）運行操作站、工程師站（4）FCS控制（FieldbusControlSystem現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）

理論上看控制發(fā)展：

五十年代以前，理論基礎(chǔ)是傳遞函數(shù)（經(jīng)典控制），以簡單控制系統(tǒng)為主。

六十年代，以狀態(tài)空間分析方法為基礎(chǔ)，現(xiàn)代控制理論應(yīng)用。由于以線性系統(tǒng)為前提，但實際應(yīng)用效果不好。第三代控制理論出現(xiàn)針對機(jī)理復(fù)雜，精確數(shù)學(xué)模型難以建立。理論上看控制發(fā)展：以專家控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊控制為主。

典型應(yīng)用：MAXPower1000+

以專家系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行生產(chǎn)過程設(shè)備故障分析和性能分析。XDPS分散控制系統(tǒng)（新華控制工程公司）加入了模糊控制模塊。OVATION分散控制系統(tǒng)(西屋）提供模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模塊。二

熱工自動化

自動檢測順序控制自動保護(hù)自動調(diào)節(jié)單元機(jī)組控制：機(jī)、爐、電為一整體

我國機(jī)組近年發(fā)展：300MW→600MW亞臨界→600MW超臨界→1000MW（660MW）超超臨界一般600MW機(jī)組單元機(jī)組和公用系統(tǒng)I/O測點數(shù)量一般約8000~9000點；控制設(shè)備數(shù)量約為750~900個。（DCS系統(tǒng)）1000MW超超臨界機(jī)組單元機(jī)組和公用系統(tǒng)I/0測點數(shù)量達(dá)到12000點左右，控制設(shè)備數(shù)量約為1100~1400個，模擬量控制回路數(shù)量和600MW機(jī)組無明顯差別?？刂葡到y(tǒng)四個部分：被控對象、檢測變送、控制器、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)三、控制系統(tǒng)構(gòu)成

控制系統(tǒng)分類

結(jié)構(gòu)分：單變量控制系統(tǒng)、多變量控制系統(tǒng)工藝參數(shù)分：過熱汽溫控制系統(tǒng)、主蒸汽壓力控制系統(tǒng)任務(wù)分：比值控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)裝置分：常規(guī)過程控制系統(tǒng)、計算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS、FCS）閉環(huán)分：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的分類按給定值的不同來分類：1．

定值控制系統(tǒng)2．

隨動控制系統(tǒng)3．程序控制系統(tǒng)四、控制性能指標(biāo)四個常用指標(biāo)

(1)衰減比和衰減率

(2)最大偏差和超調(diào)量（3）調(diào)節(jié)時間（控制時間）（4）

余差（靜態(tài)偏差）五、被控對象動態(tài)特性

1、多輸入單輸出的被控對象

物質(zhì)或能量

2多輸入多輸出系統(tǒng)

YUD多變量控制的耦合問題

熱工對象一般特性

有自平衡能力對象

無自平衡能力對象

tUtYtY對象動態(tài)特性具有以下一些特點。（1）

被調(diào)量的變化是不振蕩的（2）

被調(diào)量有遲延和滯后特性（3）

自平衡能力和無自平衡能力（4）描述對象的動態(tài)方程的參數(shù)有：放大倍數(shù)K、時間常數(shù)T、遲延時間τ。

六、控制策略

1、PID控制proportional—integral—derivativecontrolPID控制規(guī)律：

（1）

原理簡單，使用方便。（2）

適應(yīng)性強(qiáng)。（3）魯棒性強(qiáng)。比例控制（P控制）

（一）控制規(guī)律：（二）特點：控制及時、但有差控制積分控制

（I控制）

（一）控制規(guī)律：

TI：積分時間

（二）特點：無差控制

消除余差，但穩(wěn)定性變差（相對純P控制）

（三）積分時間對過渡過程的影響

（純I控制）

（四）

PI控制

I控制響應(yīng)慢，工程上很少有單獨使用，一般都是PI控制。P：粗調(diào)；I：細(xì)調(diào)微分控制（D控制）

（一）控制規(guī)律

Td：微分時間。實際上不單獨使用（二）PD控制

實際PD：

（三）

PID.

2、其它控制策略（1）自適應(yīng)控制（2）預(yù)測控制七、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1、單回路反饋控制系統(tǒng)

放大系數(shù)對控制質(zhì)量的影響

<1>

干擾通道的放大系數(shù)Kd越小越好

<2>如被控對象是線性系統(tǒng)，控制通道放大系數(shù)K,則對控制質(zhì)量無影響。

時間常數(shù)和遲延時間對控制質(zhì)量的影響

1、干擾通道時間常數(shù)Td和遲延τd的影響。

控制通道T和τ對控制質(zhì)量的影響

T對控制質(zhì)量的影響

控制通道時間常數(shù)太大，系統(tǒng)反映速度慢，工作頻率下降，過程的持續(xù)時間較長。

T太小，反應(yīng)過于靈敏，容易引起系統(tǒng)振蕩。τ遲延對控制質(zhì)量的影響測量元件和變送器特性對控制質(zhì)量的影響

執(zhí)行機(jī)構(gòu)特性對控制質(zhì)量影響

1調(diào)節(jié)閥在聯(lián)管路中

（1）流量特性變化（2）可調(diào)范圍減小2、調(diào)節(jié)閥在并聯(lián)管路中（1）流量特性不變。（2）調(diào)節(jié)范圍減小單回路控制系統(tǒng)的參數(shù)整定

①不測對象特性

測對象特性

整定基礎(chǔ)

根與響應(yīng)關(guān)系

整定要求：①

通過整定選擇合適的參數(shù)，穩(wěn)定(首要)②

有一定的穩(wěn)定裕度（即衰減比），一般要求：4：1～10：1③

快速性，準(zhǔn)確性（穩(wěn)態(tài)偏差（余差）小，最大偏差?。?、

串級控制系統(tǒng)

給定主變送器副參數(shù)主對象副變送器副對象主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥副調(diào)節(jié)器主參數(shù)二次干擾一次干擾串級控制系統(tǒng)的特點

(1)對進(jìn)入副回路的二次干擾具有很強(qiáng)的克服能力。

(2)時間常數(shù)大大減?。ǜ被芈罚?3)提高了系統(tǒng)的工作頻率

(4)具有一定的自適應(yīng)能力

3、前饋控制系統(tǒng)

反饋控制：總是落后于干擾作用，是不及時控制。

Gd(s)Gm(s)G(s)Y(s)D(s)前饋控制系統(tǒng)的形式

（1）靜態(tài)前饋

（2）動態(tài)前饋

（3）前饋－反饋控制單純前饋不能存在的原因（1）

完全補(bǔ)償是不可能的，（a）精確模型要求；（b）實現(xiàn)很難（2）存在其他干擾，每一個干擾都建立前饋，系統(tǒng)復(fù)雜，難有實用價值，而且有的干擾無法測量，有的可測量，但測量慣性很大，這樣無法消除其他干擾對被調(diào)量的影響。Gd(s)R(s)Gm(s)G(s)Y(s)D(s)Gc(s)前饋－反饋的優(yōu)點：（1）

減化前饋控制系統(tǒng)，（2）

降低了對前饋調(diào)節(jié)器精度的要求，（3）控制精度高，控制及時，顯著提高控制質(zhì)量。前饋——串級控制

Gd(s)R(s)Gm(s)Gc2(s)Y(s)D(s)Gc1(s)G2(s)G1(s)另一種形式的前饋：針對(1)隨動系統(tǒng)，R變化；（2）對象時間常數(shù)大

典型應(yīng)用：燃料控制系統(tǒng)，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，前饋形式是動態(tài)的微分形式。

R(s)Gm(s)G(s)Y(s)Gc(s)4