火電廠鍋爐過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要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。2.4.2動(dòng)態(tài)特性目前，單元機(jī)組廠廣泛采用噴水減溫方式來控制過熱蒸汽溫度。影響汽溫變化的因素很多，但主要有蒸汽流量、煙氣傳熱量和減溫水量等。在各種擾動(dòng)下，汽溫控制對(duì)象是有煙池、慣性和自平衡能力的。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)可以表示為：式（2.1）式中：Kc—鍋爐負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)被控對(duì)象的放大系數(shù)；一負(fù)荷擾動(dòng)后對(duì)象的滯后時(shí)間；Td為負(fù)荷擾動(dòng)后對(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，即時(shí)間常數(shù)和滯后時(shí)間都比較小,且較小。動(dòng)態(tài)特性曲線如圖2.6（a）所示。(a)蒸汽量D或煙氣傳熱量Q擾動(dòng)（b）減溫水WS擾動(dòng)圖2.6在擾動(dòng)下溫度的變化曲線煙氣側(cè)熱量擾動(dòng)下蒸汽溫度對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性當(dāng)燃料量、送風(fēng)量或煤種等發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起煙氣流速和煙氣溫度的變化，從而改變了傳熱情況，導(dǎo)致過熱器出口溫度的變化。由于煙氣傳熱量的改變是沿著整個(gè)過熱器長(zhǎng)度方向上同時(shí)發(fā)生的，因此汽溫變化的遲延很小，一般在15-25s之間。煙氣側(cè)擾動(dòng)的汽溫響應(yīng)曲線如圖2.5（a）所示。它與蒸汽量擾動(dòng)下的情況類似。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：式（2.2）式中：為煙氣溫度但對(duì)象特征總的特點(diǎn)是：有遲延，有慣性，有自平衡能力，其動(dòng)態(tài)特性曲線如圖2.6（a）所示。蒸汽溫度在減溫水量擾動(dòng)下的動(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2.6（b）所示。當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生后，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，可歸納出以下幾點(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。由圖可見，在減溫水流量擾動(dòng)下，減溫器出口過熱汽溫的響應(yīng)比過熱器出口汽溫快得多，可以肯定，在噴水減溫過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，以作為導(dǎo)前信號(hào)構(gòu)成串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可大大改善控制系統(tǒng)的性能。在減溫水流量擾動(dòng)下，導(dǎo)前汽溫的傳遞函數(shù)可表示為：式中：式（2.3）—減溫水流量擾動(dòng)下導(dǎo)前汽溫的放大系數(shù)；—為減溫水流量擾動(dòng)下導(dǎo)前汽溫對(duì)象的時(shí)間常數(shù)；—階數(shù)；在減溫水流量擾動(dòng)下，過熱汽溫的傳遞函數(shù)可表示為：式中：式（2.4）一減溫水流量擾動(dòng)下過熱蒸汽溫度的放大系數(shù)；—為減溫水流量擾動(dòng)下過熱蒸汽溫度的時(shí)間常數(shù)；—階數(shù)；對(duì)象惰性區(qū)的傳遞函數(shù)可表示為：式（2.5）式中：—減溫水流量擾動(dòng)下惰性區(qū)溫度的放大系數(shù)；—為減溫水流量擾動(dòng)下惰性區(qū)溫度的時(shí)間常數(shù)；—階數(shù)；由于惰性區(qū)的傳遞函數(shù)無法直接通過實(shí)驗(yàn)求出，所以可由實(shí)驗(yàn)得到的、、和、、來求取，計(jì)算公式如下：式（2.6）總的來說，根據(jù)對(duì)過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)對(duì)象做階躍擾動(dòng)試驗(yàn)得出的動(dòng)態(tài)特性曲線可知，它們均為有延遲的慣性環(huán)節(jié)，但各自的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)值有較大的差別。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）過熱汽溫控制系統(tǒng)的基本方案3過熱汽溫控制系統(tǒng)的基本方案目前，過熱汽溫的控制方案很多，而且隨著自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，新的控制方法不斷出現(xiàn)，汽溫控制的質(zhì)量也不斷提高。傳統(tǒng)的汽溫控制系統(tǒng)有兩種：串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)和采用導(dǎo)前微分信號(hào)的汽溫控制系統(tǒng)。由于過熱汽溫控制通道的遲延和慣性很大，被調(diào)量信號(hào)反應(yīng)慢，因此選擇減溫器后的汽溫作為局部反饋信號(hào)，形成了本次設(shè)計(jì)所采用的串級(jí)控制系統(tǒng)。下面將加以介紹。3.1串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)是各種復(fù)雜控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，由于其控制簡(jiǎn)單而得到廣泛應(yīng)用。但隨著工業(yè)技術(shù)的不斷更新，生產(chǎn)不斷強(qiáng)化，工業(yè)生產(chǎn)過程對(duì)工業(yè)參數(shù)提出了越來越嚴(yán)格的要求，并且由于生產(chǎn)過程中各參數(shù)間的關(guān)系復(fù)雜化及控制對(duì)象遲延和慣性的增大，都使得單回路控制系統(tǒng)顯得無能為力，因而產(chǎn)生了許多新的、較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如串級(jí)控制、導(dǎo)前微分控制、復(fù)合控制、分段控制、多變量控制等。串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)改善控制品質(zhì)有獨(dú)到之處，本節(jié)將對(duì)其組成、特點(diǎn)及整定進(jìn)行討論。3.2串級(jí)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和原理單元廠過熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖3.1所示：圖3.1串級(jí)控制系統(tǒng)該汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)中，有主、副兩個(gè)調(diào)節(jié)器。由于汽溫對(duì)象具有較大的延遲和慣性，主調(diào)節(jié)器多采用PID控制規(guī)律，其輸入偏差信號(hào)為-，輸出信號(hào)為，副調(diào)節(jié)器采用PI或P控制規(guī)律，接受導(dǎo)前汽溫信號(hào)和主調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)I，輸出為。當(dāng)過熱汽溫升高時(shí)，增加，主調(diào)節(jié)器輸出減小，副調(diào)節(jié)器輸出減小，減溫水量增加，過熱汽溫下降。在主、副調(diào)節(jié)器均具有PI控制規(guī)律的情況下，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，主、副調(diào)節(jié)器的輸入偏差均為零，即：=；=由此也可以認(rèn)為主調(diào)節(jié)器的輸出是導(dǎo)前汽溫的給定值。過熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)的原理方框圖如圖3.2所示，具有內(nèi)外兩個(gè)回路。內(nèi)回路由導(dǎo)前汽溫變送器、副調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、減溫水調(diào)節(jié)閥及減溫器組成；外回路由主汽溫對(duì)象、汽溫變送器、主調(diào)節(jié)器及整個(gè)內(nèi)回路組成。系統(tǒng)中以減溫器的噴水作為控制手段，因?yàn)闇p溫器離過熱器出口較遠(yuǎn)，且過熱器管壁熱容較大，主汽溫對(duì)象的滯后和慣性較大。若采用單回路控制主汽溫(即將作為主信號(hào)反饋到調(diào)節(jié)器PI1,PI1直接去控閥門開度)無法取得滿意的控制品質(zhì)。為此再取一個(gè)對(duì)減溫水量變化反映快的中間溫度信號(hào)作為導(dǎo)前信號(hào)，增加一個(gè)調(diào)節(jié)器PI2組成如圖3.2所示的串級(jí)控制系統(tǒng)。調(diào)節(jié)器PI2根據(jù)信號(hào)控制減溫水閥，如果有某種擾動(dòng)使汽溫比提早反映（例如：內(nèi)擾為噴水量W的自發(fā)性變化），那么由于PI2的提前動(dòng)作，擾動(dòng)引起的波動(dòng)很快消除，從而使主汽溫基本不受影響。另外，PI2的給定值受調(diào)節(jié)器PI1的影響，后者根據(jù)改變的給定值，從而保證負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，仍能保持X滿足要求。可見，串級(jí)系統(tǒng)中采用了兩級(jí)調(diào)節(jié)器，各有其特殊任務(wù)。圖3.2過熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)原理方框圖3.3串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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。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。通常串級(jí)控制系統(tǒng)是被用來克服對(duì)象的容積遲延和慣性。副回路應(yīng)該把生產(chǎn)系統(tǒng)的主要干擾包括在內(nèi)，應(yīng)力求把變化幅度最大、最劇烈和最頻繁的干擾包括在副回路內(nèi)，以充分發(fā)揮副回路改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的作用，保證主參數(shù)的穩(wěn)定。因此，在設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)設(shè)法找到一個(gè)反應(yīng)靈敏的副參數(shù)，使得干擾在影響主參數(shù)之前就得到克服，副回路的這種超前控制作用，必然使控制質(zhì)量有很大的提高。2）副回路應(yīng)包含被控對(duì)象所受到的主要干擾。串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)進(jìn)入副回路的擾動(dòng)有很強(qiáng)的克服能力，為發(fā)揮這一特殊作用，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，副參數(shù)的選擇應(yīng)使得副回路盡可能多的包括一些擾動(dòng)。但這將與要求副回路控制通道短，反應(yīng)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。一般應(yīng)使副回路的頻率比主回路的頻率高的多，當(dāng)副回路的時(shí)間常數(shù)加在一起超過了主回路時(shí)，采用串級(jí)控制就沒有什么效果了。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“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(3.1)式子中：為主回路的振蕩周期；為副回路振蕩周期，要滿足式（3.1），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)。主、副調(diào)節(jié)器的選型串級(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。本次設(shè)計(jì)采用P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)采用PID調(diào)節(jié)器。主、副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇作用1）主參數(shù)控制質(zhì)量要求不十分嚴(yán)格，同時(shí)在對(duì)副參數(shù)的要求也不高的情況下，為使兩者兼顧而采用串級(jí)控制方式時(shí)，主、副調(diào)節(jié)器均可以采用比例控制。2）要求主參數(shù)波動(dòng)范圍很小，且不允許有余差，此時(shí)副調(diào)節(jié)器可以采用比例控制，主調(diào)節(jié)器采用比例積分控制。3）主參數(shù)要求高，副參數(shù)亦有一定要求這時(shí)主、副調(diào)節(jié)器均采用比例積分形式。3.4串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)的整定串級(jí)控制系統(tǒng)中，兩個(gè)控制器串聯(lián)一起控制調(diào)節(jié)閥，因此兩個(gè)控制器是相互關(guān)聯(lián)的，不可避免會(huì)產(chǎn)生相互影響。所以兩個(gè)控制器的參數(shù)整定也是相互關(guān)聯(lián)的，需要相互協(xié)調(diào)，反復(fù)整定才能達(dá)到最佳效果。另外，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，主回路和副回路的工作頻率是不同的，一般副回路的工作頻率較高，主回路的頻率較低。工作頻率的高低主要取決于被控過程的動(dòng)態(tài)特性，但也與主、副回路的參數(shù)整定有關(guān)。在整定時(shí)應(yīng)盡量加大副控制器的增益以提高副回路的工作頻率，目的是師主、副回路的工作頻率盡可能錯(cuò)開，以減少相互作用的影響。在工程實(shí)踐中，串級(jí)控制系統(tǒng)常用的參數(shù)整定方法有逐步逼近法、兩部整定法，一步整定法等。本設(shè)計(jì)采用兩步整定法。圖3.3串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)方框圖兩步整定法：先整定副控制器，后整定主控制器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，由圖3.3得整定副回路時(shí)的方框圖，如圖3.4（a）所示?？砂磫位芈废到y(tǒng)的整定方法整定副調(diào)節(jié)器。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3.3可得式（3.1）從而求得副回路的閉和傳遞函數(shù)式（3.2）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3.4（b）所示?？砂磫位芈废到y(tǒng)的整定方法整定主調(diào)節(jié)器的參數(shù)。在此方法下主副控制器參數(shù)的工程整定如下：a.在工況穩(wěn)定，主、副控制器都在純比例作用的條件下，將主控制器的比例度先固定在100％的刻度上，然后逐漸減小副控制器的比例度，求取副回路在滿足某種衰減比(如4：1)過渡過程下的副控制器比例度δ2S和操作周期T2S。b.在副控制器比例度等于δ2S，的條件下，逐步減小主控制器的比例度，直至得到同樣衰減比下的過渡過程，記下此時(shí)主控制器的比例度δ1S。和操作周期T1S。c.根據(jù)上面得到的δ1S、、T1S、δ2S、、T2S計(jì)算主、副控制器的比例度、積分時(shí)間和微分時(shí)間。d.按“先副后主”、“先比例次積分后微分”的整定方法，將計(jì)算出的控制器參數(shù)加到控制器上。e.觀察控制過程，適當(dāng)調(diào)整，直到獲得滿意的過渡過程。按上述步驟整定系統(tǒng)后，通常應(yīng)滿足（、分別為主、副回路主導(dǎo)衰減振蕩成分的頻率）。通過整定可知主、副控制器的參數(shù)為圖3.4主副調(diào)節(jié)器分別獨(dú)立整定時(shí)的方框圖河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）器件的選型4器件的選型4.1溫度檢測(cè)變送器的選擇溫度變送器將溫度傳感元件（熱電阻或熱電偶）與信號(hào)轉(zhuǎn)換放大單元有機(jī)集成在一起，用來測(cè)量各種工藝過程中-200~1800℃范圍內(nèi)的液體、蒸汽及其它氣體介質(zhì)或固體表面的溫度。它通常和顯示儀表、記錄儀表以及各種控制系統(tǒng)配套使用，溫度變送器采用熱電偶、熱電阻作為測(cè)溫元件，從測(cè)量元件輸出信號(hào)送到變送器模塊，經(jīng)過穩(wěn)壓濾波、運(yùn)算放大、非線性校正、V/I轉(zhuǎn)換、恒流及反向保護(hù)等電路處理后，轉(zhuǎn)換成與溫度成線性關(guān)系的DC4~20mA和DC1~5ｖ或DC0~10mA和DC0~20ｖ標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)信號(hào)輸出。在溫度的測(cè)量中,熱電阻和熱電偶是常用的傳感器,與之相配的是溫度變送器,典型模擬式溫度變送器由三部分：輸入部分、放大器和反饋部分組成，其測(cè)溫元件，一般不包括在變送器內(nèi)，而是通過接線端子與變送器相連接。檢測(cè)元件把被測(cè)溫度Ti轉(zhuǎn)換為變送器的輸入信號(hào)xi，送入變送器。經(jīng)輸入回路變換成直流毫伏信號(hào)Ui后，Ui和調(diào)零與零遷移電路產(chǎn)生的調(diào)零信號(hào)Uz的代數(shù)和同反饋電路產(chǎn)生的反饋信號(hào)進(jìn)行比較，其差值送入放大器，經(jīng)放大得到整機(jī)的輸出信號(hào)Io。氣動(dòng)溫度變送器還需要將放大器的輸出電流信號(hào)Io經(jīng)儀表內(nèi)的電/氣轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成20-100kPa的氣壓圖4.1典型模擬式溫度變送器原理框圖此次設(shè)計(jì)所用的溫度檢測(cè)變送器是DDZ-Ⅲ系列S/DBWR熱電偶溫度變送器。S／DBWR型熱電偶溫度變送器，是DDZ一Ⅲ／S型系列儀表中的主要品種。它是用熱電偶作為測(cè)溫元件，將溫度轉(zhuǎn)換為微小電信號(hào)，放大并隔離處理成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)1～5VDC或4～20mADC輸出,供給指示、記錄、調(diào)節(jié)器、計(jì)算機(jī)等自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。整機(jī)由功能模塊組成，模塊電路先進(jìn)，技術(shù)性能高于DZ一Ⅲ／S系列同類產(chǎn)品，它是DDZ一Ⅲ／S系列溫度變送器的提高型產(chǎn)品。功能與特征:將熱電偶信號(hào)轉(zhuǎn)換為與所測(cè)量溫度成線性關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào);本安防爆型儀表:其標(biāo)志為(ib)ⅡCT6;實(shí)行電源-輸入-輸出之間三隔離;有理想的線性化校正和冷端補(bǔ)償功能;采用高性能固定模塊,結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,重量輕;儀表系列化,有架裝和短架裝二種結(jié)構(gòu)形式。

主要技術(shù)指標(biāo)：輸入標(biāo)準(zhǔn)熱電偶；輸出電流4～20mADC

；輸出電壓1～5VDC

；輸出阻抗250Ω

；允許負(fù)載變化范圍小于100Ω；冷端補(bǔ)償誤差小于1℃；溫度漂移小于0.℃；1基本誤差1℃；絕緣電阻絕緣強(qiáng)度強(qiáng)；電源/輸入/輸出端子間1500VAC/1分鐘；環(huán)境溫度:0～50℃；相對(duì)濕度小于90%(RH)；電源電壓24VDC(可訂制220VAC)功耗小于2W；防爆等級(jí)ⅡCT6。

4.2控制器的選型控制器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的地位和作用是十分重要的。當(dāng)干擾作用于被控過程時(shí)，其被控參數(shù)發(fā)生變化，使相應(yīng)的測(cè)量值偏離給定值而產(chǎn)生偏差?？刂破鲃t根據(jù)偏差大小，按照一定的規(guī)律使其輸出變化，并通過執(zhí)行器改變控制參數(shù)，使被控參數(shù)回到給定值，從而抵消干擾對(duì)被控參數(shù)的影響。所以控制器具有把在干擾作用下偏離給定值的被控參數(shù)重新拉回到給定值上的功能。DDZ-Ⅲ型控制器的作用是將變器送來的1~5VDC測(cè)量信號(hào)與1~5VDC給定信號(hào)進(jìn)行比較得到偏差信號(hào)，然后再將其偏差信號(hào)進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出4~20mADC信號(hào)，最后通過執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)對(duì)過程參數(shù)的自動(dòng)控制。一臺(tái)DDZ-Ⅲ型工業(yè)控制器除能實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算外，還具有如下功能，以適應(yīng)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的需要。本次設(shè)計(jì)采用的控制器是DTL-3100型控制器，控制器的側(cè)面板結(jié)構(gòu)如圖4.2（b）所示圖4.2DTL-3100型控制器外形圖DTL-3100型控制器是模擬式控制器中較為常見的一種，它以來自變送器或轉(zhuǎn)換器的1～5V直流測(cè)量信號(hào)作為輸入信號(hào)，與1～5V直流設(shè)定信號(hào)相比較得到偏差信號(hào)，然后對(duì)此信號(hào)進(jìn)行PID運(yùn)算后，輸出1～5V或4～20mA直流控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝變量的控制。整套儀表可以構(gòu)成安全火花型防爆系統(tǒng)，而且增加了安全柵，實(shí)現(xiàn)控制室與危險(xiǎn)場(chǎng)所之間的能量限制和隔離。有軟、硬兩種手動(dòng)操作方式，軟手動(dòng)與自動(dòng)之間相互切換具有雙向無平衡無擾動(dòng)特性，提高了控制器的操作性能。這是因?yàn)樵谧詣?dòng)與軟手動(dòng)之間有保持狀態(tài)，此時(shí)控制器輸出可長(zhǎng)期保持不變，所以即使有偏差存在，也能實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)制，現(xiàn)場(chǎng)傳輸信號(hào)為4～20mA直流電流，控制室聯(lián)絡(luò)信號(hào)為1～5V直流電壓，信號(hào)電流和電壓的轉(zhuǎn)換電阻為250Ω。由于電氣零點(diǎn)不是從零開始，因此容易識(shí)別斷電、斷線等故障。信號(hào)傳輸采用電流傳送-電壓接受的并聯(lián)方式，即進(jìn)出控制室的傳輸信號(hào)為直流電流信號(hào)（4～20mA），將此電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)后，以并聯(lián)形式傳輸給控制室各儀表。4.3執(zhí)行器的選型執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用液體、氣體、電力或其它能源并通過電機(jī)、氣缸或其它裝置將其轉(zhuǎn)化成驅(qū)動(dòng)作用?；镜膱?zhí)行機(jī)構(gòu)用于把閥門驅(qū)動(dòng)至全開或全關(guān)的位置。用與控制閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠精確的使閥門走到任何位置。電動(dòng)執(zhí)行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是分開的兩部分，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)分角行程和直行程兩種，都是以兩相交流電機(jī)為動(dòng)力的位置伺服機(jī)構(gòu)，作用是將輸入的直流電流信號(hào)線性的轉(zhuǎn)換為位移量。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)安全防爆性差，電機(jī)動(dòng)作不夠迅速，且在行程受阻或閥桿被扎住時(shí)電機(jī)容易受損。但是由于執(zhí)行器本身具有伺服功能，無須外接伺服放大器；可以帶過載保護(hù)單元；任意選擇正反動(dòng)作；斷電后閥門自鎖；電動(dòng)機(jī)內(nèi)部有溫度保護(hù)開關(guān)從而保護(hù)電機(jī)不被燒毀的等特點(diǎn)。電動(dòng)執(zhí)行器在不斷改進(jìn)有擴(kuò)大應(yīng)用的趨勢(shì)。電動(dòng)執(zhí)行器有五種類型：直行程電動(dòng)執(zhí)行器、角行程電動(dòng)執(zhí)行器、電動(dòng)調(diào)節(jié)伐、PID電動(dòng)調(diào)節(jié)執(zhí)行器和電磁閥。前四種屬于DDZ型。下面簡(jiǎn)要介紹一下直行程電動(dòng)執(zhí)行器(DKJ)和角行程電動(dòng)執(zhí)行器(DKZ)。直行程與角行程電動(dòng)執(zhí)行器的作用是接受調(diào)節(jié)器或其它儀表送來的DC4一20mA的標(biāo)準(zhǔn)直流電信號(hào)，經(jīng)執(zhí)行器后變成位移推力或轉(zhuǎn)角力矩，以操作開關(guān)、閥門等，完成自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)。這兩種執(zhí)行器都是由伺服放大器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分組成的。它們的結(jié)構(gòu)、工作原理和使用方法都是相似的，區(qū)別僅在于，一個(gè)輸出位移(推力)，一個(gè)輸出轉(zhuǎn)角(力矩)。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)執(zhí)行器采用ZKZ-310C型號(hào)。ZKZ型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可與III型儀表配套使用，也可與組裝儀表、顯示調(diào)節(jié)儀表配用，它以電源為動(dòng)力，接受統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)4-20mADC，將此轉(zhuǎn)變成與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的出軸直線位移，可用于發(fā)電廠、鋼鐵廠、化工、輕工等工業(yè)部門的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。儀表具有連續(xù)調(diào)節(jié)、手動(dòng)遙控，就地手操三種控制方式。使用ZKZ型直行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，配用DFD-1000型電動(dòng)操作器，可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)手動(dòng)至自動(dòng)無擾動(dòng)切換。ZKZ-310C型電動(dòng)執(zhí)行器參數(shù)：輸入信號(hào)DC4～20mA；輸入電阻250Ω；輸入通道3個(gè)隔離通道；電源電壓AC220V50Hz;環(huán)境溫度0～50℃;執(zhí)行機(jī)構(gòu)－10～55℃;相對(duì)濕度≤85%;執(zhí)行機(jī)構(gòu)小于95%；防爆等級(jí)dⅡBT4。4.4閥門定位器的選型閥門定位器是調(diào)節(jié)閥的主要附件，通常與氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥配套使用，它接受調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，然后以它的輸出信號(hào)去控制氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，當(dāng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作后，閥桿的位移又通過機(jī)械裝置反饋到閥門定位器，閥位狀況通過電信號(hào)傳給上位系統(tǒng)。

定位器結(jié)構(gòu)：閥門定位器按其結(jié)構(gòu)形式和工作原理可以分成氣動(dòng)閥門定位器、電－氣閥門定位器和智能式閥門定位器。閥門定位器能夠增大調(diào)節(jié)閥的輸出功率，減少調(diào)節(jié)信號(hào)的傳遞滯后，加快閥桿的移動(dòng)速度，能夠提高閥門的線性度，克服閥桿的磨擦力并消除不平衡力的影響，從而保證調(diào)節(jié)閥的正確定位。常用執(zhí)行機(jī)構(gòu)分氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，有直行程、角行程之分。用以自動(dòng)、手動(dòng)開閉各類閥門、風(fēng)板等。

閥門定位器的工作原理

閥門定位器是控制閥的主要附件.它將閥桿位移信號(hào)作為輸入的反饋測(cè)量信號(hào),以控制器輸出信號(hào)作為設(shè)定信號(hào)，進(jìn)行比較，當(dāng)兩者有偏差時(shí)，改變其到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出信號(hào)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，建立了閥桿位移倍與控制器輸出信號(hào)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，閥門定位器組成以閥桿位移為測(cè)量信號(hào)，以控制器輸出為設(shè)定信號(hào)的反饋控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)的操縱變量是閥門定位器去執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出信號(hào)。

閥門定位器的分類

閥門定位器按輸入信號(hào)分為氣動(dòng)閥門定位器和電氣閥門定位器。氣動(dòng)閥門定位器的輸入信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)氣信號(hào)，例如，20~100kPa氣信號(hào)，其輸出信號(hào)也是標(biāo)準(zhǔn)的氣信號(hào)。電氣閥門定位器的輸入信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)電流或電壓信號(hào)，例如，4~20mA電流信號(hào)或1~5V電壓信號(hào)等，在電氣閥門定位器內(nèi)部將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁力，然后輸出氣信號(hào)到撥動(dòng)控制閥。按閥門定位器輸出和輸入信號(hào)的增益符號(hào)分為正作用閥門定位器和反作用閥門定位器。正作用閥門定位器的輸入信號(hào)增加時(shí)，輸出信號(hào)也增加，因此，增益為正。反作用閥門定位器的輸入信號(hào)增加時(shí)，輸出信號(hào)減小，因此，增益為負(fù)。按閥門定位器輸入信號(hào)是模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，可分為普通閥門定位器和現(xiàn)場(chǎng)總線電氣閥門定位器。普通閥門定位器的輸入信號(hào)是模擬氣壓或電流、電壓信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)總線電氣閥門定位器的輸入信號(hào)是現(xiàn)場(chǎng)總線的數(shù)字信號(hào)。按閥門定位器是否帶CPU可分為普通電氣閥門定位器和智能電氣閥門定位器。普通電氣閥門定位器沒有CPU，因此，不具有智能，不能處理有關(guān)的智能運(yùn)算。智能電氣閥門定位器帶CPU，可處理有關(guān)智能運(yùn)算，例如，可進(jìn)行前向通道的非線性補(bǔ)償?shù)?，現(xiàn)場(chǎng)總線電氣閥門定位器還可帶PID等功能模塊，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)算。

本次設(shè)計(jì)所采用的定位器是SS3智能型閥門定位器。SS3智能型閥門定位器是采用革新的高性能線圈，適用于環(huán)境苛刻場(chǎng)合。

特點(diǎn)：自動(dòng)設(shè)定零點(diǎn)與量程；不管怎么連接氣接口，自動(dòng)覺察RA或DA；閥位反饋(4-20mA)；無特別的調(diào)整，可以單雙作用通用；外形緊湊，可安裝于小型執(zhí)行器上；動(dòng)作失敗時(shí)，報(bào)警錯(cuò)誤信息；檢測(cè)模式下，可用固定的任意信號(hào)都可以檢測(cè)執(zhí)行器；工作溫度范圍是30℃~+75℃。

河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主蒸汽溫度控制系統(tǒng)的仿真和改進(jìn)5主蒸汽溫度控制系統(tǒng)的仿真和改進(jìn)在熱工過程控制中，串級(jí)PID控制系統(tǒng)能夠有效的控制內(nèi)部擾動(dòng)，但是對(duì)于一些大慣性、大時(shí)延，時(shí)變的控制系統(tǒng)控制起來就困難了。因?yàn)橛械倪^程控制（對(duì)象特性）具有較大的純延遲，使得被調(diào)量不能及時(shí)反映系統(tǒng)所承受的擾動(dòng)，且當(dāng)過程控制通道或測(cè)量環(huán)節(jié)存在延遲時(shí)候，會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性；另外純遲延會(huì)導(dǎo)致被控制量的最大動(dòng)態(tài)偏差增大，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)質(zhì)量下降，而且之比越大越不容易控制。解決具有純遲延的過程控制是一個(gè)比較棘手的問題，對(duì)于閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的純遲延若單單采用上述的串級(jí)控制等方案是無法保證其控制質(zhì)量，且響應(yīng)速度也和很慢，如果在控制精度很高的場(chǎng)合，則須采取其他控制手段，例如補(bǔ)償控制，采樣控制等等。本章僅就預(yù)估控制方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。5.1串級(jí)PID系統(tǒng)仿真通過查閱相關(guān)資料可知導(dǎo)前區(qū)的傳遞函數(shù)為式（5.1）惰性區(qū)的傳遞函數(shù)為式（5.2）其調(diào)節(jié)器為PID調(diào)節(jié)器，即：式（5.3）用衰減曲線法整定參數(shù)得，用MATLAB的Simulink進(jìn)行仿真，其結(jié)構(gòu)圖如圖5.1所示，其仿真曲線如圖5.2所示圖5.1串級(jí)PID控制的simulink結(jié)構(gòu)圖圖5.2串級(jí)PID控制的simulink仿真圖對(duì)系統(tǒng)施加一個(gè)給定值階躍擾動(dòng)（r=1）時(shí)響應(yīng)曲線如下圖5.3所示圖5.3給定值階躍擾動(dòng)響應(yīng)曲線給系統(tǒng)施加一個(gè)外部階躍擾動(dòng)時(shí)的仿真如圖5.4所示圖5.4系統(tǒng)外部階躍擾動(dòng)仿真圖當(dāng)惰性區(qū)純滯后時(shí)間變?yōu)?0，慣性時(shí)間常數(shù)變?yōu)?00時(shí)，其仿真如圖5.5所示圖5.5變?yōu)?0，Td變?yōu)?00時(shí)的仿真圖當(dāng)變?yōu)楫?dāng)純滯后時(shí)間變?yōu)?0，慣性時(shí)間常數(shù)變?yōu)?20時(shí)如圖5.6所示圖5.6變?yōu)?0，Td變?yōu)?20的仿真圖由圖5.2可以看到在鍋爐過熱汽溫控制系統(tǒng)中，串級(jí)PID控制能取得比較令人滿意的效果。由圖5.3、5.4可以看到串級(jí)系統(tǒng)對(duì)抑制回路內(nèi)部干擾效果不錯(cuò)，對(duì)外部干擾效果不是太好，因此要盡可能把主要的干擾放在內(nèi)回路解決。但是隨著控制理論的發(fā)展和過熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)，常規(guī)PID控制器仍然存在較大的不足，比如其響應(yīng)速度慢、超調(diào)量大、過渡時(shí)間長(zhǎng)。造成這問題的主要原因是，常規(guī)PID控制器的參數(shù)是固定不變的，對(duì)參數(shù)的整定只能大致按照整個(gè)控制過程的要求進(jìn)行，而系統(tǒng)在控制過程的各個(gè)階段對(duì)參數(shù)卻有不同的要求。另外，過熱汽溫控制系統(tǒng)屬于大慣性、大延遲的系統(tǒng)，由于串級(jí)PID的參數(shù)是固定的，很難在工況發(fā)生變化時(shí)取得令人滿意的效果。由圖5.5、圖5.6可知，為取得較好的控制效果，對(duì)于大時(shí)延、大慣性的系統(tǒng)，單單的串級(jí)控制系統(tǒng)是不夠的，因此需要改進(jìn)其算法。下面就來介紹Smith預(yù)估補(bǔ)償器的作用。5.2基于Smith預(yù)估計(jì)補(bǔ)償器的串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)對(duì)于有純遲延過程的控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器采用PID控制規(guī)律時(shí)，系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)品質(zhì)均下降，純遲延愈大，其性能指標(biāo)下降的愈大。Smith針對(duì)具有純遲延的過程，提出在PID反饋控制的基礎(chǔ)上引入一個(gè)預(yù)補(bǔ)償環(huán)節(jié)，使控制品質(zhì)大大提高。下面就對(duì)Smith預(yù)估補(bǔ)償?shù)脑磉M(jìn)行更詳細(xì)地介紹。當(dāng)采用簡(jiǎn)單回路控制時(shí)，如圖5.7所示圖5.7單回路控制系統(tǒng)控制器的傳遞函數(shù)為，對(duì)象的傳遞函數(shù)為時(shí)，從設(shè)定值作用至被控變量的閉環(huán)傳遞函數(shù)是：式（5.4）擾動(dòng)作用至被控變量的閉環(huán)傳遞函數(shù)是：式（5.5）如果分母中的項(xiàng)可以除去，情況就大有改善，遲延對(duì)閉環(huán)極點(diǎn)的不利影響將不復(fù)存在。Smith預(yù)估補(bǔ)償方案主題思想就是消去分母中的項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)的方法是把對(duì)象的數(shù)字模型引入到控制回路之內(nèi)，設(shè)法取得更為及時(shí)的反饋信息，以改進(jìn)控制品質(zhì)，這種方案可按不同的角度進(jìn)行解釋說明，下面從內(nèi)模（模型置于回路之內(nèi)）的角度來介紹。Smith預(yù)估器補(bǔ)償原理圖如圖5.8所示。圖5.8Smith預(yù)估補(bǔ)償控制原理圖在圖5.8中是對(duì)象除去純遲延環(huán)節(jié)以后的傳遞函數(shù)，是Smith預(yù)估補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)，假若系統(tǒng)中無此補(bǔ)償器，則由調(diào)節(jié)器輸出到被調(diào)量之間的傳遞函數(shù)為：式（5.6）上式表明，受到控制作用之后的被調(diào)量要經(jīng)過純遲延之后才能返回到調(diào)節(jié)器。若系統(tǒng)采用預(yù)估補(bǔ)償器，則調(diào)節(jié)器與反饋到調(diào)節(jié)器的之間傳遞函數(shù)是兩個(gè)并聯(lián)通道之和，即式（5.7）為使調(diào)節(jié)器采集的信號(hào)不至遲延，則要求式（5.8）為式（5.8）從上式便可得到預(yù)估補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)為：式（5.9）一般稱式（5.4）表示的預(yù)估器為Smith預(yù)估器。其實(shí)施框圖如圖5.3所示，只要一個(gè)與對(duì)象除去純遲延環(huán)節(jié)后的傳遞函數(shù)相同的環(huán)節(jié)和一個(gè)遲延時(shí)間等于的純遲延環(huán)節(jié)就可以組成Smith預(yù)估模型，它將消除大遲延對(duì)系統(tǒng)過度過程的影響，使調(diào)節(jié)過程的品質(zhì)與過程無遲延環(huán)節(jié)時(shí)的情況一樣，只是在時(shí)間坐標(biāo)上向后推遲的一個(gè)時(shí)間。圖5.9Smith補(bǔ)償控制系統(tǒng)方框圖從圖5.9可以推出系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為=式（5.10）式（5.10）式中為無延遲環(huán)節(jié)時(shí)系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)。式（5.11）由式（5.10）可見，對(duì)于隨動(dòng)控制經(jīng)預(yù)估補(bǔ)償，其特征方程中已消去了項(xiàng)，即消除了純遲延對(duì)系統(tǒng)控制品質(zhì)的不利影響。至于分子之中的僅僅將系統(tǒng)控制過程曲線在時(shí)間軸上推遲了一個(gè)，所以預(yù)補(bǔ)償完全補(bǔ)償了純遲延對(duì)過程的不利影響?？刂破焚|(zhì)與被控過程無純遲延完全相同。對(duì)于定值控制，由式（5.11）可知，閉環(huán)傳遞函數(shù)由兩項(xiàng)組成。第一項(xiàng)為擾動(dòng)對(duì)象只有時(shí)才產(chǎn)生控制作用，當(dāng)時(shí)無控制作用。所以Smith預(yù)估補(bǔ)償控制應(yīng)用于定值控制其效果不如隨動(dòng)控制。不過，從系統(tǒng)特征方程看，預(yù)估補(bǔ)償方案對(duì)定值控制系統(tǒng)品質(zhì)的改善還是有好處的。通過對(duì)Smith預(yù)估計(jì)的分析，可以推出串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)的原理圖5.10，并用simulink對(duì)其仿真可以得到其仿真圖5.11，如下所示圖5.10基于Smith預(yù)估補(bǔ)償?shù)倪^熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)的simlink結(jié)構(gòu)圖圖5.11基于Smith預(yù)估補(bǔ)償?shù)拇?jí)控制系統(tǒng)仿真圖把惰性區(qū)的延遲時(shí)間由40s改為60s，再次進(jìn)行仿真得到的仿真曲線如圖5.12所示。圖5.12=60時(shí)基于Smith估計(jì)的串級(jí)系統(tǒng)仿真圖由仿真圖5.2與圖5.11相比較得到，由圖5.11可以看出Smith預(yù)估器使控制品質(zhì)大大提高，系統(tǒng)的特性非常好。由仿真圖5.11與圖5.12相比較得到，Smith預(yù)估器它對(duì)模型的誤差十分敏感，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)變化時(shí)，由于控制參數(shù)不能隨之而化，不能對(duì)受控過程參數(shù)做出適時(shí)調(diào)整，從而時(shí)過程的品質(zhì)指標(biāo)惡化。適應(yīng)性不強(qiáng)，也就是魯棒性非常差。由于主蒸汽溫度被控對(duì)象的參數(shù)會(huì)隨著時(shí)間的變化而產(chǎn)生變化，所以我們需要的是魯棒性好的控制系統(tǒng)，要進(jìn)一步探討別的方法。5.3基于改進(jìn)型Smith預(yù)估器的串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制在理論上可以克服大滯后的影響。但是從史密斯預(yù)估補(bǔ)償原理可知，史密斯預(yù)估器的設(shè)計(jì)需要知道被控過程的精確數(shù)學(xué)模型，如果被控過程的特性不能精確得到，就很難得到預(yù)期的控制效果。為了克服這一缺點(diǎn)，提出了多種史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制的改進(jìn)方案，下面是由Hang等提出的改進(jìn)型預(yù)估器，它比原方案多了一個(gè)調(diào)節(jié)器，其方框圖如圖5.13所示。圖5.13改進(jìn)型Smith預(yù)估器方框圖改進(jìn)型Smith預(yù)估器方案比原Smith補(bǔ)償方案多了一個(gè)調(diào)節(jié)器，但其參數(shù)整定還比較簡(jiǎn)單。為了保證系統(tǒng)輸出相應(yīng)無余差，要求兩個(gè)調(diào)節(jié)器均PI為動(dòng)作調(diào)節(jié)器。其中主調(diào)節(jié)器只需按模型完全準(zhǔn)確的情況下進(jìn)行整定。至于輔助調(diào)節(jié)器的整定似乎要復(fù)雜一些，但經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，輔助調(diào)節(jié)器是在反饋通道上，且與模型傳遞函數(shù)一起構(gòu)成。如果假設(shè)是一階環(huán)節(jié)。且設(shè)，即使調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間等于模型的時(shí)間常數(shù)，則可簡(jiǎn)化為：式（5.11）這樣，反饋回路上出現(xiàn)了一個(gè)一階濾波器，其中只有一個(gè)整定參數(shù)，實(shí)質(zhì)上只有中的比例增益需要整定。在單元廠中，主汽溫這一調(diào)節(jié)對(duì)象是一個(gè)時(shí)變的、非線性、大滯后、大慣性的復(fù)雜控制對(duì)象，控制起來是相當(dāng)不容易。Smith預(yù)估補(bǔ)償控制從理論上為解決時(shí)滯的控制問題提供了一種有效的方法。但是傳統(tǒng)的Smith預(yù)估補(bǔ)償由于缺乏被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型且不適應(yīng)參數(shù)變化的大延遲過程控制，很難在該類控制中取得令人滿意的效果。所以，人們?cè)趯?shí)踐中提出一些改進(jìn)方案，通過對(duì)傳統(tǒng)的Smith預(yù)估補(bǔ)償控制進(jìn)行了改進(jìn)，使得此類控制得以解決，同時(shí)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性也提高的許多。下面我們就從系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性方面進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，主汽溫的原理方框圖如圖5.14所示。圖5.14基于改進(jìn)型串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)的simulink結(jié)構(gòu)圖用simulink對(duì)其進(jìn)行仿真可得其仿真圖5.15所示圖5.15改進(jìn)型串級(jí)控制系統(tǒng)仿真圖現(xiàn)把惰性區(qū)傳遞函數(shù)中的時(shí)間常數(shù)Td由90改變?yōu)?20和延遲時(shí)間常數(shù)從40改變?yōu)?0時(shí)，控制系統(tǒng)的Simulink仿真結(jié)果圖如圖5.16所示。圖5.16改進(jìn)型控制系統(tǒng)=60，Td=120時(shí)仿真圖從仿真結(jié)果圖5.15、5.16中可以看出，在給定對(duì)象的情況下，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能快速、準(zhǔn)確地跟蹤設(shè)定值；當(dāng)惰性區(qū)傳遞函數(shù)中的時(shí)間常數(shù)t由90改變?yōu)?20和延遲時(shí)間常數(shù)從40改變?yōu)?0時(shí)，曲線的形狀幾乎變化不大，這就說明基于改進(jìn)型Smith預(yù)估器對(duì)大慣性、純延遲系統(tǒng)具有較好的控制效果，提高了系統(tǒng)的魯棒性得以提高，使控制品質(zhì)變好。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)論結(jié)論本設(shè)計(jì)首先對(duì)串級(jí)控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析，并且通過計(jì)算、整定和分析，發(fā)現(xiàn)在控制方面它們各有特點(diǎn)，但相對(duì)于延遲大，外擾多的系統(tǒng)來說，串級(jí)控制系統(tǒng)更為適用，所以初期采用串級(jí)控制方案。但很快發(fā)現(xiàn)對(duì)純延遲過程系統(tǒng)的控制是個(gè)非常復(fù)雜的問題，單純的串級(jí)控制是無法滿足的，通過查閱各種文獻(xiàn)資料，選擇了添加Smith預(yù)估補(bǔ)償器，Smith針對(duì)純延遲控制有很好的改善作用，使控制品質(zhì)大大提高。于是代入傳遞函數(shù)進(jìn)行仿真，當(dāng)時(shí)間常數(shù)合適時(shí)控制品質(zhì)很好，但當(dāng)時(shí)間常數(shù)有所變動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)顯示了明顯的不適應(yīng)，即它的魯棒性還不是很好。于是只好進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，為了克服這一缺點(diǎn)，又分別對(duì)幾種方案進(jìn)行分析，最后采取了改進(jìn)型Smith預(yù)估器，再次進(jìn)行仿真，此時(shí)改變系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，仿真結(jié)果與改變前幾乎一樣，這就說明了系統(tǒng)具有了較好的魯棒性。本文對(duì)具有慣性時(shí)間及延遲擾動(dòng)的主蒸汽溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行了預(yù)估補(bǔ)償控制。很好的滿足設(shè)計(jì)所要求的性能。提高了對(duì)大慣性、大遲延過程控制的有效性。提高了電廠主蒸汽溫度控制系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷(模型變化)的適應(yīng)性，使系統(tǒng)具有了較好的魯棒性。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）致謝致謝經(jīng)過近兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在院系領(lǐng)導(dǎo)各個(gè)部門的組織下和指導(dǎo)老師的認(rèn)真輔導(dǎo)下，經(jīng)過多方的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作順利完成了。我畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是《過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)設(shè)