鍋爐夾套和內(nèi)膽溫度串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)

學(xué)校代碼：10128學(xué)號(hào)：200820506086化工學(xué)院(科研訓(xùn)練報(bào)告學(xué)生姓名:岳超系別:過(guò)程裝備與控制工程系專(zhuān)業(yè):過(guò)程裝備與控制工程班級(jí):過(guò)控08--1班實(shí)習(xí)地點(diǎn):薛家灣熱電廠指導(dǎo)教師：白競(jìng)平二零一二年三月鍋爐夾套和內(nèi)膽溫度串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)—一串級(jí)控制系統(tǒng)：串級(jí)控制系統(tǒng)-----兩只調(diào)節(jié)器串聯(lián)起來(lái)工作，其中一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出作為另一個(gè)調(diào)節(jié)器的給定值的系統(tǒng)。基本概念即組成結(jié)構(gòu)串級(jí)控制系統(tǒng)采用兩套檢測(cè)變送器和兩個(gè)調(diào)節(jié)器，前一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出作為后一個(gè)調(diào)節(jié)器的設(shè)定，后一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出送往調(diào)節(jié)閥。3前一個(gè)調(diào)節(jié)器稱(chēng)為主調(diào)節(jié)器，它所檢測(cè)和控制的變量稱(chēng)主變量（主被控參數(shù)），即工藝控制指標(biāo)；后一個(gè)調(diào)節(jié)器稱(chēng)為副調(diào)節(jié)器，它所檢測(cè)和控制的變量稱(chēng)副變量（副被控參數(shù)），是為了穩(wěn)定主變量而引入的輔助變量。整個(gè)系統(tǒng)包括兩個(gè)控制回路，主回路和副回路。副回路由副變量檢測(cè)變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過(guò)程構(gòu)成；主回路由主變量檢測(cè)變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過(guò)程和主過(guò)程構(gòu)成。一次擾動(dòng)：作用在主被控過(guò)程上的，而不包括在副回路范圍內(nèi)的擾動(dòng)。二次擾動(dòng)：作用在副被控過(guò)程上的，即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動(dòng)。串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生時(shí)，破壞了穩(wěn)定狀態(tài)，調(diào)節(jié)器進(jìn)行工作。根據(jù)擾動(dòng)施加點(diǎn)的位置不同，分種情況進(jìn)行分析：1）擾動(dòng)作用于副回路2） 擾動(dòng)作用于主過(guò)程3） 擾動(dòng)同時(shí)作用于副回路和主過(guò)程分析可以看到：在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于引入了一個(gè)副回路,不僅能及早克服進(jìn)入副回路的擾動(dòng)，而且又能改善過(guò)程特性。副調(diào)節(jié)器具有“粗調(diào)”的作用，主調(diào)節(jié)器具有“細(xì)調(diào)”的作用，從而使其控制品質(zhì)得到進(jìn)一步提高。系統(tǒng)特點(diǎn)及分析1*改善了過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)控制質(zhì)量。2*能迅速克服進(jìn)入副回路的二次擾動(dòng)。3*提高了系統(tǒng)的工作頻率。4*對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)性較強(qiáng)串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主回路的設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)的主回路是定值控制，其設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)類(lèi)似，設(shè)計(jì)過(guò)程可以按照簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行。這里主要解決串級(jí)控制系統(tǒng)中兩個(gè)回路的協(xié)調(diào)工作問(wèn)題。主要包括如何選取副被控參數(shù)、確定主、副回路的原則等問(wèn)題。副回路的設(shè)計(jì)由于副回路是隨動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)包含在其中的二次擾動(dòng)具有很強(qiáng)的抑制能力和自適應(yīng)能力，二次擾動(dòng)通過(guò)主、副回路的調(diào)節(jié)對(duì)主被控量的影響很小，因此在選擇副回路時(shí)應(yīng)盡可能把被控過(guò)程中變化劇烈、頻繁、幅度大的主要擾動(dòng)包括在副回路中，此外要盡可能包含較多的擾動(dòng)。歸納如下。在設(shè)計(jì)中要將主要擾動(dòng)包括在副回路中。將更多的擾動(dòng)包括在副回路中。副被控過(guò)程的滯后不能太大，以保持副回路的快速相應(yīng)特性。要將被控對(duì)象具有明顯非線(xiàn)性或時(shí)變特性的一部分歸于副對(duì)象中。在需要以流量實(shí)現(xiàn)精確跟蹤時(shí)，可選流量為副被控量。在這里要注意(2)和(3)存在明顯的矛盾，將更多的擾動(dòng)包括在副回路中有可能導(dǎo)致副回路的滯后過(guò)大，這就會(huì)影響到副回路的快速控制作用的發(fā)揮，因此，在實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中要兼顧(2)和(3)的綜合。主、副回路的匹配主、副回路中包含的擾動(dòng)數(shù)量、時(shí)間常數(shù)的匹配設(shè)計(jì)中考慮使二次回路中應(yīng)盡可能包含較多的擾動(dòng)，同時(shí)也要注意主、畐回路擾動(dòng)數(shù)量的匹配問(wèn)題。畐回路中如果包括的擾動(dòng)越多，其通道就越長(zhǎng)，時(shí)間常數(shù)就越大，副回路控制作用就不明顯了，其快速控制的效果就會(huì)降低。如果所有的擾動(dòng)都包括在副回路中，主調(diào)節(jié)器也就失去了控制作用。原則上，在設(shè)計(jì)中要保證主、副回路擾動(dòng)數(shù)量、時(shí)間常數(shù)之比值在3?10之間。比值過(guò)高，即副回路的時(shí)間常數(shù)較主回路的時(shí)間常數(shù)小得太多，副回路反應(yīng)靈敏，控制作用快，但副回路中包含的擾動(dòng)數(shù)量過(guò)少，對(duì)于改善系統(tǒng)的控制性能不利；比值過(guò)低，副回路的時(shí)間常數(shù)接近主回路的時(shí)間常數(shù)，甚至大于主回路的時(shí)間常數(shù)，副回路雖然對(duì)改善被控過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性有益，但是副回路的控制作用缺乏快速性，不能及時(shí)有效地克服擾動(dòng)對(duì)被控量的影響。嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)主、副回路“共振”現(xiàn)象，系統(tǒng)不能正常工作。3） 主、副調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律的匹配、選擇在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主、副調(diào)節(jié)器的作用是不同的。主調(diào)節(jié)器是定值控制，副調(diào)節(jié)器是隨動(dòng)控制。系統(tǒng)對(duì)二個(gè)回路的要求有所不同。主回路一般要求無(wú)差，主調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律應(yīng)選取PI或PID控制規(guī)律；副回路要求起控制的快速性，可以有余差，一般情況選取P控制規(guī)律而不引入I或D控制。如果引入I控制，會(huì)延長(zhǎng)控制過(guò)程，減弱副回路的快速控制作用；也沒(méi)有必要引入D控制，因?yàn)楦被芈凡捎肞控制已經(jīng)起到了快速控制作用，引入D控制會(huì)使調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作過(guò)大，不利于整個(gè)系統(tǒng)的控制。4） 主、副調(diào)節(jié)器正反作用方式的確定。一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)正常工作必須保證采用的反饋是負(fù)反饋。串級(jí)控制系統(tǒng)有兩個(gè)回路，主、副調(diào)節(jié)器作用方式的確定原則是要保證兩個(gè)回路均為負(fù)反饋。確定過(guò)程是首先判定為保證內(nèi)環(huán)是負(fù)反饋副調(diào)節(jié)器應(yīng)選用那種作用方式，然后再確定主調(diào)節(jié)器的作用方式。副調(diào)節(jié)器作用方式的確定：首先確定調(diào)節(jié)閥，出于生產(chǎn)工藝安全考慮，燃料調(diào)節(jié)閥應(yīng)選用氣開(kāi)式，這樣保證當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障使調(diào)節(jié)閥損壞而處于全關(guān)狀態(tài)，防止燃料進(jìn)入加熱爐，確保設(shè)備安全，調(diào)節(jié)閥的Kv>0。然后確定副被控過(guò)程的Ko2，當(dāng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度增大，燃料量增大，爐膛溫度上升，所以Ko2>0。最后確定副調(diào)節(jié)器，為保證副回路是負(fù)反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)（即增益）乘積必須為正，所以副調(diào)節(jié)器K2>0，副調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式。主調(diào)節(jié)器作用方式的確定：爐膛溫度升高，物料出口溫度也升高，主被控過(guò)程Koi>0。為保證主回路為負(fù)反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)乘積必須為正，所以副調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)K1>0,主調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式。例如圖1所示串級(jí)控制系統(tǒng)示意圖，從加熱爐安全角度考慮，調(diào)節(jié)閥應(yīng)選氣開(kāi)閥，即如果調(diào)節(jié)閥的控制信號(hào)中斷，閥門(mén)應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，控制信號(hào)上升，閥門(mén)開(kāi)度增大，流量增加，是正作用方式。反之，為負(fù)作用方式。副對(duì)象的輸入信號(hào)是燃料流量，輸出信號(hào)是閥后燃料壓力，流量上升，壓力亦增加是正作用方式。測(cè)量變送單元作用方式均為正。在圖2的串級(jí)控制系統(tǒng)框圖中可以看到，由于副回路可以簡(jiǎn)化成一個(gè)正作用方式環(huán)節(jié),主對(duì)象作用方式為正，主測(cè)量變送環(huán)節(jié)為正。根據(jù)單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中介紹的閉合系統(tǒng)必須為負(fù)反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，即閉環(huán)各環(huán)節(jié)比例度乘積必須為正，故主調(diào)節(jié)器均選用反作用調(diào)節(jié)器，副調(diào)節(jié)器均選用反作用調(diào)節(jié)器。串級(jí)控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用1.用于克服被控過(guò)程較大的容量滯后 在過(guò)程控制系統(tǒng)中，被控過(guò)程的容量滯后較大，特別是一些被控量是溫度等參數(shù)時(shí)，控制要求較高，如果采用單回路控制系統(tǒng)往往不能滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要求。利用串級(jí)控制系統(tǒng)存在二次回路而改善過(guò)程動(dòng)態(tài)特性，提高系統(tǒng)工作頻率，合理構(gòu)造二次回路，減小容量滯后對(duì)過(guò)程的影響，加快響應(yīng)速度。在構(gòu)造二次回路時(shí)，應(yīng)該選擇一個(gè)滯后較小的副回路，保證快速動(dòng)作的副回路。2.用于克服被控過(guò)程的純滯后 被控過(guò)程中存在純滯后會(huì)嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，使控制系統(tǒng)不能滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要求。使用串級(jí)控制系統(tǒng)，在距離調(diào)節(jié)閥較近、純滯后較小的位置構(gòu)成副回路，把主要擾動(dòng)包含在副回路中，提咼副回路對(duì)系統(tǒng)的控制能力，可以減小純滯后對(duì)主被控量的影響。改善控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。用于抑制變化劇烈幅度較大的擾動(dòng) 串級(jí)控制系統(tǒng)的副回路對(duì)于回路內(nèi)的擾動(dòng)具有很強(qiáng)的抑制能力。只要在設(shè)計(jì)時(shí)把變化劇烈幅度大的擾動(dòng)包含在副回路中，即可以大大削弱其對(duì)主被控量的影響。4…用于克服被控過(guò)程的非線(xiàn)性在過(guò)程控制中，