電廠鍋爐蒸汽溫度串級控制系統(tǒng)設(shè)計論文

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計論文</b></p><p>　　題 目 電廠鍋爐蒸汽溫度串級控制系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　專業(yè)名稱 </p><p>　　學生姓名 </p><p>　　指導教師

2、 </p><p>　　畢業(yè)時間 2014.6 </p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>　　一、題目</b></p><p>　　電廠鍋爐蒸汽溫度串級控制系統(tǒng)設(shè)計</p

3、><p>　　二、指導思想和目的要求</p><p>　　通過畢業(yè)設(shè)計使學生對所學自動化基本知識和專業(yè)理論加深理解，掌握工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)設(shè)計和仿真的基本方法，培養(yǎng)獨立開展設(shè)計工作的能力。</p><p>　　要求在畢業(yè)設(shè)計中： </p><p>　　分析研究火力發(fā)電廠鍋爐蒸汽溫度控制要求，特點及控制系統(tǒng)設(shè)計方法，設(shè)計電廠鍋爐蒸汽溫度串級控制系

4、統(tǒng)，達到要求的主要技術(shù)指標；</p><p>　　開展控制系統(tǒng)方案論證，建立系統(tǒng)數(shù)學模型，進行溫度控制系統(tǒng)分析；</p><p>　　設(shè)計串級控制系統(tǒng)控制規(guī)律，進行參數(shù)整定；</p><p>　　進行數(shù)學仿真，驗證設(shè)計； </p><p><b>　　撰寫畢業(yè)設(shè)計論文。</b></p><p>&

5、lt;b>　　三、主要技術(shù)指標</b></p><p>　　350MW機組鍋爐過熱蒸汽溫度保持在；</p><p>　　在減溫水流量變化時，鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)能穩(wěn)定運行，衰減系數(shù)；</p><p>　　過程動態(tài)性能指標為：</p><p>　　溫度波動最大偏差不超過；</p><p>　　過渡過

6、程時間不大于；</p><p>　　3. 鍋爐穩(wěn)定運行時，過熱蒸汽溫度應(yīng)在給定值的范圍內(nèi)</p><p><b>　　四、進度和要求</b></p><p>　　1-3周：收集查閱資料；</p><p>　　4-6周：完成總體方案設(shè)計和建模；</p><p>　　7-8周：完成系統(tǒng)分析和控制規(guī)律設(shè)

7、計；</p><p>　　9-11周：完成仿真驗證及修改；</p><p>　　12-13周：完成畢業(yè)設(shè)計論文. </p><p>　　五、主要參考書及參考資料</p><p>　?、?金以慧等，《過程控制》，清華大學出版社，2000年；</p><p>　?、?張欒英，孫萬云，《火電廠過程控制》，中國電力出版

8、社，2004年；</p><p>　?、?于希寧，劉紅軍，《火電場自動控制理論》，中國電力出版社，2004年.</p><p>　　學生 郭榮玲 指導教師 金 文 凱 系主任 </p><p>　　電廠鍋爐溫度串級控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b><

9、/p><p>　　本文是針對鍋爐蒸汽溫度控制系統(tǒng)進行的分析和設(shè)計，而對鍋爐蒸汽的良好控制是保證系統(tǒng)輸出蒸汽溫度穩(wěn)定的前提，所以本系統(tǒng)采用串級控制系統(tǒng)，這樣可以極大的消除控制系統(tǒng)工作中的各種干擾因素，是系統(tǒng)能在一個較為良好的狀態(tài)下工作，同時鍋爐過熱器出口蒸汽溫度在允許的范圍內(nèi)變化，并保護過熱器管壁溫度不超過允許的工作溫度。</p><p>　　蒸汽溫度是鍋爐安全、高效、經(jīng)濟運行的重要參數(shù)，因此對

10、蒸汽溫度控制要求嚴格，過高的蒸汽溫度會造成過熱器，蒸汽管道及汽輪機因過大的熱應(yīng)力變形而毀壞；蒸汽溫度過低，又會引起熱效率降低影響經(jīng)濟運行。</p><p>　　本次設(shè)計主要考慮的部分是鍋爐溫度蒸汽控制系統(tǒng)設(shè)計，蒸汽過熱系統(tǒng)包括一級過熱器、減溫器、二級過熱器，鍋爐氣溫控制系統(tǒng)主要包括過熱器和再熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)。主要蒸汽溫度與再熱蒸汽溫度的穩(wěn)定對機組的安全經(jīng)濟運行是非常重要的。</p><p>

11、;　　本設(shè)計針對鍋爐溫度控制問題，綜合應(yīng)用過程控制理論以及近年來興起的仿真技術(shù)、計算機遠程控制、組態(tài)軟件，設(shè)計了鍋爐溫度串級控制系統(tǒng)。首先，通過實驗法建立鍋爐的數(shù)學模型，得到鍋爐溫度的傳遞函數(shù)，通過對理論設(shè)計的控制方案進行仿真，得到較好的響應(yīng)曲線，為實際控制系統(tǒng)的實現(xiàn)提供先決條件。其次，使用智能儀表作為控制器，組建現(xiàn)場儀表過程控制系統(tǒng)，通過參數(shù)整定，得到較好現(xiàn)場控制效果。再次，實現(xiàn)積分分離的PID控制算法。</p><

12、;p>　　關(guān)鍵詞：蒸汽溫度；串級控制系統(tǒng)；PID控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This article is the analysis and design for boiler steam temperature control system , and a good control of the steam

13、boiler system is to ensure the stability of the output steam temperature , so the system uses the cascade control system , which can greatly eliminate the control system work various confounding factors , the system can

14、work in a relatively good condition , while the boiler superheater outlet steam temperature within the allowable range , and to protect the superheater tube wall </p><p>　　Steam boiler temperature is safe, e

15、fficient and economic operation of important parameters , and therefore require strict temperature control of steam , high temperature steam can cause overheating , steam pipes and steam turbine thermal stress due to exc

16、essive deformation and destruction ; steam temperature is too low , would reduce the impact caused by the thermal efficiency of the economy .</p><p>　　The main part of this design consideration is the temper

17、ature of the steam boiler control system design , steam superheater system includes primary superheater desuperheater secondary superheater , boiler temperature control system includes superheater and reheat steam temper

18、ature regulation . The main steam temperature and reheat steam temperature stability for safe and economic operation of the unit is very important.</p><p>　　The design for the boiler temperature control prob

19、lem , a comprehensive application process control theory and the recent rise of simulation technology, computer remote control, configuration software, designed the boiler temperature cascade control system . First, crea

20、te a mathematical model through experimentation boilers , boiler temperature to obtain the transfer function of the control scheme of the theoretical design through simulation, get a better response curve, providing prer

21、equisite f</p><p>　　KEY WORDS: Steam temperature；Cascade Control System；PID control</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要3</b></p><p>　　Abstract

22、4</p><p><b>　　第一章 緒論 8</b></p><p>　　1.1 畢業(yè)設(shè)計的選題意義9</p><p>　　1.2 畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)和要求10</p><p>　　1.3主要技術(shù)指標10</p><p>　　第二章 生產(chǎn)工藝概述11</p>

23、<p>　　2.1 鍋爐生產(chǎn)工藝簡介11</p><p>　　2.2 過熱器的介紹12</p><p>　　2.3過熱蒸汽溫度控制對象的動態(tài)特性 13</p><p>　　2.3.1 蒸汽流量擾動下過熱汽溫對象的動態(tài)特性13</p><p>　　2.3.2 煙氣熱量擾動下過熱汽溫對象的動態(tài)特性 14&l

24、t;/p><p>　　第三章 過熱蒸汽溫度控制原理及方案設(shè)計18</p><p>　　3.1簡單蒸汽溫度控制系統(tǒng) 18</p><p>　　3.1.1簡單回路控制蒸汽溫度系統(tǒng)主要由調(diào)節(jié)器和控制對象組成18</p><p>　　3.1.2 過熱蒸汽控制系統(tǒng)的控制策略的設(shè)計 19</p>

25、<p>　　3.2復雜蒸汽溫度控制系統(tǒng) 20</p><p>　　3.3串級控制系統(tǒng)的特點20</p><p>　　3.4采用串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的條件 21</p><p>　　3.4.1串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)需滿足如下兩個條件： 21</p><p>　　3.4.2．串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分析 21<

26、;/p><p>　　3.4.3過熱蒸汽控制系統(tǒng)的控制策略的設(shè)計22</p><p>　　3.5  串級控制系統(tǒng)主副回路確定 23</p><p>　　3.6 導前微分控制系統(tǒng)24</p><p>　　3.6.1 導前微分控制系統(tǒng)的組成及原理24</p><p>　　3.6.2 導前

27、微分控制系統(tǒng)的分析25</p><p>　　3.6.3 導前微分控制系統(tǒng)的整定27</p><p>　　3.7 兩種汽溫自動控制系統(tǒng)的比較30</p><p>　　第四章 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計32</p><p>　　4.1系統(tǒng)控制參數(shù)的確定32</p><p>　　4.1.1主變量的選擇 

28、32</p><p>　　4.1.2副變量的選擇 32</p><p>　　4.1.3操縱變量的選擇 32</p><p>　　4.2執(zhí)行器的選擇 33</p><p>　　4.3控制儀表的選擇  33</p><p>　　4.4串級控制系統(tǒng)主副回路和主副調(diào)節(jié)

29、器選擇34</p><p>　　4.5控制器選擇 36</p><p>　　第五章 基于MATLAB的系統(tǒng)仿真37</p><p>　　5.1電廠鍋爐蒸汽溫度串級控制系統(tǒng)的建模37</p><p>　　5.1.1機理法37</p><p>　　5.1.2測試法37</p><p

30、>　　5.1.3階躍響應(yīng)法38</p><p>　　5.2 PID控制器原理38</p><p>　　5.2.1 PID控制器簡介38</p><p>　　5.2.2 PID控制系統(tǒng)40</p><p>　　5.3 PID控制參數(shù)的整定及方法40</p><p>　　5.3.1 PID控制參數(shù)的整定簡介

31、40</p><p>　　5.3.2 PID控制參數(shù)整定方法41</p><p>　　5.4電廠鍋爐蒸汽溫度串級控制系統(tǒng)的MATLAB仿真44</p><p>　　5.4.1 被控對象的仿真模型44</p><p>　　5.4.2 串級控制系統(tǒng)的仿真45</p><p><b>　　致 謝49&l

32、t;/b></p><p><b>　　參考文獻51</b></p><p><b>　　畢業(yè)小結(jié)48</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　1.1 畢業(yè)設(shè)計的選題意義 </p><p>　　蒸汽溫度是鍋爐安全、

33、高效、經(jīng)濟運行的主要參數(shù)，因此對蒸汽溫度控制要求嚴格。過高的蒸汽溫度會造成過熱器，蒸汽管道及汽輪機因過大的熱應(yīng)力變形而毀壞；蒸汽溫度過低，又會引起熱效率降低，影響經(jīng)濟運行。鍋爐控制現(xiàn)場環(huán)境惡劣，采用傳統(tǒng)的基于模擬技術(shù)的控制器、儀器儀表或單片機，不僅結(jié)構(gòu)比較復雜，效率比較低，而且可靠性也不高。 </p><p>　　本次課設(shè)設(shè)計的主要考慮部分是鍋爐蒸汽溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計。蒸汽過熱系統(tǒng)包括一級過熱器、減溫器

34、、二級過熱器。鍋爐汽溫控制系統(tǒng)主要包括過熱汽和再熱蒸汽溫度的的調(diào)節(jié)。主要蒸汽溫度與再熱蒸汽溫度的穩(wěn)定對機組的安全經(jīng)濟運行時非常重要的。過熱蒸汽溫度控制的任務(wù)是維持過熱器出口溫度在允許的范圍之內(nèi)，并保護過熱器，使其管壁溫度不超允許的工作溫度。 </p><p>　　過熱蒸汽溫度是鍋爐汽水系統(tǒng)中的溫度的最高點，過熱蒸汽溫度過高或是過低，對鍋爐運行及蒸汽設(shè)備是不利的。蒸汽溫度過高會使過熱器管壁金屬強度下降，以

35、至燒壞過熱器的高溫段，嚴重影響安全。一般規(guī)定過熱器的溫度與規(guī)定值的暫時偏差不超過+-10攝氏度，長期偏差不超過+-5攝氏度。 </p><p>　　如果過熱蒸汽溫度偏低，則會降低電廠的工作效率，同時使汽輪機后幾級的蒸汽濕度增加，引起葉片磨損。據(jù)估計，溫度每降低5攝氏度，熱經(jīng)濟性將下降約1%；且汽溫偏低會使汽輪機尾部蒸汽溫度升高，甚至使之帶水，嚴重影響汽輪機的安全運行。一般規(guī)定過熱氣溫下限不低于其額定值1

36、0 攝氏度。通常，高參數(shù)電廠都要求保持過熱汽溫在540攝氏度的范圍內(nèi)。 </p><p>　　由于汽溫對象的復雜性，給汽溫控制帶來許多的困難，其主要難點表現(xiàn)在以下兩個方面： </p><p>　　由于過熱器是一個多容且延遲較大的慣性環(huán)節(jié)，設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制要求存在很多矛盾，所以影響汽溫變化的因素很多，例如，蒸汽量、減溫水給水量、煙氣側(cè)的過?？諝庀禂?shù)和溫度等都可

37、能引起汽溫變化。 </p><p>　　隨著機組容量和參數(shù)的增加，蒸汽的過熱受熱面的比例加大，使其延遲和慣性更大，從而進一步加大了汽溫控制的難度。</p><p>　　1.2 畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)和要求</p><p>　　通過畢業(yè)設(shè)計使學生對所學自動化基本知識和專業(yè)理論加深理解，掌握工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)設(shè)計和仿真的基本方法，培養(yǎng)獨立開展設(shè)計工作的能力。<

38、;/p><p><b>　　要求在畢業(yè)設(shè)計中：</b></p><p>　　1.分析研究火力發(fā)電廠鍋爐蒸汽溫度控制要求，特點及控制系統(tǒng)設(shè)計方法，充分理解課題意義，設(shè)計電廠鍋爐蒸汽溫度串級控制系統(tǒng)，達到要求的主要技術(shù)指標；</p><p>　　2.開展控制系統(tǒng)方案論證，并建立系統(tǒng)數(shù)學模型，進行溫度控制系統(tǒng)分析；</p><p>

39、;　　3.查找相關(guān)資料，設(shè)計串級控制系統(tǒng)控制規(guī)律，并進行參數(shù)整定；</p><p>　　4.在完成基本設(shè)計的基礎(chǔ)上，進行數(shù)學仿真，并驗證設(shè)計； </p><p>　　5.撰寫畢業(yè)設(shè)計論文。</p><p><b>　　1.3主要技術(shù)指標</b></p><p>　　1.350MW機組鍋爐過熱蒸汽溫度保持在；</p&

40、gt;<p>　　在減溫水流量變化時，鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)能穩(wěn)定運行，衰減系數(shù)；</p><p>　　2.過程動態(tài)性能指標為：</p><p>　　1）溫度波動最大偏差不超過；</p><p>　　2）過渡過程時間不大于；</p><p>　　3. 鍋爐穩(wěn)定運行時，過熱蒸汽溫度應(yīng)在給定值的范圍內(nèi)；</p>&l

41、t;p>　　第二章 生產(chǎn)工藝概述</p><p>　　2.1 鍋爐生產(chǎn)工藝簡介</p><p>　　鍋爐是過程工業(yè)中必不可少的動力設(shè)備。它所產(chǎn)生的蒸汽不僅可提供生產(chǎn)過程作為熱源，而且還可以作為蒸汽透平的動力源。在熱電廠中按鍋爐設(shè)備所使用的燃料的種類、燃燒設(shè)備、鍋體形式、鍋爐功能和運行要求的不同，鍋爐生產(chǎn)有各種不同的流程。常見鍋爐設(shè)備的工業(yè)流程如圖2-1所示：</p>&

42、lt;p>　　圖2-1鍋爐設(shè)備的主要工藝流程</p><p>　　蒸汽發(fā)生系統(tǒng)由給水泵、給水調(diào)節(jié)閥、省煤器、汽包及循環(huán)管組成。燃料和熱空氣按照一定的比例進入燃燒室燃燒，產(chǎn)生的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，生產(chǎn)飽和蒸汽Ds，然后經(jīng)過過熱器成一定氣溫的過熱蒸汽D，匯集至蒸汽母管。壓力為Pm的過熱蒸汽，經(jīng)負荷設(shè)備調(diào)節(jié)閥供給生產(chǎn)負荷使用。與此同時，燃燒過程中產(chǎn)生煙氣，將飽和的蒸汽變成過熱蒸汽后，經(jīng)省煤器預熱鍋爐預熱空氣，

43、最后經(jīng)引風機送往煙筒排入大氣。 </p><p>　　鍋爐設(shè)備的控制任務(wù)：根據(jù)生產(chǎn)負荷的要求，供應(yīng)一定壓力或溫度的蒸汽，同時要使鍋爐在安全、經(jīng)濟的條件下運行。按照這些控制要求，鍋爐設(shè)備將有如下主要的控制系統(tǒng)： </p><p>　　鍋爐氣包水位控制系統(tǒng)：主要是保持汽包內(nèi)部的水位平衡，使積水量適應(yīng)鍋爐的蒸汽汽量，維持汽包中水位在工藝允許的范圍內(nèi)； </p&

44、gt;<p>　　鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制：其控制方案要求滿足燃燒所產(chǎn)生的熱量，適應(yīng)蒸汽負荷的需要，使燃燒與空氣量保持一定的比值，保證燃燒的經(jīng)濟性和鍋爐的安全運行，使引風量與送風量相適應(yīng)，保持爐膛負壓在一定范圍； </p><p>　　過熱蒸汽系統(tǒng)控制：主要使過熱器出口溫度在保持在允許范圍內(nèi)，并保證管壁溫度不超過工藝允許范圍； </p><p>　　鍋爐水處理過

45、程：主要使鍋爐給水的水性能指標達到工藝要求。</p><p>　　2.2 過熱器的介紹</p><p>　　過熱器定義：鍋爐中將蒸汽從飽和溫度進一步加熱至過熱溫度的部件。過熱器概述：過熱蒸汽溫度的高低取決于鍋爐的壓力，蒸發(fā)量、剛才的耐高溫性能及燃料與剛才的比價等因素，對電站鍋爐來說，低壓鍋爐的溫度一般為350~375攝氏度，過熱器前布置有大量對蒸汽管束，進入過熱器的煙溫約在700攝氏度上下

46、，中壓鍋爐多為燒煤粉或重油的室燃爐，其過熱汽溫為450攝氏度，這時的爐膛輻射傳熱的煙溫可達1000攝氏度左右。高壓鍋爐，尤其超高壓鍋爐，加熱水的熱量和過熱熱量增大很多，而蒸發(fā)熱減少，當有中間再過熱時，情況更為突出，這時必須把一部分過熱器受熱布置在爐膛內(nèi)，是吸收部分輻射熱。 </p><p>　　為了提高電廠熱力循環(huán)的效率，蒸汽的初參數(shù)不斷提高。蒸汽壓力的提高要求相應(yīng)的提高過熱蒸汽溫度，否則蒸汽在汽輪機膨

47、脹終了的濕度就會過高，影響汽輪機的安全。但蒸汽溫度的增高需受到過熱器剛才高濕強度性能的限制，因而采用了中間再熱，即高壓高溫蒸汽在汽輪機內(nèi)膨脹至某一中間壓力后，引到布置在鍋爐煙道內(nèi)的再熱器，再一次加熱升溫，然后又回到汽輪機的中、低壓缸，繼續(xù)膨脹至凝汽器壓力，這樣蒸汽膨脹終了的濕度可控制在允許的范圍內(nèi)。超高壓機組采用中間再熱時，理論上可使循環(huán)經(jīng)濟性相對提高6~8%，在實際設(shè)備中，由于有壓降損失，熱經(jīng)濟性的提高比理論值稍低。 <

48、;/p><p>　　由于過熱器管壁金屬在鍋爐受壓部件中承受的溫度最高，因此必須采用耐高溫的優(yōu)質(zhì)低碳鋼和各種鉻合金鋼等，在最高的溫度部分有時還要用奧氏體鉻鎳不銹鋼。鍋爐運行中如果管子承受的溫度超過材料的持久強度、疲勞強度或表面氧化所容許的溫度限值，則會發(fā)生管子爆裂等事故。</p><p>　　2.3過熱蒸汽溫度控制對象的動態(tài)特性 </p><p>　　過熱蒸汽溫

49、度調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性是指引起過熱汽溫變化的擾動與汽溫之間的動態(tài)關(guān)系。引起過熱蒸汽溫度變化的原因很多，如蒸汽流量變化、燃燒工況變化、鍋爐給水溫度變化、進入過熱器的蒸汽溫度變化、流經(jīng)過熱器的煙氣的溫度和流速變化、鍋爐受熱面結(jié)垢、給水母管壓力和減溫水量等等，這些因素還可能相互制約。歸結(jié)起來，過熱汽溫調(diào)節(jié)對象的擾動主要來自三個方面：蒸汽流量變化(負荷變化)，加熱煙氣的熱量變化和減溫水流量變化(過熱器入口汽溫變化)。通過對過熱汽溫調(diào)節(jié)對象作階躍擾

50、動試驗，可得到在不同擾動作用下的對象動態(tài)特性。 </p><p>　　2.3.1 蒸汽流量擾動下過熱汽溫對象的動態(tài)特性</p><p>　　蒸汽流量擾動下過熱汽溫對象的動態(tài)特性引起蒸汽流量擾動的原因有兩個：一是蒸汽母管的壓力變化：二是汽輪機調(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下，汽溫變化的特性是不一樣的。當鍋爐負荷擾動時，蒸汽流量的變化使沿整個過熱器管路長

51、度上各點的蒸汽流速幾乎同時改變，從而改變過熱器的對流放熱系數(shù)，使沿整個過熱器各點的蒸汽溫度幾乎同時改變，因而汽溫反應(yīng)較快。其傳遞函數(shù)可以表示為：</p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　K：棚爐負荷擾動時被控對象的放大系數(shù)；</p><p>　?。阂回摵蓴_動后對象的滯后時間； </p><p

52、>　　TD_：對象的時間常數(shù)；</p><p>　　從階躍響應(yīng)曲線可知，其特點是：有延遲、有慣性、有自平衡能力，但其延遲和慣性都比較小，即時間常數(shù)TD和滯后時間都比較小，且?guī)纵^小。動態(tài)特性曲線如圖2-2:</p><p>　　圖2-2鍋爐負荷擾動下過熱器出口汽溫的階躍響應(yīng)曲線 </p><p>　　2.3.2 煙氣熱量擾動下過熱汽溫對象的動態(tài)特性&#

53、160;</p><p>　　煙氣傳熱量擾動引起的原因很多，如給粉機給粉不均勻、煤中水分改變、蒸發(fā)受熱面結(jié)渣、過?？諝庀禂?shù)改變、汽包給水溫度變化、燃燒火熾中心位置改變等。當煙氣熱量擾動(煙氣溫度和流速產(chǎn)生變化)時，由于煙氣流速和溫度的變化也是沿整個過熱器同時改變的，因而沿過熱器整個長度使煙氣傳遞熱量也同時變化，所以汽溫反應(yīng)較快，時間常數(shù)和延遲均比其它擾動小。和蒸汽流量擾動的影響類似，煙氣熱量的擾動也幾乎同時影響過

54、熱器管道長度方向各處的蒸汽溫度，故它是一個具有自平衡能力、滯后和慣性都不大的對象，其傳遞函數(shù)可表示為一個二階系統(tǒng)，即：</p><p>　　式中：T為煙氣溫度 </p><p>　　但對象特征總的特點是：有遲延，有慣性，有自平衡能力，其動態(tài)特性曲線如圖2-3所示：</p><p>　　圖2-3煙氣熱量擾動下過熱汽溫的階躍響應(yīng)曲線 </p&g

55、t;<p>　　2.3.3減溫水量擾動下過熱汽溫對象的動態(tài)特性 </p><p>　　常見的減溫方式有兩種：噴水式減溫和表面式減溫，前者的效果比后者好。減溫器一般裝在末級過熱器高溫段前面，一方面保護了過熱器高溫段；另一方面又改善了調(diào)節(jié)性能。這種過熱器的安裝方法與在飽和側(cè)裝設(shè)表面式減溫器相比，延遲時間能減小1／4。其動態(tài)特性曲線如下圖所示。從圖中可以看出，其特點也是有遲延、有慣性、有自平衡能

56、力的。但是由于現(xiàn)代大型鍋爐的過熱器管路很長，因而當減溫水流量擾動時，汽溫反應(yīng)較慢。 </p><p>　　對于一般高、中壓鍋爐，當減溫水流量擾動時，汽溫的遲延時間r=30--60s，時間常數(shù)T0≈l00s，而當煙氣側(cè)擾動時f≈10～20s，Z<l00s 。</p><p>　　圖2-4減溫水擾動下過熱器出IZl汽溫的階躍響應(yīng)曲線</p><p&

57、gt;　　由圖2-4可見，在減溫水流量擾動下，減溫器出口過熱汽溫θl的響應(yīng)比過熱器出口汽溫θ2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θl作為導前信號構(gòu)成串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可大大改善控制系統(tǒng)的性能。在減溫水流量擾動下，導前汽溫的傳遞函數(shù)可表示為：</p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　Kl一減溫水流量擾動下導前汽溫的放大

58、系數(shù)；</p><p>　　Tl一為減溫水流量擾動下導前汽溫對象的時間常數(shù)；</p><p><b>　　n1一階數(shù)； </b></p><p>　　在減溫水流量擾動下，過熱汽溫的傳遞函數(shù)可表示為：</p><p><b>　　式中： </b></p><p&

59、gt;　　K0一減溫水流量擾動下過熱蒸汽溫度的放大系數(shù)；</p><p>　　T0--為減溫水流量擾動下過熱蒸汽溫度的時間常數(shù)</p><p><b>　　---階數(shù)： </b></p><p>　　對象惰性區(qū)的傳遞函數(shù)可表示為：</p><p><b>　　式中： </b>&l

60、t;/p><p>　　K2—減溫水流量擾動下惰性區(qū)溫度的放大系數(shù)；</p><p>　　T2一為減溫水流量擾動下惰性區(qū)溫度的時間常數(shù)；</p><p><b>　　一階數(shù)； </b></p><p>　　由于惰性區(qū)的傳遞函數(shù)無法直接通過實驗求出，所以可由實驗得到的Kl、 Tl、和K0、T0、來求取，計算公

61、式如下：</p><p>　　總的來說，根據(jù)對過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)對象做階躍擾動試驗得出的動態(tài)特性 曲線可知，它們均為有延遲的慣性環(huán)節(jié)，但各自的動態(tài)特性參數(shù)值有較大的差別。</p><p>　　第三章 過熱蒸汽溫度控制原理及方案設(shè)計</p><p>　　過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)采用兩級噴水減溫，這樣做的目的有兩個，一是為了使汽溫調(diào)節(jié)更靈敏，減小熱慣性，二

62、是為了保護過熱器。第一級噴水減溫器布置在前屏過熱器之后，調(diào)節(jié)量較大且調(diào)節(jié)惰性大，用來調(diào)節(jié)因負荷、給水溫度和燃料性質(zhì)變化而引起的氣溫變化，為粗調(diào)。另外它還有保護屏式過熱器和對流過熱器受熱面的作用。第二級噴水減溫器布置在高溫對流過熱器（末級過熱器）之前，這一級熱慣性小，可保證出口汽溫能得到迅速調(diào)節(jié)。溫度器共有四只，每級安裝兩只，每只噴水量為每級噴水量的一半。減溫水源為自制冷凝水。目前，過熱汽溫的控制方案很多，而且隨著自動控制技術(shù)和計算機技術(shù)

63、的不斷。 </p><p>　　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：單回路控制系統(tǒng)和串級氣溫控制系統(tǒng)。</p><p>　　3.1簡單蒸汽溫度控制系統(tǒng) </p><p>　　3.1.1簡單回路控制蒸汽溫度系統(tǒng)主要由調(diào)節(jié)器和控制對象組成</p><p>　　它們的特性將決定控制系統(tǒng)

64、的控制質(zhì)量，因此討論控制對象的特征參數(shù)和調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)對控制質(zhì)量的影響是非常必要的。對象動態(tài)特性是確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律、設(shè)置調(diào)節(jié)器參數(shù)的依據(jù)，那么根據(jù)對象動態(tài)特性和生產(chǎn)過程對控制質(zhì)量的要求，確定調(diào)節(jié)參數(shù)的數(shù)值是控制系統(tǒng)投入前要做的一項重要工作。當然控制系統(tǒng)設(shè)計是否合理、控制儀表的安裝和調(diào)試是否正確等是控制系統(tǒng)能否使用的保障。簡單控制回路的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1簡單控制

65、回路的結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　從圖3-1可知該系統(tǒng)主要由被控對象——過熱器管道，執(zhí)行機構(gòu)——氣動噴水閥門(執(zhí)行器)，檢測變送部件——熱電偶或溫度變送器，控制系統(tǒng)核心部件——控制器(調(diào)節(jié)器)組成。其中，被調(diào)量(測量值)——蒸汽溫度，調(diào)節(jié)量(控制信號卜噴水流量，干擾信號——爐膛燃燒工況。簡單蒸汽溫度控制系統(tǒng)原理方框圖如圖3-2所示:</p><p>　　圖3-2簡單控制系統(tǒng)方框圖<

66、;/p><p>　　3.1.2 過熱蒸汽控制系統(tǒng)的控制策略的設(shè)計 </p><p>　　當蒸汽溫度的測量值等于設(shè)定值時，噴水閥門不動，則系統(tǒng)處在動態(tài)平衡狀態(tài)，此時，若爐膛燃燒工況發(fā)生變化使蒸汽溫度上升，造成給定值和測量值產(chǎn)生偏差，則偏差信號經(jīng)過控制器的方向判斷及數(shù)學運算后，產(chǎn)生控制信號使噴水閥門開大，則減溫水流量增大。測量值最終回到設(shè)定值，系統(tǒng)重新回到平衡狀態(tài)。</p

67、><p>　　3.2復雜蒸汽溫度控制系統(tǒng) </p><p>　　簡單控制系統(tǒng)雖然是一種最基本的，使用最廣泛的控制系統(tǒng)，但是隨著火電廠鍋爐機組越來越向大容量、高參數(shù)和高效率的方向發(fā)展，生產(chǎn)系統(tǒng)日益復雜、系統(tǒng)的耦合性、時變性、非線性等特點顯得更加突出，對于這些復雜較難控制的過程，控制質(zhì)量要求很嚴的參數(shù)，簡單控制系統(tǒng)就無能為力了。因此，需要改進控制結(jié)構(gòu)，增加輔助回路或添加其它環(huán)節(jié)，組成復雜

68、控制系統(tǒng)。目前關(guān)于蒸汽溫度控制系統(tǒng)主要有串級控制、前饋控制和多變量解耦等控制，其中最普遍的是串級控制系統(tǒng)。</p><p>　　3.3串級控制系統(tǒng)的特點</p><p>　　串級控制系統(tǒng)具有以下特點: </p><p>　　(1)串級控制系統(tǒng)具有很強的克服內(nèi)擾的能力系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)越大，穩(wěn)態(tài)誤差越小，克服干擾的能力也就越強，副調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)整定的越大，

69、這個優(yōu)點越顯著。 </p><p>　　(2)串級控制系統(tǒng)可以減小副回路的時間常數(shù)，改善對象動態(tài)特性，提高系統(tǒng)的工作頻率，當主、副對象都是一階慣性環(huán)節(jié)，主、副調(diào)節(jié)器都采用比例作用時，串級控制系統(tǒng)由于改善了對象的特性，從而使整個系統(tǒng)的工作頻率比單回路系統(tǒng)的工作頻率有所提高，而且當主、副對象特性一定時，副調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)越大，則工頻率越高。當主調(diào)節(jié)器采用其它調(diào)節(jié)規(guī)律時，上述特點也是適用的。這一特點說明即使在外

70、擾作用下，由于副回路減小了對象的時間常數(shù)，使整個系統(tǒng)的工頻得以提高，因此仍能改善整個系統(tǒng)過渡過程的品質(zhì)。 </p><p>　　(3)串級控制系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力，串級控制系統(tǒng)主回路是一個定值系統(tǒng)，其副回路是一個隨動系統(tǒng)，它的定值是主調(diào)節(jié)器的輸出，是一個隨機變化的量，主調(diào)節(jié)器按照被控對象的特性和擾動變化的情況，不斷地糾正著副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器使系統(tǒng)時間常數(shù)縮短能很快克服擾動，改善動態(tài)特性，也就

71、是一種自適應(yīng)能力。而采用單回路控制統(tǒng)就沒有這種隨動控制系統(tǒng)的作用。這種自適應(yīng)能力可以從系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差上出來，串級控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差比單回路控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差要小得多，就在于前者具有一定的自適應(yīng)力。 </p><p>　　3.4采用串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的條件 </p><p>　　3.4.1串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)需滿足如下兩個條件： </p><p>　　

72、(1)控制對象可以分段。如圖3-3所示的對象，在物理上可分為兩段，兩段的傳遞函數(shù)分別為W0l(S)，和W02(S)，整個對象的傳遞函數(shù)為W(S)=W01(S)"W02(S)。 其中W0l(S)稱作對象的導前區(qū)，W02(S)稱為對象惰性區(qū).</p><p>　　圖3-3串級系統(tǒng)控制對象</p><p>　　(2)中間信號可測。在圖3-3中，中間信號θ2必須是可以測量的。θ

73、l為被調(diào)量，一般為系統(tǒng)的給定值，火電廠過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)符合這兩個條件。</p><p>　　3.4.2．串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分析 </p><p>　　根據(jù)在減溫水量擾動時，過熱蒸汽溫度有較大的容積遲延，而減溫器出口蒸汽溫度卻有明顯的導前作用，完全可以構(gòu)成以減溫器出口蒸汽溫度為副參數(shù)， </p><p>　　主蒸汽溫度為主參數(shù)的串級控制系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)

74、構(gòu)如圖3-4所示。 </p><p>　　系統(tǒng)中以減溫器的噴水為控制手段，在單回路控制主汽溫θ l(即將θ1作為主信號反饋到調(diào)節(jié)器，由調(diào)節(jié)器直接去控制閥門開度)的基礎(chǔ)上增加一個對減溫水流量變化反應(yīng)快的中間溫度信號θ2作為導前信號，增加一個副調(diào)節(jié)器，如圖8所示的串級控制信號系統(tǒng)。副調(diào)節(jié)器根據(jù)θ2信號控制減溫水閥，如果有某種擾動，蒸汽溫度θ2比θl提早反映，使擾動引起的θ2波動很快消除，從而使過熱

75、蒸汽溫度基本不受影響。熱蒸汽溫度基本不受影響。</p><p>　　圖3-4主汽溫串級控制結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　根據(jù)在減溫水量WB擾動時，過熱蒸汽溫度θl有較大的容積遲延。而減溫器出口蒸汽溫度θ2比過熱蒸汽溫度響應(yīng)快得多，且它的變化又可以預測過熱蒸汽溫度的變化趨勢，有明顯的導前作用，故可引入以θ2信號為導前信號。以θl為被控量信號的串級控制系統(tǒng)，系統(tǒng)對應(yīng)的原理框圖如圖3-5所示。系統(tǒng)

76、中有主、副兩個調(diào)節(jié)器，主調(diào)節(jié)器WTl(S)接受過熱蒸汽溫度信號θl，用于維持過熱蒸汽溫度，使其等于給定值；副調(diào)節(jié)器WT2(S)接受主調(diào)節(jié)器的輸出信號和減溫器出口溫度信號θ2，副調(diào)節(jié)器的輸出控制執(zhí)行機構(gòu)Kz的大小，從而控制減溫水調(diào)節(jié)閥門的開度。從兩圖中可以以看出：串級過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)由內(nèi)、外兩個閉合的控制回路構(gòu)成。內(nèi)回路由對象的導前區(qū)[Wθ2(S)]，導前蒸汽溫度變送器[Y θ2]，副調(diào)節(jié)器[WT2(S)]，執(zhí)行器[Kz]和

77、減溫水調(diào)節(jié)閥(Ku)組成的；外回路(主回路)由對象的惰性區(qū)[Wθl(S)]，過熱蒸汽溫度變送器(Y θ1)，主調(diào)節(jié)器[WTl(S)]，以及副回路組成。 </p><p>　　3.4.3過熱蒸汽控制系統(tǒng)的控制策略的設(shè)計</p><p>　　圖3-5串級過熱汽溫控制系統(tǒng)原理方框圖</p><p>　　3.5  串級控制系統(tǒng)主副回路

78、確定 </p><p>　　串級控制系統(tǒng)主副回路和主副調(diào)節(jié)器選擇為充分發(fā)揮串級控制系統(tǒng)的上述優(yōu)點，設(shè)計控制系統(tǒng)時，還應(yīng)當合理選擇副回路及主副調(diào)節(jié)器的規(guī)律。主副回路的選擇原則。</p><p>　　副回路應(yīng)該把生產(chǎn)過程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)，充分發(fā)揮副回路改善系統(tǒng)動態(tài)特性的作用保證主參數(shù)的穩(wěn)定，以盡量減少它們對主參數(shù)的影響，提高

79、系統(tǒng)的抗干擾能力；主、副對象的時間常數(shù)應(yīng)適當匹配，串級控制系統(tǒng)與單回路控制系統(tǒng)相比，其工作頻率提高了，但這與主、副對象的時間常數(shù)選擇是有關(guān)的。原則是兩者相差大一些，效果好一些。主、副對象之間的動態(tài)聯(lián)系十分緊密。如果在干擾作用下，主、副參數(shù)任一個先振蕩，必將引起另一個也振蕩，這樣，兩個參數(shù)互相促進，振蕩更加劇烈，這就是所謂的“共振效應(yīng)"，顯然應(yīng)力求避免。主、副回路調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇原則主參數(shù)控制質(zhì)量要求不十分嚴格，同時在對副參

80、數(shù)的要求也不高的情況下為使兩者兼顧而采用串級控制方式時，主、副調(diào)節(jié)器均可采用比例控制。要求主參數(shù)波動范圍很小，且不允許有余差(穩(wěn)態(tài)誤差)，此時副調(diào)節(jié)器可采用比例控制主調(diào)節(jié)器采用比例積分或比例積分微分控制。 </p><p>　　再者，在串級控制系統(tǒng)中，兩個調(diào)節(jié)器串聯(lián)工作，但是以主調(diào)節(jié)器為主導，保證主變量為目的，在整個控制過程兩個調(diào)節(jié)器協(xié)調(diào)一致，互相配合，若干擾來自副回路，副調(diào)節(jié)器首先進行粗調(diào)，主調(diào)節(jié)器再

81、進一步進行細調(diào)。相對于過于簡單的單回路控制系統(tǒng)，串級控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量明顯優(yōu)越。具體體現(xiàn)在： </p><p>　　1.由于副回路的存在沒減少了控制對象的時間常數(shù)，縮短了控制通道，使控制作用更加明顯； </p><p>　　2.在一定程度上提高了整個系統(tǒng)的工作頻率，使振蕩周期明顯縮短，調(diào)節(jié)時間也有一定程度上的縮短，系統(tǒng)的快速性相對增強了； </p>

82、<p>　　3.整個控制系統(tǒng)對二次干擾即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動具有很強的克服能力，這是單回路控制系統(tǒng)所不能實現(xiàn)的； </p><p>　　4.對負荷或操作條件的變化有一定的適應(yīng)能力。 綜上所述，串級控制系統(tǒng)更適應(yīng)鍋爐蒸汽溫度的控制。</p><p>　　3.6 導前微分控制系統(tǒng)</p><p>　　在溫度控制系統(tǒng)中，常用的一種便是

83、導前微分控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點是：只用了一個調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器的輸入取了兩個信號。一個信號是主汽溫經(jīng)變送器直接進入調(diào)節(jié)器的信號，另一個信號則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（主汽溫信號），因此把這種系統(tǒng)稱為導前微分控制系統(tǒng)。又因為它有兩個信號直接送入到調(diào)節(jié)器，所以也稱這樣的系統(tǒng)為具有導前微分信號的雙沖量控制系統(tǒng)。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，把這種作用

84、用于控制系統(tǒng)，能改善控制性能。 </p><p>　　3.6.1 導前微分控制系統(tǒng)的組成及原理</p><p>　　采用導前微分信號的過熱汽溫控制系統(tǒng)如圖3-6所示。這個系統(tǒng)引入了導前汽溫的微分信號作為調(diào)節(jié)器的補充信號，以改善控制質(zhì)量。因為和主汽溫的變化趨勢是一致的，切的變化比快的多，因此它能迅速反映的變化趨勢。引入了的微分信號后。將有助于調(diào)節(jié)器的動作快速性。在動態(tài)時，調(diào)節(jié)器將根據(jù)的微分

85、信號和與的給定值之間的偏差而動作；但在靜態(tài)時，的微分信號消失，過熱汽溫必然等于給定值。如果不采用導前信號的微分信號，則在靜態(tài)時，調(diào)節(jié)器將保持等于給定值，而不能保持等于給定值。</p><p>　　由圖3-6所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖我們可以畫出導前汽溫微分信號控制系統(tǒng)的原理方框圖，如圖3-7所示。它包括兩個閉合的控制回路： </p><p>　　1、由控制對象的導前區(qū)，導前汽溫變送器、微分器、調(diào)節(jié)器

86、、執(zhí)行器和減溫水調(diào)節(jié)閥組成的副回路（導前補償回路）；</p><p>　　2、由控制對象的惰性區(qū)、主汽溫變送器和副回路組成的主回路。</p><p>　　圖3-6導前汽溫微分信號的雙回路汽溫控制系統(tǒng)</p><p>　　3.6.2 導前微分控制系統(tǒng)的分析</p><p>　　對于如圖3-6所示的控制系統(tǒng)，當去掉導前汽溫的微分信號時，系統(tǒng)就成

87、為單回路控制系統(tǒng)，如圖3-8（a）所示，控制對象的遲延、慣性較大。當系統(tǒng)加入導前汽溫微分信號后，調(diào)節(jié)器將同時接受兩個輸入信號，系統(tǒng)也成了雙回路結(jié)構(gòu)。但對于這個雙回路系統(tǒng)作適當?shù)牡刃ё儞Q后，發(fā)現(xiàn)仍可把它當作一個單回路系統(tǒng)來處理，如圖3-8（b）所示。只是由于微分信號的引入改變了控制對象的動態(tài)特性。這個新的控制對象的輸入仍然是減溫水流量信號，但輸出信號為，等效控制對象的傳遞函數(shù)可以根據(jù)方框圖求得。其中：</p><p&g

88、t;　　圖3-7采用導前汽溫微分信號的雙回路汽溫控制系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　圖3-8采用微分信號改變控制對象特性的方框圖</p><p>　　a——單回路系統(tǒng)方框圖；b——雙回路系統(tǒng)的等效方框圖</p><p>　　在靜態(tài)時，微分器輸出為零，所以等效控制對象的輸出；在動態(tài)過程中，等效控制對象的輸出中除了主汽溫信號外，還疊加了導前汽溫的微分信號。由于的慣性遲

89、延比小得多，因而等效對象的輸出的慣性遲延比小得多。因此加入導前汽溫微分信號的作用可以理解為改變了控制對象的動態(tài)特性，可見，等效控制對象是輸出比主汽溫的響應(yīng)有很大的改善。所以，在控制對象慣性遲延較大的情況下導前汽溫微分信號的雙回路汽溫控制系統(tǒng)是控制品質(zhì)遠比單回路控制系統(tǒng)好。</p><p>　　3.6.3 導前微分控制系統(tǒng)的整定</p><p>　　1、按補償法進行整定</p>

90、<p>　　根據(jù)前面對系統(tǒng)的分析方法，我們可以得出補償法的整定規(guī)則：整定微分器的參數(shù)（、）以形成一個等效對象，這個等效對象的動態(tài)特性等于（或近似等于）在動態(tài)時為導前區(qū)的特性，在靜態(tài)時為主汽溫的特性，而調(diào)節(jié)器(S)的參數(shù)（，）則按等效對象的特性整定（按一般單回路控制系統(tǒng)得到整定方法）。</p><p>　　下面分析如何通過調(diào)整微分器的參數(shù)來獲取等效對象的特性。</p><p>

91、　　設(shè)主汽溫對象的傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　導前區(qū)汽溫對象的傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　則等效對象的傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　　（3-3）&l

92、t;/b></p><p><b>　　由上式可得：</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　可見微分器的參數(shù)時根據(jù)控制對象的惰性區(qū)來整定的，用控制對象惰性區(qū)傳遞函數(shù)的求法，可得：</p><p>　　且

93、 </p><p>　　則式（3-4）可寫為：</p><p><b>　　(3-5)</b></p><p>　　假設(shè)汽溫對象惰性區(qū)得傳遞函數(shù)時一階的（即），則有：</p><p>　　比較等式兩邊的對應(yīng)項可得：</p><p><b>　　＝</b></p>

94、<p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　微分器按此組參數(shù)整定，則等效對象的傳遞函數(shù)為：</p><p>　　則實現(xiàn)了完全補償?shù)念A定目的。但是汽溫對象的惰性區(qū)傳遞函數(shù)的階次都是高于一階的（通常），那么，式（3-5）等號兩邊就只能作到近似相等，而不能實現(xiàn)完全補償。下面推導時，微分器參數(shù)的確定方法。</p><p>　　將式

95、（3-5）等號的兩邊展開為冪級數(shù)的形式：</p><p><b>　　等式左邊為：</b></p><p><b>　　等式右邊為： </b></p><p>　　令等式兩邊的低階項（二階以下項）的系數(shù)相等</p><p>　　項 </p>

96、<p>　　項 </p><p>　　由此可以確定微分器的整定參數(shù)：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　按式（3-6）求得的參數(shù)僅能實現(xiàn)對象的近似補償，即使：</p><p>　　在確定了等效對象的傳遞函數(shù)之后，對于調(diào)節(jié)器的參數(shù)和應(yīng)按等效對

97、象來整定（按一般單回路系統(tǒng)的整定方法），其原理框圖如圖3-9所示：</p><p>　　圖3-9 補償法整定框圖</p><p>　　補償法是整定雙回路系統(tǒng)的一種很實用的方法，用該方法整定系統(tǒng)時，可以不考慮內(nèi)外回路之間的相互影響。</p><p>　　2、按等效為串級控制系統(tǒng)的整定方法來整定</p><p>　　采用導前汽溫微分信號的控制系統(tǒng)

98、等效為串級控制系統(tǒng)方框圖見圖3-9。整定步驟和前面已討論過的串級控制系統(tǒng)相同。</p><p>　　當和時，等效副調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器，傳遞函數(shù)為：</p><p>　　而等效主調(diào)節(jié)器也是PI 調(diào)節(jié)器，傳遞函數(shù)為：</p><p>　　此時可根據(jù)對象導前區(qū)特性和主汽溫特性，按串級控制系統(tǒng)的整定方法，分別求得等效副調(diào)節(jié)器和等效主調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)，從而 。<

99、;/p><p>　　3.7 兩種汽溫自動控制系統(tǒng)的比較</p><p>　　前面討論了串級過熱汽溫控制系統(tǒng)和導前汽溫微分信號的雙回路過熱汽溫控制系統(tǒng)，他們在實際應(yīng)用中一般都能滿足生產(chǎn)上的要求，但這兩種控制系統(tǒng)在控制質(zhì)量、系統(tǒng)構(gòu)成、整定調(diào)試等方面各有特點。</p><p>　　1、把采用導前汽溫微分信號的雙回路控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為串級控制系統(tǒng)來看待 時，其等效主、副調(diào)節(jié)

100、器均為PI調(diào)節(jié)器。但對于實際的串級汽溫控制系統(tǒng)，為了提高副回路的快速跟蹤性能，副調(diào)節(jié)器應(yīng)采用P或PD調(diào)節(jié)器，而主調(diào)節(jié)器應(yīng)采用PI或PID調(diào)節(jié)器。因此，采用導前汽溫微分信號的雙回路系統(tǒng)的副回路，其快速跟蹤和消除干擾的性能不如串級系統(tǒng)；在主回路中，串級系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器可具有微分作用，故控制品質(zhì)也比雙回路系統(tǒng)好，特別對于慣性、延遲較大的系統(tǒng)，雙回路系統(tǒng)的控制質(zhì)量不如串級系統(tǒng)。</p><p>　　2、串級控制系統(tǒng)主、副兩

101、個控制回路的工作相對比較獨立，因此系統(tǒng)投運時的整定、調(diào)試直觀、方便。而有導前汽溫微分信號的雙回路控制系統(tǒng)的兩個回路在參數(shù)整定時相互影響，不容易掌握</p><p>　　3、從儀表硬件結(jié)構(gòu)上看，采用導前汽溫微分信號的雙回路系統(tǒng)較為簡單。一般情況下，雙回路汽溫控制系統(tǒng)已能夠滿足生產(chǎn)上的要求，因此得到了廣泛的應(yīng)用。若被控對象的遲延較大，外擾頻繁，而且要求有較高的控制質(zhì)量，則應(yīng)采用串級控制系統(tǒng)。</p>&

102、lt;p>　　第四章 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　4.1系統(tǒng)控制參數(shù)的確定</p><p>　　4.1.1主變量的選擇 </p><p>　　根據(jù)串級控制系統(tǒng)選擇主變量的原則：在條件允許的情況下，首先應(yīng)盡量選擇能直接反應(yīng)控制目的的參數(shù)為主變量；其次，要選擇與控制目的有些單值對應(yīng)關(guān)系的間接單數(shù)作為主變量；最后，所選擇的主變量必須足夠

103、的變化靈敏度。所以，在本系統(tǒng)中需選擇送入負荷設(shè)備的出口溫度作為主變量。該參數(shù)可以直接反映本系統(tǒng)的控制目的。</p><p>　　4.1.2副變量的選擇 </p><p>　　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，最強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)動態(tài)特性的作用，保證主參數(shù)的穩(wěn)定，為發(fā)揮這一特殊作用，在系統(tǒng)設(shè)計時，副參數(shù)的選擇應(yīng)使得

104、副回路盡可能多的包括一些擾動。同時要求主、副對象的時間常數(shù)應(yīng)適當匹配。且應(yīng)保證副變量的選擇能實現(xiàn)生產(chǎn)工藝上的合理性，可能性和經(jīng)濟性。 </p><p>　　終上所述，應(yīng)該選擇減溫器和過熱器之間的蒸汽溫度作為副變量。 </p><p>　　4.1.3操縱變量的選擇 </p><p>　　控制變量和擾動變量時工業(yè)過程的兩大輸入變量。其中，干

105、擾時刻存在的，它是影響系統(tǒng)平穩(wěn)操作的主要因素，而操縱變量的主要作用是克服煩擾的影響，是系統(tǒng)能重新穩(wěn)定運行的因素，選擇操縱變量的基本原則為：</p><p>　　1、選擇對所選定的被控變量影響較大的舒服變量作為操縱變量；</p><p>　　2、在1的前提下，選擇變化范圍較大作為控制變量，以便于控制；</p><p>　　3、在1的基礎(chǔ)上選擇被控制變量作用效應(yīng)較快的輸

106、入變量作為控制變量，是控制系統(tǒng)響應(yīng)較快； </p><p>　　4、綜上所述，應(yīng)選擇減溫水的輸入量作為操縱變量；</p><p>　　4.2執(zhí)行器的選擇 </p><p>　　在本系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥是系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，是按照調(diào)節(jié)器所給定的信號大小和方向，改變閥門的開度，來實現(xiàn)調(diào)節(jié)流體流量的裝置。 </p><p>　　

107、調(diào)節(jié)閥的口徑大小，直接決定著控制介質(zhì)流過他的能力。為了保證系統(tǒng)有較好的流通能力，需要使控制閥兩端的壓降在整個管線的總壓降占有較大的比例。在正常情況下一般要求調(diào)節(jié)閥開度應(yīng)處于15%~85%之間，具體應(yīng)根據(jù)實際需要的流通能力大大小進行選擇。 </p><p>　　調(diào)節(jié)閥按驅(qū)動方式可分為：氣動調(diào)節(jié)閥、電動調(diào)節(jié)閥和液動調(diào)節(jié)，即以壓縮空氣為動力源的氣動調(diào)節(jié)閥，以電動力源的電動調(diào)節(jié)閥，以液體介質(zhì)壓力為動力的電液動調(diào)

108、節(jié)閥；由于生產(chǎn)現(xiàn)場有防爆要求，所以應(yīng)選擇氣動執(zhí)行器。  </p><p>　　此設(shè)計中的串級控制系統(tǒng)主要是通過換熱來達到控制目的，過熱蒸汽在過熱器內(nèi)與減溫水進行熱交換被冷卻，調(diào)節(jié)閥安裝在減溫水的管道上，用換熱后的蒸汽溫度來控制減溫水的水量，在氣源中斷時，調(diào)節(jié)閥應(yīng)處于開啟位置更安全些，宜選用氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥。 </p><p>　　4.3控制儀表的選擇 &

109、#160;</p><p>　　控制儀表的主要類型大致分為電動或氣動，電動I型、II型、III型，單元組合儀表或是基地是儀表等。常用的控制儀表有電動II型、III型。在串級控制系統(tǒng)中，選用的儀表不同，具體的實施方案也不同。</p><p>　　電動III型和電動II型儀表就其功能來說基本相同，但是其控制信號不相同，控制II型典型信號為，而電動III型儀表的典型信號為，此外。III型儀表較I

110、I型儀表操作、維護更為方便、簡捷，同時III型儀表還具有完善的跟蹤、保持電路，使得手動切換非常方便，隨時都可以進行切換，且保證無擾動。所以在本設(shè)計中選用電動III型儀表。</p><p>　　由電動III型儀表構(gòu)成的串級控制系統(tǒng)的基本方案有如下兩種：</p><p>　　圖4-1 用電動III型儀表組成的串級控制系統(tǒng)方塊圖</p><p>　　該方案中采用了兩臺控制

111、器，主、副變量通過一臺雙筆記錄儀進行記錄。由于副控制器輸出的是，而控制閥只能接受氣壓信號，所以在副控制器與控制閥之間設(shè)置了一個電氣轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　圖4-2 用電動III型儀表組成的主控-串級控制系統(tǒng)方塊圖</p><p>　　該方案較于上一方案多設(shè)置了一個主控-串級控制切換開關(guān)，可以根據(jù)不同情況使控制系統(tǒng)工作于主控方式和串級控制方式下。在本設(shè)計中采用第二種方式可以是控制系統(tǒng)更

112、好的工作，得到更穩(wěn)定的控制輸出。</p><p>　　4.4串級控制系統(tǒng)主副回路和主副調(diào)節(jié)器選擇</p><p>　　為充分發(fā)揮串級控制系統(tǒng)的優(yōu)點，在設(shè)計控制系統(tǒng)時，還應(yīng)當合理選擇主副回路及主副調(diào)節(jié)器的規(guī)律。</p><p>　　4.4.1 主副回路的選擇原則</p><p>　?。?）副回路應(yīng)該把生產(chǎn)過程的主要干擾包括在內(nèi)，應(yīng)力求把變化幅度

113、最大、最劇烈和最頻繁的干擾包括在副回路內(nèi)，充分發(fā)揮副回路改善系統(tǒng)動態(tài)特性的作用，保證主參數(shù)的穩(wěn)定。</p><p>　?。?）選擇副回路時，應(yīng)力求把盡量多的干擾包括進去，以盡量減少它們對主參數(shù)的影響，提高系統(tǒng)抗干擾能力。</p><p>　?。?）主副對象的時間常數(shù)應(yīng)適當匹配，串級控制系統(tǒng)與單回路控制系統(tǒng)相比，其工作頻率提高了，但這與主副對象的時間常數(shù)選擇是有關(guān)的。原則是兩者相差大一些。&

114、lt;/p><p>　　由式可知：在一定的系統(tǒng)中，若1+確定，得函數(shù)：；串級控制系統(tǒng)頻率增長的速度，在主副對象時間常數(shù)的比值較小時最顯著，隨著進一步增大而明顯減弱，一方面我們希望T2小一點可以使副回路靈敏些控制作用快一點。但另一方面，T2過小，必然使比值增大，此時對提高系統(tǒng)的工作頻率意義不大。同時，T2過小，將導致副環(huán)過于敏感而不穩(wěn)定。因此，在選擇副回路時，主副對象的時間常數(shù)比值應(yīng)當選取適當，一般=2~6（或3~10