第五章 調(diào)速器及調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性

1、 流流 體體 機機 械械 自自 動動 控控 制制目目 錄錄 第一章 概 述 第二章 機械液壓調(diào)速器 第三章 電氣液壓調(diào)速器 第四章 微機調(diào)速器 第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性 第六章 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定 流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)對象引水系統(tǒng)水輪機發(fā)電機電網(wǎng)及負載流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)特性 主要討論以下幾種典型結(jié)構(gòu)：主要討論以下幾種典型結(jié)構(gòu)： PI 輔接型輔接型 PI 中接型中接型 軟反饋軟反饋+加速度輔接型加速度輔接

2、型 軟反饋軟反饋+加速度中接型加速度中接型 并聯(lián)并聯(lián)PID(電子調(diào)節(jié)器電子調(diào)節(jié)器)型型一、數(shù)學模型一、數(shù)學模型 PID型型流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性基值的選擇建立調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學模型時，基值的選擇很重要。接力器位移基值 接力器最大行程頻率基值 額定頻率電壓基值 測頻回路在頻率變化100%時的 - 輸出電壓配壓閥位移基值 頻率變化100%時的配壓閥 - 位移值rfbUmaxYbs一、數(shù)學模型一、數(shù)學模型 流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性一、數(shù)學模型一、數(shù)學模型 流體機械自動控制流體機械自動控制江

3、蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性一、數(shù)學模型一、數(shù)學模型 l 測頻環(huán)節(jié)可近似認為是比例環(huán)節(jié)，增益為 ，有fKfKUff變換后得始條件為零，進行拉氏值并令初所以對上式取偏差相對因為rfbfKU 流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性一、數(shù)學模型一、數(shù)學模型 l 綜合放大環(huán)節(jié)增益為 ，綜合了頻率測量信號，頻率給定信號，永態(tài)反饋信號和暫態(tài)反饋信號，其輸出信號為0K)(0btbpfCAUUUuKU換后得同一基值，進行拉氏變因為均為電壓值，如取流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性一、數(shù)學模型一、數(shù)學

4、模型 l 電液轉(zhuǎn)化器可近似為比例環(huán)節(jié)，增益為 ，有dKAddUKs遞函數(shù)為進行拉氏變換后得其傳流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性一、數(shù)學模型一、數(shù)學模型 l 調(diào)節(jié)杠桿將電液轉(zhuǎn)換器輸出傳遞至引導閥，為比例環(huán)節(jié)，增益為 ，有0K遞函數(shù)為進行拉氏變換后得其傳流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性一、數(shù)學模型一、數(shù)學模型 l 引導閥和輔助接力器引導閥近似為比例環(huán)節(jié)，輔助接力器為積分環(huán)節(jié)，有l(wèi) 主配壓閥和主接力器主配壓閥近似為比例環(huán)節(jié)，主接力器為積分環(huán)節(jié)，有流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章

5、調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性一、數(shù)學模型一、數(shù)學模型 l 局部負反饋環(huán)節(jié)近似為比例環(huán)節(jié)，其運動方程為 ，傳遞函數(shù)為l 永態(tài)反饋環(huán)節(jié)為比例環(huán)節(jié)，其運動方程為 ，其傳遞函數(shù)為流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性一、數(shù)學模型一、數(shù)學模型 l 暫態(tài)反饋環(huán)節(jié)為實際微分環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為 流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性一、數(shù)學模型一、數(shù)學模型 l PI輔助接力器型調(diào)速系統(tǒng)圖流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性一、數(shù)學模型一、數(shù)學模型 l PI輔助接力器型調(diào)速系統(tǒng)簡圖

6、1流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)特性一、數(shù)學模型一、數(shù)學模型 1、PI 輔接型 框圖如圖所示。 其傳遞函數(shù)為： )( )()(1)()()(2131三階pdptyydydyydcrbsTbbTsTTbTsbTTTsTsXsYsG，則：忽略)0(11yyTT)( )(1)()()(2二階pdptyyddcrbsTbbTsTTsTsXsYsG流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)特性 2、PI 中接型 框圖如圖所示。其傳遞函數(shù)為： 所以， 令 ，則有：)( )(1)(

7、)()(12111調(diào)速器部分調(diào)速器部分pdptydydcrbsTbbTsTTsTsXsYsG)( 11)()()(12隨隨動動系系統(tǒng)統(tǒng)部部分分sTsYsYsGyr)()()(21sGsGsGrrr)( )()(1)(2二二階階pdtpyydptdrbsTbbTsTTbbsTsG01yT一、數(shù)學模型一、數(shù)學模型 流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)特性3、軟反饋+加速度 輔接型 框圖如圖所示。 其傳遞函數(shù)(忽略 )為： 1yT)( )(111)(2三三階階pdptydydnnrbsTbbTsTTsTsTsTsG一、數(shù)學模型一、數(shù)學模

8、型 流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)特性4、軟反饋+加速度中接型 框圖如圖所示。其傳遞函數(shù)(忽略 )為： 1yT)( )1()(111)(三三階階sTbsTbbsTsTsTsGypdptdnnr一、數(shù)學模型一、數(shù)學模型 流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)特性5、并聯(lián)PID 框圖如圖所示其調(diào)節(jié)器部分傳遞函數(shù)為： 隨動系統(tǒng)部分：)1()()()(2211IpPDpIPDcrKsbKsKbKsKsKsXsYsG sTsGyr11)(2)1()1()()()(2221s

9、TKsbKsKbKsKsKsGsGsGyIpPDpIPDrrr一、數(shù)學模型一、數(shù)學模型 流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)特性二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性 （一）調(diào)節(jié)規(guī)律 對第1種調(diào)速器的數(shù)學模型，忽略 ， ，則有： 對第2種調(diào)速器的數(shù)學模型，忽略 ， ，也可得出與第1種模型相同的結(jié)論。 sTbbsGdttr11)(pbyTyTpb：具有PI型規(guī)律。流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)特性二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性 （一）調(diào)節(jié)規(guī)律 對第3種調(diào)速器的數(shù)學模型，忽略 ， ，

10、，則有 對第4種調(diào)速器的數(shù)學模型，忽略 ， ， ，也可得出與第3種模型相同的結(jié)論。yTpbnTsbTsTbTbTTsGtndtdtdnr1)(：具有PID規(guī)律。yTpbnT流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)特性二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性 （一）調(diào)節(jié)規(guī)律 對第5種調(diào)速器的數(shù)學模型，忽略 ， ，則有： 顯然具有PID型規(guī)律。 與第3，4相比較，有 yTpbsKsKKsGDIPr)(tnDdtItdtndPbTKTbKbTbTTK,1,1流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)

11、特性（二）頻率特性 PI型調(diào)速器的頻率特性 二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性 流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)特性（二）頻率特性 PID型調(diào)速器的頻率特性二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性 由比較可見： PID型調(diào)速器的增益交界頻率大于PI型調(diào)速器的。 故PID型的速動性較好，但其抗干擾性較差。 流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)特性（三）指令信號實現(xiàn)時間 機組并入大電網(wǎng)時，頻率為常數(shù)，水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)相當于一個開環(huán)系統(tǒng)，輸入信號為功給信號。此時(穩(wěn)定性不成問題)，對功給信號指令信

12、號的響應速度成為主要關心的問題。 對功給階躍信號響應的調(diào)節(jié)時間即稱為指令信號實現(xiàn)時間 。 其實質(zhì)就是單位階躍響應中最大時間常數(shù)的34倍。 影響它的主要因素有：調(diào)速器結(jié)構(gòu)、校正裝置參數(shù)和指令信號加入位置等。LTLT二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性 流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)特性（三）指令信號實現(xiàn)時間 LT二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性 例：對輔接PI型調(diào)速器CpdtpydydpcbsTbbTsTTsTbsCsysG )()1()()()(2)1)(1(1)(: sbTsbTbsTsG*typd*tdc即即)1()(*0ydTtydydT

13、tyddpteTTTTeTTTbbCty 其階躍響應為：),(*tyypdtdbTTbTbT其中：故信號響應時間為：pdtdLbTbTT*33流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)特性（三）指令信號實現(xiàn)時間 1、結(jié)構(gòu)對 的影響 對中間接力器型和加速度+軟反饋型(包括輔接、中接型)，均有： 對并聯(lián)PID型，有： 考慮到 ， ， 則： 可見三種典型結(jié)構(gòu)對常規(guī)方式輸入， 表達式均相同。pdptLbTbbT)(3 IpppLKbKbT13 LTtpbK1 dtITbK1 dpptLTbbbT)(3 LTLT二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性 流體機械

14、自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)特性（三）指令信號實現(xiàn)時間 2、校正裝置對 的影響 由于PID比PI優(yōu)越，在相同工況點，PID的參數(shù)可比PI的整定值小，故PID比PI的 小。 由于在并網(wǎng)后，調(diào)速器參數(shù)大都進行參數(shù)切換，無論是PID還是PI，參數(shù)均較小。 故 均較小，調(diào)節(jié)規(guī)律對 的影響實際上已不存在。LTLTLTLT二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性 LT流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)特性（三）指令信號實現(xiàn)時間 3 、指令信號加入點對 的影響 對中接PI 型和加速度+軟反饋型，

15、輸入點變?yōu)?。 則： 顯然比常規(guī)方式下降了很多。1CyLTT3 二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性 LTLT（三）指令信號實現(xiàn)時間 3 、指令信號加入點對 的影響 對輔接PI 型和加速度+軟反饋型，輸入點變?yōu)?。 則： 顯然比常規(guī)方式也下降了很多。流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)特性1CtyLbTT/3二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性 LTLT流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)特性（三）指令信號實現(xiàn)時間 3 、指令信號加入點對 的影響 對并聯(lián)PID型，輸入點變?yōu)?。 則： 顯然比

16、常規(guī)方式也下降了很多顯然比常規(guī)方式也下降了很多!1CyLTT3 二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性 LTLT流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)特性調(diào)速器子系統(tǒng)本身即為一閉環(huán)系統(tǒng)，故須考慮其自身的穩(wěn)定性。 以PI 輔接型為例，考慮到小時間常數(shù)T1，開環(huán)傳遞函數(shù)為： 根軌跡增益)1)()(1()(11*0dydtpTsTbsTssTbbsKsG yytTTTbbK11* （四）調(diào)速器內(nèi)環(huán)穩(wěn)定性二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性 -40-35-30-25-20-15-10-50510-25-20-15-10-50510152025Root LocusRe

17、al AxisImaginary Axis11T1yTb dT1dtpTbb*流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)特性可見，增加K 增加， 減小(前向通道各環(huán)節(jié)增益增加均可導致 減小)，至一定值后，調(diào)速器將不穩(wěn)定。 所以，過分增加 和減小 將導致調(diào)速器本身不穩(wěn)定。tbyTyTtbyT（四）調(diào)速器內(nèi)環(huán)穩(wěn)定性二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性 -40-35-30-25-20-15-10-50510-25-20-15-10-50510152025Root LocusReal AxisImaginary Axis11T1yTb dT1dtpTbb*

18、流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)特性改善的方法為：將環(huán)節(jié)移出，變?yōu)橹薪有汀４藭r開環(huán)傳遞函數(shù)由四階型降為三階0型根軌跡，根軌跡不會進入右半復平面。sTy1（四）調(diào)速器內(nèi)環(huán)穩(wěn)定性二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性 -15-10-50-25-20-15-10-50510152025Root LocusReal AxisImaginary Axis11T1yTb dT1dtpTbb*流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)特性對電液隨動系統(tǒng)，方框圖為： 開環(huán)傳遞函數(shù)為三階型系統(tǒng)，原則上

19、可能造成不穩(wěn)定，但 ， 相對較大，不易發(fā)生不穩(wěn)定，但若增益過大( 過大)，則會產(chǎn)生振蕩。yT1yT b二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性 （四）調(diào)速器內(nèi)環(huán)穩(wěn)定性流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第一節(jié) 調(diào)速器動態(tài)特性思考題思考題 、繪制幾種典型調(diào)速器的結(jié)構(gòu)框圖，并進行等效變換，導出其基本調(diào)節(jié)規(guī)律。 、分析PI、PID兩種調(diào)速器對輸入 的階躍響應的差別。 、當調(diào)速器作為隨動系統(tǒng)使用時，信號響應時間 受哪些因素影響。 、簡要分析調(diào)速器的內(nèi)環(huán)穩(wěn)定性。cxLT流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第二節(jié) 水輪機動態(tài)特性一

20、、水輪機動態(tài)特性包括內(nèi)容一、水輪機動態(tài)特性包括內(nèi)容 水輪機本身動態(tài)特性用穩(wěn)態(tài)特性代替，本節(jié)討論。 過水系統(tǒng)的水流慣性在第三節(jié)與引水系統(tǒng)一起分析。 轉(zhuǎn)子部分及轉(zhuǎn)輪區(qū)水體慣性與發(fā)電機機械慣性一并考慮(第四節(jié)) 。流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第二節(jié) 水輪機動態(tài)特性二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性借用水輪機穩(wěn)態(tài)特性（以混流式為例）： 在計算工況點附近作線性化處理： ),(),(nHaQQnHaMMttHHQnnQaaQQQQQHHMnnMaaMMMMMttttt0000流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第二節(jié)

21、 水輪機動態(tài)特性引入基值(額定工況參數(shù)) ， ， ， ， , 取相對值：rMrQrnrHmaxa rrrrrrrrrrrtrrrtrtrtHHHHQQnnnnQQaaaaQQQQHHHHMMnnnnMMaaaaMMMMmaxmaxmaxmax二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第二節(jié) 水輪機動態(tài)特性令: 令： trtmMM yaa maxxnnr hHHr ;,max數(shù)力矩對導葉開度傳遞系aaMMerty力矩對轉(zhuǎn)速傳遞系數(shù)；,rrtxnnMMe力矩對水頭傳遞系數(shù)；,rrthHHMMe數(shù)；流量對導葉開度傳遞系,maxaaQQe

22、rqy二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第二節(jié) 水輪機動態(tài)特性令: 令： trtmMM yaa maxxnnr hHHr maxaaMMerty rrtxnnMMe rrthHHMMe maxaaQQerqy rrqxnnQQe rrqhHHQQe hexeyeqhexeyemqhqxqyhxyt二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第二節(jié) 水輪機動態(tài)特性對于轉(zhuǎn)槳式機組還應考慮 對 ， 的影響。 令 得： 因此描述水輪機動態(tài)特性主要就是確定六（八）個傳遞系

23、數(shù)。 tMQ hexezeyeqhexezeyemqhqxqzqyhxzytmax zzmetz zqeqz 二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第二節(jié) 水輪機動態(tài)特性三、傳遞系數(shù)計算方法三、傳遞系數(shù)計算方法 （僅以 為例進行介紹） (在穩(wěn)態(tài)工況點附近) 由模型特性曲線，得： ， 根據(jù)以下公式計算： ， 由綜合特性曲線查出。其它參數(shù)類推。yemaxmaxaaMMaaMMertrty iMrM1a2amax1212aaaMMMery 1,2i m)(N )(937400311011 HDnQMii m)(N )(9374031

24、1011 rrrHDnQM 流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第三節(jié) 水輪機組段動態(tài)特性 在水輪機動態(tài)特性基礎上考慮在水輪機動態(tài)特性基礎上考慮壓力引水系統(tǒng)動態(tài)特壓力引水系統(tǒng)動態(tài)特性性，即構(gòu)成，即構(gòu)成水輪機組段的動態(tài)特性水輪機組段的動態(tài)特性。 流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第三節(jié) 水輪機組段動態(tài)特性機組在動態(tài)過程中，壓力引水系統(tǒng)中水流實際為非恒定流。 動態(tài)特性有兩種分析方法： l剛性水擊理論剛性水擊理論 l彈性水擊理論彈性水擊理論一、有壓過水系統(tǒng)動態(tài)特性一、有壓過水系統(tǒng)動態(tài)特性 流體機械自動控制流

25、體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第三節(jié) 水輪機組段動態(tài)特性一、有壓過水系統(tǒng)動態(tài)特性一、有壓過水系統(tǒng)動態(tài)特性 假定：水體與管壁均看作剛體；假定：水體與管壁均看作剛體； 工具：動量定理；工具：動量定理； 對象：全管路中水體。對象：全管路中水體。1、剛性水擊理論、剛性水擊理論 dtdVgLH VmtP ),(LAgmHAP L引入引入H0， V0 ，Q0； 轉(zhuǎn)換為相對偏差轉(zhuǎn)換為相對偏差dtdqAHgQLdtdvHgVLh 0000傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：sTsQsHsGwh )()()(AgHLQgHLVTw0000 令：令：流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大

26、學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第三節(jié) 水輪機組段動態(tài)特性2、彈性水擊理論、彈性水擊理論 考慮水體與管壁彈性考慮水體與管壁彈性 運動方程運動方程 xdtdVAxAxDxxpApApA sin)(0)(80威西巴赫公式達西 VVf xVVtVdtdV ZHp 021 gDVVftVgxH忽略忽略 xVgV 引入：引入：一、有壓過水系統(tǒng)動態(tài)特性一、有壓過水系統(tǒng)動態(tài)特性 流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性2、彈性水擊理論、彈性水擊理論 連續(xù)性方程連續(xù)性方程 txAxxAVAVAV)()( 011 xVdtddtdAA 0)()( xVAxAVtA

27、考慮流體和管壁彈考慮流體和管壁彈性，引入波速性，引入波速a0sin2 VxVgaxHVtH02 xVgatH已忽略已忽略 sinVxHV及 一、有壓過水系統(tǒng)動態(tài)特性一、有壓過水系統(tǒng)動態(tài)特性 第三節(jié) 水輪機組段動態(tài)特性江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性能源與環(huán)境學院能源與環(huán)境學院2、彈性水擊理論、彈性水擊理論 在彈性水擊理論中，認為水擊波以一定波速在管道中傳播。在彈性水擊理論中，認為水擊波以一定波速在管道中傳播。 波速波速 a 計算：計算： 式中：式中：E0水的體積模量；水的體積模量；E管壁材料的彈性模數(shù)；管壁材料的彈性模數(shù)；D管道內(nèi)徑；管道內(nèi)徑；管管壁厚度；壁厚度；a0聲波在水

28、中的傳播速度。聲波在水中的傳播速度。 水擊波從導葉處傳回水庫，再從水庫反射回導葉處所經(jīng)歷的時間，稱為水擊波從導葉處傳回水庫，再從水庫反射回導葉處所經(jīng)歷的時間，稱為管道管道反射時間反射時間 , 亦稱為亦稱為相長相長: rT DEEaa 001)(2saLTr 一、有壓過水系統(tǒng)動態(tài)特性一、有壓過水系統(tǒng)動態(tài)特性 第三節(jié) 水輪機組段動態(tài)特性流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第三節(jié) 水輪機組段動態(tài)特性2、彈性水擊理論、彈性水擊理論 00212tHagxVgDVfVtVgxH歸 納：L)5 . 0(2)()()(sTthhsQsHsGrwh 經(jīng)推導：002g

29、HaVhw 式中， 水管特征系數(shù) 一、有壓過水系統(tǒng)動態(tài)特性一、有壓過水系統(tǒng)動態(tài)特性 流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第三節(jié) 水輪機組段動態(tài)特性2、彈性水擊理論、彈性水擊理論 一、有壓過水系統(tǒng)動態(tài)特性一、有壓過水系統(tǒng)動態(tài)特性 對雙曲正切展開成級數(shù)，并只計算前兩項得： 若只計算一次項，可得： 可見剛性水擊其實是彈性水擊的一種近似！可見剛性水擊其實是彈性水擊的一種近似！181214812)(2233 sTsTsThsGrrrwhsTsThsGwrwh5 . 02)(流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第三

30、節(jié) 水輪機組段動態(tài)特性二、水輪機組段的動態(tài)特性二、水輪機組段的動態(tài)特性 1、水輪機組段方框圖)(1)(1)(sGeseGesGhqhhyt 2、ymt傳遞函數(shù) qhyhqyeeeee 式式中中，流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第三節(jié) 水輪機組段動態(tài)特性二、水輪機組段的動態(tài)特性二、水輪機組段的動態(tài)特性 )(1)()()(sGesGeeeeesGhqhhxqhhqxxt 3、xmt傳遞函數(shù) 流體機械自動控制流體機械自動控制江蘇大學江蘇大學第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第三節(jié) 水輪機組段動態(tài)特性二、水輪機組段的動態(tài)特性二、水輪機組段的動態(tài)特性 )(1)()()( sGesGeeeeesGh