過(guò)程控制課設(shè)

1、28南昌航空大學(xué)科技學(xué)院過(guò)程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 目錄第一章前饋控制系統(tǒng) 2第二章.給水控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特征 7第三章給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求 11第五章總結(jié) 24參考文獻(xiàn) 24 前饋反饋復(fù)合控制控制系統(tǒng) 摘要流量是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中重要的被控量之一，因而流量控制的研究具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。鍋爐的流量控制對(duì)石油、冶金、化工等行業(yè)來(lái)說(shuō)必不可少。本論文的目的是鍋爐進(jìn)水流量定值控制，在設(shè)計(jì)中充分利用自動(dòng)化儀表技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱液位的過(guò)程控制。首先對(duì)被控對(duì)象的模型進(jìn)行分析，并采用實(shí)驗(yàn)建模法求取模型的傳遞函數(shù)。然后，根據(jù)被控對(duì)象模型和被控過(guò)程特性并加入PID調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)流量控制系統(tǒng)，采

2、用動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)對(duì)控制系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析。同時(shí)，通過(guò)對(duì)實(shí)際控制的結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了過(guò)程控制對(duì)提高系統(tǒng)性能的作用。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，組態(tài)技術(shù)開(kāi)始得到重視與運(yùn)用,它能夠很好地解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問(wèn)題，使用戶(hù)能根據(jù)控制對(duì)象和控制目的任意組態(tài)，完成最終的自動(dòng)化控制工程。 關(guān)鍵詞：流量定值；過(guò)程控制；PID調(diào)節(jié)器；前饋控制；系統(tǒng)仿真第一章前饋控制系統(tǒng)1. 前饋控制系統(tǒng)的組成在熱工控制系統(tǒng)中，由于被控對(duì)象通常存在一定的純滯后和容積滯后，因而從干擾產(chǎn)生到被調(diào)量發(fā)生變化需要一定的時(shí)間。從偏差產(chǎn)生到調(diào)節(jié)器產(chǎn)生控制作用以及操縱量改變到被控量發(fā)生變化又要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間，可見(jiàn)，這種反饋控制方案的

3、本身決定了無(wú)法將干擾對(duì)被控量的影響克服在被控量偏離設(shè)定植之前，從而限制了這類(lèi)控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的進(jìn)一步提高?？紤]到偏差產(chǎn)生的直接原因是干擾作用的結(jié)果，如果直接按擾動(dòng)而不是按偏差進(jìn)行控制，也就是說(shuō)，當(dāng)干擾一出現(xiàn)調(diào)節(jié)器就直接根據(jù)檢測(cè)到的干擾大小和方法按一定規(guī)律去控制。由于干擾發(fā)生后被控量還未顯示出變化之前，調(diào)節(jié)器就產(chǎn)生了控制作用，這在理論上就可以把偏差徹底消除。按照這種理論構(gòu)成的控制系統(tǒng)稱(chēng)為前饋控制系統(tǒng)，顯然，前饋控制對(duì)于干擾的克服要比反饋控制系統(tǒng)及時(shí)的多。從以上分析我們可以得出如下結(jié)論：若系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器能根據(jù)干擾作用的大小和方向就對(duì)被調(diào)介質(zhì)進(jìn)行控制來(lái)補(bǔ)償干擾對(duì)被調(diào)量的影響，則這種控制就叫做前饋控制

4、或擾動(dòng)補(bǔ)償。前饋控制系統(tǒng)的工作原理可結(jié)合下面圖1所示的換熱器前饋控制進(jìn)一步說(shuō)明，圖中虛線(xiàn)部分表示反饋控制系統(tǒng)。換熱器是用蒸汽的熱量加熱排管中的料液，工藝上要求料液出口溫度一定。當(dāng)被加熱水流量發(fā)生變化時(shí)，若蒸汽兩不發(fā)生變化，而要使出口溫度保持不變，就必須在被加熱水量發(fā)生變化的同時(shí)改變蒸汽量。這就是一個(gè)前饋控制系統(tǒng)。圖中虛線(xiàn)所示是反饋控制的方法，這種方法沒(méi)有前饋控制及時(shí)。圖1前饋控制系統(tǒng)的原理框圖于圖2所示。圖中，：測(cè)量變送器的變送系數(shù)； (s)：干擾通道對(duì)象傳遞函數(shù)； (s)：控制通道對(duì)象傳遞函數(shù)； (s)：前饋控制裝置或前饋調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。2 前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)理想的情況下，針對(duì)某種擾動(dòng)的前

5、饋控制系統(tǒng)能夠完全補(bǔ)償因擾動(dòng)而引起的對(duì)被調(diào)量的影響。實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾完全補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵是確定前饋控制器（前饋調(diào)節(jié)器）的控制作用，顯然(s)取決于對(duì)象控制通道和干擾通道的特性。由圖2可得： (s) = (s) + (s) (s)(s) （1）令= 0 則有： = (s) + (s) (s) （2）式中：是干擾引起的輸出。在理想的情況下，經(jīng)過(guò)前饋控制以后，被調(diào)量不變，即實(shí)現(xiàn)了所謂“完全補(bǔ)償”，此時(shí)： = (s) + (s) (s) = 0所以，前饋控制器的控制規(guī)律為： （3）上式說(shuō)明前饋控制的控制規(guī)律完全是由對(duì)象特性決定的，它是干擾通道和控制通道傳遞函數(shù)之商，式中負(fù)號(hào)表示控制作用的方向與干擾作用相反。如果(

6、s) 和 (s) 可以很準(zhǔn)確測(cè)出，且(s) 完全和上式確定的特性一致，則不論干擾信號(hào)是怎樣的形式，前饋控制都能起到完全控制的作用，使被調(diào)量因干擾而引起的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)偏差均是零。3. 復(fù)合控制系統(tǒng)特性分析正如前面所指出的那樣，前饋控制能依據(jù)干擾值的大小在被調(diào)參數(shù)偏離給定值之前進(jìn)行控制，使被調(diào)量始終保持在給定值上。這樣一個(gè)看起來(lái)相當(dāng)完美的控制方式也有其局限性。首先表現(xiàn)在前饋控制系統(tǒng)中不存在被調(diào)量的反饋，即對(duì)于補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果沒(méi)有前言的手段。因而，當(dāng)前前饋?zhàn)饔貌](méi)有最后消除偏差時(shí)，系統(tǒng)無(wú)法得知這一信息而作進(jìn)一步的校正。其次，由于實(shí)際工業(yè)對(duì)象存在著多個(gè)干擾，為了補(bǔ)償它們對(duì)被調(diào)量的影響，勢(shì)必設(shè)計(jì)多個(gè)前饋通道，增

7、加了投資費(fèi)用和維護(hù)工作量。此外當(dāng)干擾通道的時(shí)間常數(shù)小于控制通道的時(shí)間常數(shù)時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償。再者，前饋控制模型的精度也受到多種因素的限制，對(duì)象特性受負(fù)荷和工況等因素的影響而產(chǎn)生偏移，必然導(dǎo)致(s)和(s)的變化，因此一個(gè)事先固定的前饋模型不可能獲得良好的控制質(zhì)量。工程實(shí)際中，為克服前饋控制的局限性從而提高控制質(zhì)量，對(duì)一兩個(gè)主要擾動(dòng)采取前饋補(bǔ)償，而對(duì)其它引起被調(diào)參數(shù)變化的干擾采用反饋控制來(lái)克服。以這種形式組成的系統(tǒng)稱(chēng)為前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)即能發(fā)揮前饋調(diào)節(jié)控制及時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，又能保持反饋控制對(duì)各種擾動(dòng)因素都有抑制作用的長(zhǎng)處，因此得到了廣泛的應(yīng)用。復(fù)合控制系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。（

8、1） 引入反饋控制后，前饋控制中的完全補(bǔ)償條件不變。圖（3）為前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)的原理方框圖。由圖可得，沒(méi)有加入反饋?zhàn)饔脮r(shí)完全補(bǔ)償?shù)臈l件為： （4）加上反饋后有： （5）式（5）中，應(yīng)用不變性原理有： 即： （6）式（4）與式（6）完全一樣。 而如果不加前饋?zhàn)饔?，即若，顯然， 由于，因此擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)輸出是有影響的。 （2）復(fù)合控制系統(tǒng)補(bǔ)償控制的規(guī)律不僅與對(duì)象控制通道和干擾通道的傳遞函數(shù)有關(guān)，還與反饋調(diào)節(jié)器的位置有關(guān)。若復(fù)合控制系統(tǒng)的組成如圖（4）所示，反饋調(diào)節(jié)器與圖（3）相比，不是放在前饋信號(hào)前面，而是放在后面，則有： 可得完全補(bǔ)償條件： （7） 顯然與式（4）不同。（2） 復(fù)合控制時(shí)，擾動(dòng)對(duì)

9、輸出的影響要比純前饋時(shí)小得多。 為放便比較，設(shè)系統(tǒng)為定值控制，即 ，專(zhuān)門(mén)討論擾動(dòng)Z（s）對(duì)系統(tǒng)的影響。 因?yàn)榍梆伩刂撇豢赡芡耆a(bǔ)償，即Y(s)的第二項(xiàng)不可能完全為零，令其為，那么，純前饋控制時(shí)： （8）加入反饋后，則： （9）因?yàn)?，因?（10）對(duì)于其他未經(jīng)過(guò)補(bǔ)償?shù)臄_動(dòng)作用也有類(lèi)似的結(jié)果。（3） 前饋補(bǔ)償對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定性沒(méi)有影響。這一點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，因?yàn)榍梆仧o(wú)論加在什么位置，它都不構(gòu)成回路，系統(tǒng)的輸入輸出傳遞函數(shù)的分母均保持不變，因而不會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4.三沖量給水控制系統(tǒng)一、 給水控制的任務(wù)汽包鍋爐給水控制的任務(wù)是使給水量適應(yīng)鍋爐蒸發(fā)量，并使汽包中的水位保持一直在一定范圍內(nèi)，具體要求有以下

10、兩個(gè)方面：（1）維持汽包水位在一定防衛(wèi)內(nèi)。汽包水位是影響鍋爐安全運(yùn)行的重要因素。水位過(guò)高，會(huì)破壞汽水分離裝置的正常工作，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致蒸汽帶水增多，從而增加在過(guò)熱器管壁上和汽輪機(jī)葉片上的結(jié)垢，甚至十汽輪機(jī)發(fā)生水沖擊而損壞葉片；水位過(guò)低，則會(huì)破壞水循環(huán)，引起水冷壁的破裂。 正常運(yùn)行時(shí)水位波動(dòng)范圍：3050mm異常情況：200mm事故情況：>350mm（2）保持穩(wěn)定的給水量。給水量不應(yīng)該時(shí)大時(shí)小地劇烈運(yùn)動(dòng)，否則，將對(duì)聲煤氣和給水管道的安全運(yùn)行不利。第二章.給水控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特征汽包爐給水控制對(duì)象結(jié)構(gòu)如圖（6）所示。影響水位的因素主要有：過(guò)路蒸發(fā)量（負(fù)荷D），給水量G，爐膛熱負(fù)荷（燃燒率M），汽

11、包壓力?？刂葡到y(tǒng)的物質(zhì)平衡方程為： （11）將式（12）進(jìn)一步變換得： 令,則上式變?yōu)椋?（12）式中 H汽包水位，或； A汽水分離面積，m或cm； 水的密度，或c； 蒸汽密度，或kg/； D蒸發(fā)量，或kg/； G給水量，t/h或kg/s； C容量系數(shù)。容量系數(shù)C是用來(lái)表征鍋爐的結(jié)構(gòu)系數(shù)的，而它的動(dòng)態(tài)特性則往往用飛升速度好飛升時(shí)間來(lái)表征。對(duì)于汽包鍋爐來(lái)說(shuō)，由飛升速度的定義知 （13）式中飛升速度，1/s。把擾動(dòng)量即水位變化量轉(zhuǎn)成用相對(duì)量表示的水位變化范圍，通常的水位允許變化范圍為200mm，這個(gè)范圍擾動(dòng)量的相對(duì)極限值為100%。式（14）中 右邊一項(xiàng)表示汽包內(nèi)工質(zhì)的變化量，當(dāng)給水量G=0，而蒸

12、發(fā)量為最大時(shí)，變化量最大，因此有： （14）可見(jiàn)這時(shí)的擾動(dòng)量是下降的，故有： （15）式中 鍋爐最大的蒸發(fā)量； 水位變化允許的最大范圍。飛升時(shí)間為。對(duì)于蒸發(fā)量為100230t/h的單汽包鍋爐，當(dāng)水位變化100mm時(shí)，=6030s，對(duì)于蒸發(fā)量為更大的汽包鍋爐=30s，它的意義在于當(dāng)鍋爐在滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，如果突然停止供水，則由于蒸發(fā)量和給水量的不平衡造成水位迅速下降，在30s內(nèi)將下降200mm，或者換句話(huà)說(shuō)，如果給水量減少10%，經(jīng)過(guò)30s的時(shí)間，水位將下降20mm.一、下面分別討論各種擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性。1 給水量擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性圖（5）中曲線(xiàn)1為沸騰式省煤器情形下水位的動(dòng)態(tài)特性。曲

13、線(xiàn)2則是非沸騰式省煤器時(shí)的動(dòng)態(tài)特性。從物質(zhì)平衡的觀點(diǎn)來(lái)看，加大了給水量G，水位應(yīng)立即上升，但實(shí)際上并不是這樣，而是經(jīng)過(guò)一段遲延，甚至先下降后再上升。這是因?yàn)榻o水溫度遠(yuǎn)低于省煤器的溫度，即給水有一定的過(guò)冷度，水進(jìn)入省煤器后，使一部分汽變成了水，特別是沸騰式省煤器，給水減輕了省煤器內(nèi)的沸騰度，省煤器內(nèi)的汽泡總?cè)莘e減少，因此進(jìn)入省煤器內(nèi)的水首先用來(lái)填補(bǔ)省煤器中因汽泡破滅容積減少而降低的水位，經(jīng)過(guò)一段遲延甚至水位下降后，才能因給水量不斷從省煤器進(jìn)入汽包而使水位上升。在次過(guò)程中，負(fù)荷還未發(fā)生變化，汽包中水仍然在蒸發(fā)，因此水位也有下降趨勢(shì)。沸騰式省煤器的遲延時(shí)間T為100200s。非沸騰式省煤器的遲延時(shí)間

14、T為30100s。水位在給水?dāng)_動(dòng)下的傳遞函數(shù)可表示為： （16）水位對(duì)象可近似認(rèn)為是一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)并聯(lián)的形式。用一階近似表示是： （17）2 蒸汽流量擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特性如果只從物質(zhì)平衡的角度來(lái)看，蒸發(fā)量突然增加D時(shí)，蒸發(fā)量高于給水量，汽包水位是無(wú)自平衡能力的，所以水位應(yīng)該直線(xiàn)下降，如圖（7）中所示那樣，但實(shí)際水位是先上升，再下降，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“虛假水位”現(xiàn)象，如圖中所示。其原因是由于負(fù)荷增加時(shí)，在汽水循環(huán)回路中的蒸發(fā)強(qiáng)度也將成比例增加，水面下汽泡的容積增加得也很快，此時(shí)燃燒量M還來(lái)不及增加，汽包中汽壓下降，汽泡膨脹，使汽泡體積增大而水位上升。如圖（7）中曲線(xiàn)所示。在開(kāi)始的一段時(shí)間

15、后，當(dāng)汽泡容積和負(fù)荷相適應(yīng)而達(dá)到穩(wěn)定后，水位就要反映出物質(zhì)平衡關(guān)系而下降。因此，水位的變化應(yīng)是上述兩者之和，即： （18）傳遞函數(shù)也為兩者的代數(shù)和： （19）式中 的時(shí)間常數(shù)，約為1020s； 的放大系數(shù)； 飛升速度。 一般100230t/h的中高壓爐，負(fù)荷突然變化10%時(shí)，虛假水位現(xiàn)象可使水位變化3040mm。3爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性此處的爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)即是指燃料量M的擾動(dòng)。燃料量增加時(shí)，鍋爐吸收更多的熱量，使蒸發(fā)量強(qiáng)度增大，如果不調(diào)節(jié)蒸汽閥門(mén)，由于鍋爐出口汽壓提高，蒸汽流量也增大，這時(shí)蒸發(fā)量大于給水量，水位應(yīng)下降。但由于在熱負(fù)荷增加時(shí)蒸發(fā)強(qiáng)度的提高，使汽水混合物中的汽泡容積增加

16、，而且這種現(xiàn)象必然先于蒸發(fā)量增加之前發(fā)生，從而使汽泡水位先上升，從而引起“虛假水位”現(xiàn)象。當(dāng)蒸發(fā)量與燃料量相適應(yīng)時(shí)，水位便會(huì)迅速下降，這種“虛假水位”現(xiàn)象比蒸汽量擾動(dòng)時(shí)要小一些，但其持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。影響水位的因素除上述之外，還有給水壓力，汽包壓力，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，二次風(fēng)分配等。不過(guò)這些因素幾乎都可以用D，M，G的變化體現(xiàn)出來(lái)。為了保證汽壓的穩(wěn)定，燃料量和蒸發(fā)量必須保持平衡，所以這兩者往往是一起變化的，只是先后的差別。給水量擾動(dòng)是內(nèi)擾，其他是外擾。第三章給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求根據(jù)上述給水控制系統(tǒng)對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的分析，給水控制系統(tǒng)應(yīng)符合以下基本要求：首先，由于被控對(duì)象在給水量G擾動(dòng)下的水位階躍

17、反應(yīng)曲線(xiàn)表現(xiàn)為無(wú)自平衡能力，且有較大的延遲，因此必須采用帶比例作用的調(diào)節(jié)器以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其次，由于對(duì)象在蒸發(fā)量D擾動(dòng)下，水位階躍反應(yīng)曲線(xiàn)表現(xiàn)有“虛假水位”現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的反應(yīng)速度比內(nèi)擾快，為了克服“虛假水位”現(xiàn)象對(duì)控制的不利影響，應(yīng)考慮引入蒸汽流量的補(bǔ)償信號(hào)。第三，給水壓力是有波動(dòng)的，為了穩(wěn)定給水量，應(yīng)考慮將給水量信號(hào)作為反饋信號(hào)，用于及時(shí)消除內(nèi)擾。為了滿(mǎn)足上述要求，出現(xiàn)了多種給水自動(dòng)控制系統(tǒng)：?jiǎn)螞_量給水控制系統(tǒng)，雙沖量給水控制系統(tǒng)，三沖量給水控制系統(tǒng)。第四章前饋反饋三沖量給水控制系統(tǒng)1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)前饋反饋三沖量給水控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖（10）所示，因?yàn)橄到y(tǒng)中只用了一個(gè)調(diào)節(jié)器，而調(diào)節(jié)器的輸入

18、有三個(gè)，因此稱(chēng)之為單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)與雙沖量系統(tǒng)相比，多了一個(gè)流量反饋信號(hào)，給水量G發(fā)生變化時(shí)，流量信號(hào)自然要比水位信號(hào)快的多。圖中，為開(kāi)方器，為阻尼器，、為分壓系數(shù)，PI為調(diào)節(jié)器，構(gòu)成執(zhí)行機(jī)構(gòu)，I/V為包括變送器和電流/電壓轉(zhuǎn)換的綜合符號(hào)。I/V出來(lái)的電壓信號(hào)經(jīng)開(kāi)方器后，與流量為線(xiàn)性關(guān)系，即： 式中、為開(kāi)方器的輸出電壓，、為總的變送系數(shù)，D與G分別為蒸汽流量和給水流量。經(jīng)分壓后的電壓為阻尼器的作用則是濾掉水位信號(hào)中的脈動(dòng)成分，防止電動(dòng)執(zhí)行器頻繁動(dòng)作，延長(zhǎng)其使用壽命。根據(jù)前饋反饋三沖量給水控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，可畫(huà)出圖（11）的原理方框圖。圖中標(biāo)出的I為副回路，II為主回路，III為

19、前饋回路。2 調(diào)節(jié)器正反作用開(kāi)關(guān)及入口信號(hào)接線(xiàn)極性下面先討論此系統(tǒng)的接線(xiàn)極性及調(diào)節(jié)器正反作用開(kāi)關(guān)位置。圖（11）中各信號(hào)接入調(diào)節(jié)器的極性應(yīng)是這樣的：水位H上升時(shí)（下降）調(diào)節(jié)器應(yīng)關(guān)小閥門(mén)，是負(fù)反饋，所以信號(hào)的極性為“正接”；當(dāng)蒸發(fā)量D增大時(shí)（也增大）也增大，調(diào)節(jié)器應(yīng)開(kāi)大閥門(mén)，所以的極性應(yīng)是“正接”；當(dāng)給水流量G增大時(shí)（也增大）也增大，調(diào)節(jié)器應(yīng)關(guān)小閥門(mén)，是負(fù)反饋，所以的極性應(yīng)是“反接”。內(nèi)部給定信號(hào)與水位信號(hào)相平衡，極性為“正”則極性為“負(fù)”。下面用六邊形法驗(yàn)證其正確性：外回路： 正作用內(nèi)回路： 正作用前饋： 從上面的驗(yàn)證可以:看出：當(dāng)“+”“”“+”“”且為“正作用”時(shí)，內(nèi)、外回路均能實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋

20、，且前饋通道能實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。3控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性前面已經(jīng)指出，給水控制對(duì)象的內(nèi)擾動(dòng)特性如。這樣的對(duì)象組成單回路時(shí)，無(wú)論采用比例調(diào)節(jié)，還是采用比例積分調(diào)節(jié)，都能達(dá)到無(wú)差調(diào)節(jié)。雙沖量形式的前饋反饋復(fù)合系統(tǒng)是在單回路基礎(chǔ)上加上一個(gè)前饋補(bǔ)償，它不會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)的階型不會(huì)因此而改變，因而也能實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)。而對(duì)于三沖量的前饋反饋控制系統(tǒng)則需要具體分析。參照?qǐng)D（12），設(shè)調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)規(guī)律，靜態(tài)時(shí)，輸入增量為0，輸出為定值，即有如下關(guān)系： 上式可變?yōu)椋?為水位測(cè)量變送器的傳遞系數(shù)，負(fù)號(hào)表示H與變化方向相反；為將給定值電壓轉(zhuǎn)化成給定水位的轉(zhuǎn)換系數(shù)；為蒸汽流量測(cè)量變送器的傳遞系數(shù)；為給水流量測(cè)量變送器

21、的傳遞系數(shù)。故式（）又可變成： 式中為水位定值。若忽略排污，則有G=D，式（）可變?yōu)?轉(zhuǎn)動(dòng)定值器旋鈕，可以改變，使 將之代入式（）可得： 式（）與式（）相減得： 依據(jù)上式可有以下三個(gè)結(jié)論：（1）時(shí)，為無(wú)差調(diào)節(jié)，如圖（13）曲線(xiàn)1。（2）時(shí)，D越大，H與的負(fù)差值越大。這是一根向下的特性曲線(xiàn)，如圖（13）曲線(xiàn)2。（3）時(shí)，D越大，H與的正差值越大。這是一根向上的特性曲線(xiàn)，如圖（13）曲線(xiàn)3。 內(nèi)回路的方框圖如圖（14）所示。以給定值為基值，考慮增量情況，這時(shí)可把它當(dāng)作一單回路來(lái)分析。 如果把調(diào)節(jié)器、分壓系數(shù)以外的環(huán)節(jié)看作是調(diào)節(jié)對(duì)象，那么廣義調(diào)節(jié)對(duì)象： 是一個(gè)近似的比例環(huán)節(jié)，因此調(diào)節(jié)器的比例帶和積分

22、時(shí)間都可以取得很小，它們的具體值可以通過(guò)試探法來(lái)決定，以保證內(nèi)回路不振蕩為目的。一般取積分時(shí)間，試探過(guò)程中，可以任意設(shè)置值，得到一個(gè)滿(mǎn)意的比例帶值后，再次改變值，改變時(shí)須使保持不變，即保證內(nèi)回路的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)不變。在試探時(shí)可將外回路開(kāi)路，切除水位信號(hào)，使，設(shè)置和的值，手動(dòng)操作給水閥門(mén)，使給水量產(chǎn)生一個(gè)階躍變化后立即投入自動(dòng)，觀察給水量過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)形狀，能快速穩(wěn)定即可。主回路的方框圖如圖（15）所示。圖中為快速副回路的等效環(huán)節(jié)，把和看作一個(gè)等效調(diào)節(jié)器所控制的對(duì)象，則： 而則是一個(gè)常數(shù)，這是一個(gè)等效比例調(diào)節(jié)器，其比例帶 另外， 的對(duì)象特性可用試驗(yàn)方法測(cè)得，它實(shí)際上就是在水位G擾動(dòng)下，的變化曲線(xiàn)，從

23、曲線(xiàn)上可求出飛升速度，遲延時(shí)間。在遲延時(shí)間較大的情況下，可按下列近似公式整定： 又因?yàn)?，故有?從內(nèi)、外回路的比例帶來(lái)看，給水流量的分壓系數(shù)對(duì)內(nèi)外回路的影響正好是相反的，若增大，主回路穩(wěn)定性增強(qiáng)，副回路則減弱，反之則情況相反。因此在整定外回路時(shí)若要改變，應(yīng)相應(yīng)改變PI調(diào)節(jié)器的比例帶，使兩者的比值不變，以保證內(nèi)回路的穩(wěn)定性。我們知道，前饋部分對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性沒(méi)有影響，因此在整定前饋通路時(shí)可以獨(dú)立考慮，從圖（）中可以求出完全補(bǔ)償?shù)臈l件。令，而完全補(bǔ)償?shù)臈l件為： 把和的值代如的： 在式（）中，、的值是變送器的斜率，一般是給定的。所以，實(shí)際上整定要做的工作就是確定分壓系數(shù)的值。從式（）中可以看出，不是一個(gè)

24、簡(jiǎn)單的環(huán)節(jié)，而是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)，正因?yàn)槠鋸?fù)雜，一般按靜態(tài)特性進(jìn)行整定，即要求在負(fù)荷不同的情況下水位均無(wú)靜差，如前所述，其條件為： 式（）中的負(fù)號(hào)又前饋裝置極性開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。綜上所述，我們可以得出前饋反饋三沖量給水控制系統(tǒng)的整定步驟：（1） 按照迅速消除內(nèi)擾、穩(wěn)定給水量的要求用試湊法整定內(nèi)回路PI調(diào)節(jié)器的比例帶值和積分時(shí)間值。（2） 根據(jù)水位在內(nèi)擾時(shí)的動(dòng)態(tài)特性，整定外回路等效調(diào)節(jié)器的比例帶，即確定值，在改變值時(shí)，要保證、已整定好的比值不變。（3） 根據(jù)無(wú)靜差要求，整定值，使 。 計(jì)算過(guò)程某汽包鍋爐，給水流量作單位階躍擾動(dòng)時(shí)水位的反映曲線(xiàn)和蒸汽流量作單位階躍擾動(dòng)時(shí)水位的反映曲線(xiàn)如圖7-21所示

25、。采用前饋-反饋三沖量給水控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器用PI調(diào)節(jié)規(guī)律。 求傳遞函數(shù) 從圖7-21（a）中可得：=30s 可求出無(wú)自平衡對(duì)象的傳遞函數(shù)：再求。先作圖，從零點(diǎn)開(kāi)始左一直線(xiàn)平行于H(t)的后半部分，此直線(xiàn)為。在H(t)與t軸交點(diǎn)E處，作與t軸垂直的直線(xiàn)，與交于F。使E點(diǎn)到G點(diǎn)的垂直距離與EF相等，過(guò)G作水平線(xiàn)，此既是的穩(wěn)態(tài)值，量得其值為3.6mm,故： 虛假水位部分,故，逐點(diǎn)計(jì)算可得曲線(xiàn)，做切線(xiàn)，可求得所以： 又=0.037為已求得，故：水位變送器：在最大的水位波動(dòng)范圍+150mm內(nèi)，變送器輸出電壓是010V，所以 （V/mm）流量變送器：蒸汽負(fù)荷從0變到最大流量120t/h時(shí)，開(kāi)方器輸出的電壓

26、亦為010V，所以 給水流量變送器系數(shù)： 若閥門(mén)特性在主要工況下的特性為近似線(xiàn)性的，且其斜率（2）根據(jù)以上數(shù)據(jù)，整定內(nèi)回路的Ti和/n值內(nèi)回路的整定要求是：它能迅速消除內(nèi)擾，按前述實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)內(nèi)回路作了三條實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)，如圖7-22所示。其中曲線(xiàn)1:Ti=6s =70% =0.3曲線(xiàn)2:Ti=6s =35% =0.3曲線(xiàn)3:Ti=6s =25% =0.15對(duì)比三次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，曲線(xiàn)1的=/230%過(guò)大，過(guò)程較長(zhǎng)；曲線(xiàn)2的=/ =116%，過(guò)程振蕩加劇；曲線(xiàn)3的穩(wěn)定性介于兩者之間，故選曲線(xiàn)3，此時(shí)：(3) 主回路的整定：主回路的整定是建立在副回路可以等效為一個(gè)快速比例環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上的。它的示意圖如圖7-27所示, 其中1/()為等效副回路. 把看成是被控對(duì)象,其余的環(huán)節(jié)可看成是等效調(diào)節(jié)器.若: 則: (7-36)也是一個(gè)PI規(guī)律的調(diào)節(jié)器. (7-37)和為已知，所以外回路只是