《熱工過程自動(dòng)調(diào)節(jié)》仿真實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書_圖文

1、熱工過程自動(dòng)調(diào)節(jié) 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書華南理工大學(xué)電力學(xué)院二 O O九年十月目錄Simulink 仿真集成環(huán)境簡(jiǎn)介 . . 3 一、 Simulink 基本操作 . . 31.進(jìn)入 Simulink 操作環(huán)境 . . 32.提取所需仿真模塊 . 53.功能模塊的連接 . . 94.功能模塊參數(shù)設(shè)置 . 95.仿真系統(tǒng)操作參數(shù)設(shè)置 . 10 實(shí)驗(yàn)一 典型環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性 . 12一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 12二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 . 12三、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 . 12四、 實(shí)驗(yàn)小結(jié) . 18 實(shí)驗(yàn)二 熱工對(duì)象數(shù)學(xué)模型的試驗(yàn)求取 . . 19一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 19二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 . 19三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 . 20四、實(shí)驗(yàn)小結(jié) . 2

2、2 實(shí)驗(yàn)三 單回路自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定 . 23一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 23二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 . 23三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 . 24四、實(shí)驗(yàn)小結(jié) . 25 實(shí)驗(yàn)四 三沖量雙回路汽包給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定 . . 26一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 26二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 . 26三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 . 28四、實(shí)驗(yàn)小結(jié) . 29 實(shí)驗(yàn)五 過熱汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定 . . 30一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 30二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 . 30三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 . 32四、實(shí)驗(yàn)小結(jié) . 32Simulink 仿真集成環(huán)境簡(jiǎn)介Simulink 是可視化動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真環(huán)境。 1990年正式由 Mathworks 公司引入到 MA TLAB 中,它是 Slmutation 和 Li

3、nk 的結(jié)合。目前介紹 Simulink 的資料有很多,這里主要介紹它的 基本使用方法和它在控制系統(tǒng)仿真分析和設(shè)計(jì)操作的有關(guān)內(nèi)容。一、 Simulink 基本操作1.進(jìn)入 Simulink 操作環(huán)境雙擊桌面上的 MA TLAB 圖標(biāo),啟動(dòng) MA TLAB ,進(jìn)入開發(fā)環(huán)境,如圖 0-1所示。 圖 0-1 MATLAB開發(fā)環(huán)境 圖 0-2 Simulink圖形庫(kù)瀏覽器畫面從 MA TLAB 的桌面操作環(huán)境畫面進(jìn)入 Simulink 操作環(huán)境有多種方法,介紹如下。 點(diǎn)擊工具欄的 Simulink 圖標(biāo) 彈出如圖 0-2的圖形庫(kù)瀏覽器畫面。在命令窗口鍵入“ simulink ”命令,可自動(dòng)彈出圖形庫(kù)瀏

4、覽器。上述兩種方法需從該畫面“ File ”下拉式菜單中選擇“ New | Model ” ,或點(diǎn)擊圖標(biāo) , 得 到圖 0-3的圖形仿真操作畫面。 圖 0-3 Simulink仿真操作環(huán)境畫面從“ File ”下拉式菜單中選擇“ New | Model” ,彈出如圖 0 3所示的未命名的圖形仿真畫 面。 本方法需從工具欄中點(diǎn)擊圖形庫(kù)瀏覽器圖標(biāo), 調(diào)出圖 0 2的圖形庫(kù)瀏覽器畫面。 圖 0-3用于仿真操作,圖 0 2的圖形庫(kù)用于提取仿真所需功能模塊。圖 0 4是已建立的一個(gè)一階慣性加時(shí)滯對(duì)象的單回路控制系統(tǒng)仿真框圖。下面將對(duì)建 立這樣的仿真系統(tǒng)用到的一些具體操作作個(gè)介紹。 圖 0-4 仿真系統(tǒng)框

5、圖在提取所需仿真模塊前,應(yīng)繪制仿真系統(tǒng)框圖,并確定仿真所用的參數(shù)。圖 0 2中的仿真用圖形庫(kù),提供了所需的基本功能模塊,能滿足系統(tǒng)仿真的需要。該 圖形庫(kù)有多種圖形子庫(kù),用于配合有關(guān)的工具箱。下面將對(duì)本書中的實(shí)驗(yàn)可能用到的 Simulink 圖形庫(kù)中的功能模塊作一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。(1信號(hào)源模塊組 (Sources信號(hào)源模塊組包括各種各樣的常用輸入信號(hào),如圖 0-5所示。 圖 0-5 信號(hào)源模塊組輸入端口模塊 (In用來反映整個(gè)系統(tǒng)的輸入端子,這樣的設(shè)置在模型線性化與命令行 仿真時(shí)是必需的。普通信號(hào)源發(fā)生器 (Signal Generator能夠生成若干種常用信號(hào),如方波信號(hào)、正弦波 信號(hào)、鋸齒波信號(hào)

6、等,允許用戶自由地調(diào)整其幅值、相位及其它信號(hào)。讀文件模塊 (From File 和讀工作空間模塊 (From Workspace 兩個(gè)模塊允許從文件或 MA TLAB 工作空間中讀取信號(hào)作為輸入信號(hào)。時(shí)間信號(hào)模塊 (Clock生成當(dāng)前仿真時(shí)鐘,在與時(shí)間有關(guān)的指標(biāo)求取中是很有意義的, 例如獲取系統(tǒng)的 ITAE 準(zhǔn)則等。 (積分時(shí)間和絕對(duì)誤差積分準(zhǔn)則, Integrated Time and Absolute Error - ITAE 。按此準(zhǔn)則設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng),瞬態(tài)響應(yīng)的振蕩性小,且對(duì)參數(shù)具有良好的選擇 性。缺點(diǎn)是用分析法計(jì)算很困難。 常數(shù)輸入模塊 (Constant此模塊以常數(shù)作為輸入,可以在很

7、多模型中使用該模塊。 其他類型的輸入信號(hào),如階躍輸入 (Step、斜坡輸入 (Ramp、脈沖信號(hào) (Pulse Genetator、 正弦信號(hào) (Sine Wave等。(2連續(xù)模塊組 (Continuous連續(xù)模塊組包括常用的連續(xù)模塊,如圖 0-6所示。 圖 0-6連續(xù)模塊組積分器 (Integrator連續(xù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)最常用的元件,這模塊將輸入端信號(hào)經(jīng)過數(shù)值積分, 在輸出端直接反映出來。在將常微分方程轉(zhuǎn)換為圖形表示時(shí)也必須使用此模塊。數(shù)值微分器 (Derivative該模塊的作用是將其輸入端的信號(hào)經(jīng)過一階數(shù)值微分, 在輸出 端輸出。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該盡量避免使用該模塊。傳遞函數(shù) (Transfer

8、 Fun 傳遞函數(shù)是常用的描述線性微分方程的一種方法,通過引入 Laplace 變換可以將原來的線性微分方程在零初始條件下變換成“代數(shù)”的形式,從而以多 項(xiàng)式的比值形式描述系統(tǒng),傳遞函數(shù)的一般形式為nn n n m m m m a s a s a s b s b s b s b s G +=-+-1111121 ( 零極點(diǎn) (Pole-Zero將傳遞函數(shù)模型的分子和分母分別進(jìn)行因式分解, 則可以將其變換 成( ( ( (2121n m p s p s p s z s z s z s K s G +=其中 K 稱為系統(tǒng)的增益, -z i , (i =1, m 稱為系統(tǒng)的零點(diǎn),而 -p i , (

9、i =1, n 稱 為系統(tǒng)的極點(diǎn)。時(shí)間延遲 (Transport Delay或 V ariable Transport Delay用于將輸入信號(hào)延遲指定的時(shí)間 后傳輸給輸出信號(hào)。 兩個(gè)模塊的區(qū)別在于:前者在模塊內(nèi)部參數(shù)中設(shè)置延遲時(shí)間, 而后者將 采用輸入信號(hào)來定義延遲時(shí)間。(3數(shù)學(xué)函數(shù)模塊組 (Math Operations數(shù)學(xué)函數(shù)模塊組包含有各種各樣的數(shù)學(xué)函數(shù)運(yùn)算模塊,如圖 0 7所示。 圖 0-7 數(shù)學(xué)函數(shù)模塊組增益函數(shù) (Gain輸出信號(hào)等于輸入信號(hào)乘以增益模塊中指定的數(shù)值。更一般地,還有 對(duì)矩陣進(jìn)行乘法的矩陣增益模塊 (Matrix Gain。求和模塊 (Sum將輸入的多路信號(hào)進(jìn)行求和

10、或求差,計(jì)算出輸出信號(hào)。在組建反饋控 制系統(tǒng)框圖時(shí)必須采用該模塊。一般數(shù)學(xué)函數(shù),如絕對(duì)值函數(shù) (Abs、符號(hào)函數(shù) (Sign、三角函數(shù) (Trigonometric Function、 取整模塊 (Rounding Function等。(4輸出池模塊組(Sinks 輸出池模塊組包含那些能顯示計(jì)算結(jié)果的模塊,如圖 0 8所示。 圖 0-8 輸出池模塊組輸出端口模塊 (Out用來反映整個(gè)系統(tǒng)的輸出端子,這樣的設(shè)置在模型線性化與命令 行仿真時(shí)是必需的,另外,系統(tǒng)直接仿真時(shí)這樣的輸出將自動(dòng)在 MA TLAB 工作空間中生成 變量。示波器模塊 (Scope將輸入信號(hào)在示波器中顯示出來。x-y 示波器 (

11、x-y Graph 將兩路輸入信號(hào)分別作為示波器的兩個(gè)坐標(biāo)軸,將信號(hào)的相軌 跡顯示出來。工作空間寫入模塊 (To Workspace 將輸入信號(hào)直接寫到 MA TLAB 的工作空間中。 寫文件模塊 (To File將輸入的信號(hào)寫到文件中。數(shù)字顯示模塊 (Display將輸入信號(hào)以數(shù)字的形式顯示出來。仿真終止模塊 (Stop Simulation如果輸入的信號(hào)為非零時(shí),將強(qiáng)行終止正在進(jìn)行 的仿真過程。信號(hào)終結(jié)模塊 (Terminator可以將該模塊連接到閑置的未連接的模塊輸出信號(hào)上,避 免出現(xiàn)警告。(5信號(hào)與系統(tǒng)模塊組 (Signal Routing信號(hào)與系統(tǒng)模塊組包含的模塊如圖 0 9所示。

12、圖 0-9 信號(hào)與系統(tǒng)模塊組混路器 (Mux和分路器 (Demux混路器將多路信號(hào)依照向量的形式混合成一路信號(hào)。 例如, 可以將要觀測(cè)的多路信號(hào)合并成一路, 連接到示波器上顯示, 這樣就可以將這些信號(hào) 同時(shí)顯示出來。分路器是將混路器組成的信號(hào)依照原來的構(gòu)成方法解成多路信號(hào)。這里未作介紹的圖形子庫(kù)及其余模塊的功能請(qǐng)查閱其它相關(guān)參考資料。提取所需仿真模塊, 組成仿真系統(tǒng)的使用方法是從圖 0-2中用鼠標(biāo)點(diǎn)擊打開所需子圖形 庫(kù),用鼠標(biāo)選中所需功能模塊,將其拖曳到圖 0-3中的空白位置,重復(fù)上述拖曳過程,直到 將所需的全部功能模塊拖曳到圖 0-3中。拖曳時(shí)應(yīng)注意下列事項(xiàng):根據(jù)仿真系統(tǒng)框圖,選擇合適的功能

13、模塊進(jìn)行拖曳;根據(jù)仿真系統(tǒng)框圖,將有關(guān)的功能模塊拖曳到合適的位置,以便于下一步的連接; 對(duì)仿真系統(tǒng)中重復(fù)的功能模塊, 可以采用復(fù)制 (Ctrl+C 和粘貼 (Ctrl+V 操作, 也可多 次拖曳相同的功能模塊到圖 0-3中;功能模塊和圖 0-3的大小可以用鼠標(biāo)移動(dòng)到圖標(biāo)或圖邊, 在出現(xiàn)雙向箭頭后進(jìn)行放大 或縮小的操作;選中功能模塊的方法是, 直接點(diǎn)擊功能模塊, 用鼠標(biāo)選定所需功能模塊區(qū)域來選中區(qū) 域內(nèi)的所有功能模塊和連接線,點(diǎn)擊選中,并按下“ Shift 鍵,再點(diǎn)擊其他功能模塊等; 功能模塊的復(fù)制、剪切和粘貼操作的方法與 Windows 的相應(yīng)操作方法相同。根據(jù)仿真系統(tǒng)框圖, 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊并移動(dòng)

14、所需功能模塊到合適的位置, 將鼠標(biāo)移到有關(guān)功 能模塊的輸出端 (有一個(gè)向外的箭頭 , 選中該輸出端并移動(dòng)鼠標(biāo)到另個(gè)功能模塊的輸入端 (有個(gè)向內(nèi)的箭頭 ,移動(dòng)時(shí)出現(xiàn)虛線.到達(dá)所需輸入端時(shí),釋放鼠標(biāo)左鍵,相應(yīng)的連接線 出現(xiàn),表示該連接已完成。重復(fù)上述連接過程,直到完成全部連接,組成仿真系統(tǒng)。連接時(shí),應(yīng)注意下列幾點(diǎn):從功能模塊輸出端連接到另一功能模塊的輸入端, 也可從一個(gè)功能模塊輸入端反向連 接到另一個(gè)功能模塊的輸出端;一個(gè)輸出端連接多個(gè)輸入端時(shí), 可采用從個(gè)功能模塊輸入端連接到另一個(gè)功能模塊 輸出端的方法, 或直接與該功能模塊輸出端的引出線連接。 在連接時(shí), 可在連接線交點(diǎn)處按 下“ Shift

15、”鍵,再釋放鼠標(biāo)左鍵;移動(dòng)連接線位置的方法是, 選中連接線, 在連接線的各轉(zhuǎn)角處出現(xiàn)小方塊, 鼠標(biāo)選中 所需方塊,拖動(dòng)到合適位置后釋放鼠標(biāo)左鍵;增加連接線轉(zhuǎn)折點(diǎn)的方法是, 選中連接線, 鼠標(biāo)移到所需增加轉(zhuǎn)折點(diǎn)處, 按下 “ Shift ” 鍵,點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵,移動(dòng)轉(zhuǎn)折點(diǎn)到所需位置;連接線的復(fù)制、粘貼和剪切等操作方法與 Windows 對(duì)應(yīng)的操作方法相同;使用者需設(shè)置功能模塊參數(shù)后,方可進(jìn)行仿真操作。不同功能模塊的參數(shù)是不相同的, 用鼠標(biāo)雙擊該功能模塊自動(dòng)彈出相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。 圖 0-10 傳遞函數(shù)模型參數(shù)設(shè)置對(duì)話框例如,圖 0-10是傳遞函數(shù)模型功能模塊的對(duì)話框。功能模塊對(duì)話框由功能模塊說

16、明和 參數(shù)設(shè)置框組成。 功能模塊說明框用于說明該功能模塊使用方法和功能; 參數(shù)框用于設(shè)置該 功能模塊的參數(shù)。 例如傳遞函數(shù)參數(shù)框由分子和分母多項(xiàng)式兩個(gè)編輯框組成, 在分子多項(xiàng)式框中, 用戶可輸入系統(tǒng)模型的分子多項(xiàng)式, 在分母多項(xiàng)式框中, 輸入系統(tǒng)模型的分母多項(xiàng)式 等。設(shè)置功能模塊的參數(shù)后,點(diǎn)擊 OK 軟鍵進(jìn)行確認(rèn),將設(shè)置參數(shù)送仿真操作畫面,并關(guān)閉 對(duì)話框。在仿真操作前,應(yīng)設(shè)置仿真操作的參數(shù)。包括仿真器參數(shù)和示波器參數(shù)的設(shè)置。(1 仿真器參數(shù)設(shè)置點(diǎn)擊圖 0-3操作畫面“ Simulation ”下拉式菜單“ Simulation Parameters ”選項(xiàng),彈出 如圖 0-11所示的仿真參數(shù)設(shè)

17、置畫面。 共有解算器 (Solver、 工作空間輸人輸出 (Workspace I/O、 診斷 (Diagnostics、高級(jí)屬性 (Advanced和實(shí)時(shí)工作室 (Real-Time Workshop等 5個(gè)頁面。 圖 0 11 仿真器參數(shù)設(shè)置對(duì)話框解算器頁面用于設(shè)置仿真開始和終止時(shí)間, 解算器類型 (定步長(zhǎng)和變步長(zhǎng)兩類 和具體的 解算算法、最大最小步長(zhǎng)和初始步長(zhǎng)、容許誤差 (相對(duì)和絕對(duì)誤差 、輸出方式和精細(xì)因子設(shè) 置等。 通常, 仿真操作時(shí)可根據(jù)仿真曲線設(shè)置終止時(shí)間和最大步長(zhǎng), 以便得到較光滑的輸出 曲線。工作空間輸入輸出頁面用于將仿真操作窗口的仿真結(jié)果送 (寫 到 MA TLAB 工作空

18、間, 或?qū)?shù)據(jù)從工作空間讀到仿真操作窗口。診斷頁面用于對(duì)仿真中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行診斷。 高級(jí)屬性頁面用于模型參數(shù)的在線組態(tài)和優(yōu)化操作。實(shí)時(shí)工作室頁面用于設(shè)置系統(tǒng)目標(biāo)文 件、暫存構(gòu)成文件和構(gòu)成命令,建立目錄等。(2 示波器參數(shù)設(shè)置當(dāng)采用示波器顯示仿真曲線時(shí), 需對(duì)示波器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 示波器有單蹤和雙蹤示波器 兩種。單蹤示被器指顯示輸入信號(hào) (可以有多個(gè)輸入信號(hào) 與時(shí)間關(guān)系的設(shè)備,雙蹤示波器指顯示兩個(gè)輸入信號(hào)之間關(guān)系的設(shè)備。 單蹤示波器參數(shù)設(shè)置操作 點(diǎn)擊圖 0 3中已存在的示波器, 彈出如圖 0 12所示的 單蹤示波器顯示畫面, 點(diǎn)擊畫面的圖標(biāo) , 彈出如圖 0-13所示的示波器屬性對(duì)話框, 分

19、 2個(gè)頁面。 用于設(shè)置顯示坐標(biāo)窗口數(shù)、 顯示時(shí)間范圍、 標(biāo)記和顯示頻率或采樣時(shí)間等。 時(shí)間范 圍應(yīng)與仿真器終止時(shí)間一致, 以便最大限度顯示仿真操作數(shù)據(jù)。 鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊示波器顯示窗口,從彈出菜單選擇“ Autoscale ” ,或直接點(diǎn)擊圖標(biāo) ,可在響應(yīng)曲線顯示后自動(dòng)調(diào)整縱 坐標(biāo)范圍;從彈出的菜單選擇“ Save current axes settings” ,或直接點(diǎn)擊圖標(biāo) ,將當(dāng)前坐 標(biāo)軸范圍的設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。此外,還有打印和對(duì) X 、 Y 或同時(shí)放大或恢復(fù)等操作。 雙蹤示波器參數(shù)設(shè)置操作 雙蹤示波器的參數(shù)即該功能模塊的參數(shù), 有 X 和 Y 坐標(biāo) 的范圍和采樣時(shí)間設(shè)置。 圖 0 12 單蹤示

20、波器顯示畫面 圖 0-13 單蹤示波器屬性對(duì)話框?qū)嶒?yàn)一 典型環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 通過觀察典型環(huán)節(jié)在單位階躍信號(hào)作用下的響應(yīng)曲線,熟悉它們的動(dòng)態(tài)特性。2. 了解各典型環(huán)節(jié)中參數(shù)變化對(duì)其動(dòng)態(tài)特性的影響。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分別改變幾個(gè)典型環(huán)節(jié)(1 比例環(huán)節(jié)(K (2 積分環(huán)節(jié)(S T i 1(3 一階慣性環(huán)節(jié)(S T Kc +1(4 實(shí) 際微分環(huán)節(jié)(ST ST K D D D +1 (5 純 遲延環(huán)節(jié)(S e- (6 典 型二階環(huán)節(jié)(222n n nS S K +的相關(guān)參數(shù),觀察它們的單位階躍響應(yīng)曲線變化情況(曲線條數(shù) 2 ,并得出規(guī)律。 同時(shí)顯示三條響應(yīng)曲線時(shí)的仿真框圖可采用如下的形式,

21、 其中傳遞函數(shù)的形式根據(jù)不同 環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)置。 三、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果(1比例環(huán)節(jié) G(S= k所選的幾個(gè)不同參數(shù)值分別為 K 1= 2 ; K 2= 3 ; K 3= 4 ; 對(duì)應(yīng)的單位階躍響應(yīng)曲線(在輸出曲線上標(biāo)明對(duì)應(yīng)的有關(guān)參數(shù)值 : (2積分環(huán)節(jié) G(S=STi1所選的幾個(gè)不同參數(shù)值分別為 T i 1= 2 ; T i 2= 3 ; T i 3= 4 ; 對(duì)應(yīng)的單位階躍響應(yīng)曲線(在輸出曲線上標(biāo)明對(duì)應(yīng)的有關(guān)參數(shù)值 : (3一階慣性環(huán)節(jié) G(S= S T Kc 1令 K 不變(取 K = 3 ,改變 T c 取值:T c 1T c 2T c 3 對(duì)應(yīng)的單位階躍響應(yīng)曲線(在輸出曲線上標(biāo)明對(duì)應(yīng)的有關(guān)參數(shù)值

22、 : (4實(shí)際微分環(huán)節(jié) G(S= S T ST K D D D +1令 K D 不變(取 K D ,改變 T D 取值:T D 1; T D 2T D 3; 對(duì)應(yīng)的單位階躍響應(yīng)曲線(在輸出曲線上標(biāo)明對(duì)應(yīng)的有關(guān)參數(shù)值 : (5純遲延環(huán)節(jié) G(S= S e -所選的幾個(gè)不同參數(shù)值分別為 12; 3; 對(duì)應(yīng)的單位階躍響應(yīng)曲線: (6典型二階環(huán)節(jié) G(S= 222nn nS SK +令 K 不變(取 K = 3 , 令 n = 2 , 取不同值:1=0; 2= 0.1 , 3= 0.8 (00.75 。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果調(diào)節(jié)對(duì)象的傳遞函數(shù) G(S=(1根據(jù)整定法求得P 調(diào)節(jié)器:=PI 調(diào)節(jié)器:= T i =

23、PID 調(diào)節(jié)器:= T i = T d =利用計(jì)算得到的調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行仿真仿真曲線(P 、 PI 、 PID 對(duì)應(yīng)的三條曲線 :性能指標(biāo):(2改變 PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行仿真 (i 保持 T i 、 T d 不變,改變 :仿真曲線(至少三條 :(ii 保持 、 T d 不變,改變 T i :仿真曲線(至少三條 :(iii 保持 、 T i 不變,改變 T d :仿真曲線(至少三條 :四、實(shí)驗(yàn)小結(jié) 26實(shí)驗(yàn)四 三沖量雙回路汽包給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)會(huì)復(fù)雜系統(tǒng)的分析整定;2. 熟悉汽包給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)整定的步驟;3. 了解 PI 調(diào)節(jié)器參數(shù)及分流系數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容汽

24、包給水三沖量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖,如下所示。 圖中, H 、 D 、 W 分別為汽包水位、蒸汽流量和給水流量; G o1(s、 G o2(s分別為給水 流量和蒸汽流量對(duì)汽包水位的傳遞函數(shù):130(037. 01( (01+=s s s s s G =, ss sTs K s G 037. 01156. 3=1(02-+-+=;D 、 W 、 H 分別為蒸汽流量 D 、給水流量 W 和汽包水位 H 測(cè)量變送器的傳遞系數(shù), D =W =0.083, H =0.033; D 、 W 分別為蒸汽流量和給水流量的分流系數(shù), D =W =0.21; K Z 、 K u 分別為執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門的特性系數(shù), K

25、Z =10, K u =2。要求分別對(duì)三沖量汽包給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的內(nèi)外回路進(jìn)行整定,并進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。 系統(tǒng)中存在內(nèi)、外兩個(gè)閉合回路。內(nèi)回路是由給水流量信號(hào) W 局部反饋構(gòu)成,外回路 是由汽包水位信號(hào) H 反饋到系統(tǒng)調(diào)節(jié)器輸入端構(gòu)成的。蒸汽流量信號(hào) D 只是引入的前饋信 號(hào), 在系統(tǒng)中該信號(hào)并沒有形成閉合回路, 前饋調(diào)節(jié)不會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性, 在整定調(diào)節(jié)系 統(tǒng)時(shí),只需要對(duì)兩個(gè)閉合回路進(jìn)行穩(wěn)定性的分析。整定的具體步驟如下: 1.內(nèi)回路的整定 內(nèi)回路方框圖如下所示。 27 內(nèi)回路系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為ww z i i z i i K K sT sT K K s T sT s I s W +=111(

26、在內(nèi)回路中有三個(gè)可以改變的參數(shù):比例帶 、積分時(shí)間 T i 和給水流量側(cè)的分流系數(shù) w ,可以把 w 歸納到調(diào)節(jié)器中構(gòu)成一個(gè)等效調(diào)節(jié)器,等效調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為11( (*sT s G i w R +=等效調(diào)節(jié)器的等效比例帶為 wn =*在整定內(nèi)回路時(shí),先對(duì) w 任意選取一個(gè)數(shù)值(如:w =1 ,然后通過試驗(yàn)來改變 和 T i 的值,一般取 T i 為 5-10秒,再調(diào)整 值直到滿意為止,即把內(nèi)回路整定為一個(gè)能迅速消 除自發(fā)性內(nèi)部擾動(dòng)的快速隨動(dòng)系統(tǒng)。 整定得到的結(jié)果是 T i 數(shù)值和 /w 的比值, 整定時(shí) w 只 是一個(gè)任意選取的值, 在整定外回路時(shí) w 是一個(gè)唯一的整定參數(shù), 一旦 w 有了

27、確定的數(shù)值 后, 也要隨之改變,以保證 /w 比值不變(即:內(nèi)回路特性不因?yàn)?w 的改變而改變 。調(diào)節(jié)器參 數(shù)可以 設(shè)置得 較小, 使內(nèi)回 路成為 快速隨 動(dòng)系統(tǒng) ,即:ww W I =或ww s I s W 1( ( 。去除不影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性的前饋信號(hào)通道,可得到外回路系統(tǒng)方框圖,如下所示。外回路已可以看作是一個(gè)單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng),可采用整定單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方法來整定 外回路。內(nèi)回路在外回路中相當(dāng)于處在調(diào)節(jié)器的位置,因此,外回路調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為:ww R s G 1(*= 28外回路的調(diào)節(jié)器實(shí)際上是一個(gè)比例調(diào)節(jié)器 , 它的等效比例帶為w w w =*因?yàn)?w 是一個(gè)確定的常數(shù),所以外回路的穩(wěn)

28、定性及其它性能完全由 w 來決定。整定外回路時(shí),可采用工程整定法來整定參數(shù),得到 w 值。如果利用圖表法整定, 首先通過試驗(yàn)獲得廣義被調(diào)對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線 (廣義被調(diào)對(duì)象的輸入信號(hào)為給水流量 W , 輸出信號(hào)是水位側(cè)差壓變送器的輸出值 。求得 和 的數(shù)值,查圖表求取整定參數(shù)。w w w =*可求出ww =根據(jù)外回路整定得到的 w 值,可求出調(diào)節(jié)系統(tǒng)比例積分調(diào)節(jié)器中的比例帶 值。3.蒸汽流量側(cè) D 的選擇要使靜態(tài)偏差為零,靜態(tài)時(shí)必須滿足 I D =IW ,即:w w D D W D =在正常運(yùn)行時(shí),可認(rèn)為 D=W, D =W ,則有D =W因此, 為了克服靜態(tài)偏差, 蒸汽流量側(cè)分流器的分流系數(shù)

29、D 必須等于給水流量側(cè)分流 器的分流系數(shù) W 。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、內(nèi)回路:(1整定得:T i = /w = (2仿真曲線:(3性能指標(biāo):2、外回路:(1整定得:w = = D =(2仿真曲線:(3性能指標(biāo):四、實(shí)驗(yàn)小結(jié) 29 30實(shí)驗(yàn)五 過熱汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私膺^熱汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)整定的步驟和調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容已知:被 調(diào)對(duì)象導(dǎo) 前區(qū)傳 遞函數(shù) 22161(5. 7 (S S G +=,被調(diào)對(duì) 象惰性 區(qū)傳遞 函數(shù)31251(5. 1 (S S G +=, 電動(dòng)執(zhí)行器和減溫水調(diào)節(jié)閥的傳遞系數(shù)已包含在被調(diào)對(duì)象的放大系數(shù)中,主汽溫和導(dǎo)前汽溫變送器系數(shù) 1. 021=。

30、要求:(1求出串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中主副調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定值(=0.75 ;(2進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真,在仿真過程中根據(jù)要求進(jìn)一步修改調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定值。串級(jí)汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)系統(tǒng)方框圖如下所示: 串級(jí)汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖圖中, G o1(S 和 G o2(S 分別為惰性區(qū)和導(dǎo)前區(qū)對(duì)象傳遞函數(shù); G a 1(S 和 G a 2(S 分別為主調(diào)節(jié)器 和副調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù); 1和 2分別為主汽溫和導(dǎo)前汽溫變送器系數(shù); K z 為執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳遞系 數(shù), K u 為噴水調(diào)門傳遞系數(shù); W j 1為調(diào)節(jié)作用引起的減溫水量變化, W j 2為擾動(dòng)作用下減溫 水量, W j 為總減溫水量。一般,汽溫對(duì)象導(dǎo)前區(qū)的遲延和慣性比惰性區(qū)要小,而且副調(diào)節(jié)器又選用 P