過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)書

1、學(xué) 號(hào)：14 課 程 設(shè) 計(jì)題 目鍋爐給水沖量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院自動(dòng)化學(xué)院專 業(yè)自動(dòng)化班 級(jí)自動(dòng)化0902班姓 名何潤(rùn)指導(dǎo)教師劉小珠2013年1月16日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化0902 指導(dǎo)教師： 劉小珠 工作單位： 自動(dòng)化學(xué)院 題 目: 鍋爐給水沖量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 初始條件：1. 課程設(shè)計(jì)輔導(dǎo)資料：“過程控制系統(tǒng)和應(yīng)用”、“過程控制系統(tǒng)與儀表”、“過程控制儀表及控制系統(tǒng)”、“過程控制系統(tǒng)及儀表”等；2. 先修課程：儀表與過程控制系統(tǒng)等。3. 主要涉及的知識(shí)點(diǎn)： 過程控制儀表、控制系統(tǒng)、被控過程等要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求

2、）1. 課程設(shè)計(jì)時(shí)間：2周；2. 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容：根據(jù)指導(dǎo)老師給定的題目，按規(guī)定選擇其中1套完成； 本課程設(shè)計(jì)統(tǒng)一技術(shù)要求：研讀輔導(dǎo)資料對(duì)應(yīng)章節(jié)，對(duì)選定的設(shè)計(jì)題目所涉及的生產(chǎn)工藝和控制原理進(jìn)行介紹，針對(duì)具體設(shè)計(jì)選擇相應(yīng)的控制參數(shù)、被控參數(shù)以及過程檢測(cè)控制儀表，并畫出控制流程圖及控制系統(tǒng)方框圖。3. 課程設(shè)計(jì)說明書按學(xué)?！罢n程設(shè)計(jì)工作規(guī)范”中的“統(tǒng)一書寫格式”撰寫，具體包括： 目錄； 摘要； 生產(chǎn)工藝和控制原理介紹； 控制參數(shù)和被控參數(shù)選擇； 控制儀表及技術(shù)參數(shù)； 控制流程圖及控制系統(tǒng)方框圖； 總結(jié)與展望；（設(shè)計(jì)過程的總結(jié)，還有沒有改進(jìn)和完善的地方）； 課程設(shè)計(jì)的心得體會(huì)（至少500字）； 參考文

3、獻(xiàn)（不少于5篇）； 其它必要內(nèi)容等。摘 要現(xiàn)代大型鍋爐的水位動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜，汽包存在著嚴(yán)重的“虛假水位”現(xiàn)象，為了給水系統(tǒng)的安全可靠，有多種設(shè)計(jì)方案，三沖量給水系統(tǒng)包括單級(jí)三沖量給水系統(tǒng)和串級(jí)三沖量給水系統(tǒng)，設(shè)計(jì)中重點(diǎn)針對(duì)串級(jí)三沖量給水系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)及仿真研究。本次設(shè)計(jì)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)給定的參數(shù)，用理論計(jì)算的方法整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，同時(shí)借助MATLAB應(yīng)用軟件整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，并與單沖量給水控制系統(tǒng)進(jìn)行分析比較。理論計(jì)算時(shí)，副回路需要用試探法，只能在仿真中進(jìn)行整定；而主回路要結(jié)合所學(xué)的專業(yè)課知識(shí)，用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算主、副調(diào)節(jié)器的參數(shù)；再用結(jié)合實(shí)際的工程整定法也就是衰減曲線法來選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)并進(jìn)行仿真。

4、設(shè)計(jì)中介紹了沖量給水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，接著根據(jù)理論計(jì)算，并結(jié)合工程整定方法，詳細(xì)論述了系統(tǒng)的參數(shù)整定問題。參數(shù)整定后要使串級(jí)沖量系統(tǒng)的副回路成為一個(gè)快速隨動(dòng)系統(tǒng)，主回路成為一個(gè)衰減率為四分之一的衰減振蕩系統(tǒng)。最后分析了水位擾動(dòng)、蒸汽流量擾動(dòng)下的系統(tǒng)的性能和蒸汽流量信號(hào)丟失后的水位變化情況。關(guān)鍵詞：汽包鍋爐水位；沖量給水控制系統(tǒng)AbstractThe dynamic characteristic of modern large-scale boiler water level is complicated, the vapor is existing "the false wa

5、ter level " phenomenon, in order to keep water supply system reliable and safe, we can adopt three methods to complete this design, Water Level Control System of Cascade Three Parameters Control Boiler includes single stage three impulses water supply system and cascade three impulses water sup

6、ply system, in my study, I have made a detailed introduction of water Level Control System of Cascade Three Parameters Control Boiler and has carried out simulated curve.This design use theoretical method to adjust the controller parameter basing on parameter of experiment. It chooses the controller

7、 parameter by using MATLAB application software and makes a comparation with water Level Control System of Cascade Single Parameters Control Boiler Drum. In the process of theoretical calculating, the inner circuit needs to use heuristic approach, it can carry out adjusting process only in simulatio

8、n; But, the outside circuit needs to combine with specialized course knowledge that we have learned, the parameter was calculated by using Empirical formula. Subsidiary controller; Adjuster parameter is choosed and simulated by practical engineering method.Design has made a introduction of the struc

9、ture and principle of Water Level Control System of Cascade Three Parameters Control Boiler, adjusting method combining with a project has discussed systematic parameter in detailed. The water level having analyzed water level perturbation motion, lower systematic steam rate of flow perturbation mot

10、ion function and steam rate of flow signal finally after being lost water level that changes condition.Keywords: water level of steam drum boiler; elements water supply control system 目錄1 概述12 鍋爐給水控制系統(tǒng)22.1鍋爐控制系統(tǒng)介紹22.2鍋爐控制系統(tǒng)要求33 調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律43.1 比例調(diào)節(jié)對(duì)控制性能的影響43.2 積分調(diào)節(jié)對(duì)控制性能的影響53.3 微分調(diào)節(jié)對(duì)控制性能的影響84 單回路控制系統(tǒng)的介紹

11、104.1 單回路控制系統(tǒng)的概述104.2 單回路控制系統(tǒng)各組成部分的選擇114.3 對(duì)象特性對(duì)控制過程的影響124.3.1 對(duì)象放大系數(shù)對(duì)控制過程的影響124.3.2 對(duì)象時(shí)間常數(shù)對(duì)控制過程的影響135 汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)145.1 汽包鍋爐簡(jiǎn)介145.2 汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的任務(wù)及基本要求165.3 鍋爐給水沖量給水控制系統(tǒng)186 儀表的選用216.1 檢測(cè)類儀表216.1.1壓力儀表的選型216.1.2液位儀表的選型216.1.3流量?jī)x表的選型216.2調(diào)節(jié)閥的選型227 總結(jié)23參考文獻(xiàn)24 鍋爐給水沖量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 概述 工業(yè)鍋爐是生產(chǎn)和生活中重要的動(dòng)力源，在整個(gè)能源消耗中占

12、有相當(dāng)大的比重。目前，我國(guó)有百分之九十以上的鍋爐燃煤，耗煤量占全國(guó)原煤消耗量的1/3以上，而且鍋爐燃用的主要是中低質(zhì)煤，工業(yè)污染十分嚴(yán)重；同時(shí)，鍋爐形式比較陳舊，生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度低，這又進(jìn)一步加重了環(huán)境污染的程度，因此，調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，逐步提高使用液體燃料和氣體燃料的比例是加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)、實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的措施之一；同時(shí)有必要對(duì)工業(yè)鍋爐進(jìn)行技術(shù)改造，提高運(yùn)行的自動(dòng)化水平，這樣將獲得較為理想的控制效果，其節(jié)能效果也是十分可觀的。 給水控制的任務(wù)是維持汽包水位在工藝允許范圍內(nèi)。由于影響汽包水位的幾個(gè)因素中，燃料量的擾動(dòng)影響較小，因此，汽包水位的控制中，主要的目的是以汽包水位為被控變量，以調(diào)節(jié)

13、給水流量為控制手段。同時(shí)，由于汽包水位不僅受鍋爐側(cè)的影響，也受到汽輪機(jī)側(cè)的影響，當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化或汽輪機(jī)用汽量變化時(shí)，給水控制都應(yīng)該能限制汽包水位只在給定的范圍內(nèi)變化。目前，對(duì)汽包水位的控制大部分采用常規(guī)PID控制方式。此方式是根據(jù)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型建立，使鍋爐的給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，以維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)，同時(shí)保持穩(wěn)定的給水流量。 汽包水位是一個(gè)重要的監(jiān)控參數(shù)，反映了鍋爐蒸汽負(fù)荷與給水量之間的平衡關(guān)系。另外還有汽包水位控制方式（單沖量、雙沖量及三沖量控制），其中的沖量指的是變量。2 鍋爐給水控制系統(tǒng)2.1鍋爐控制系統(tǒng)介紹鍋爐是一種承受一定工作壓力的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備。其作用就是有效地把燃燒中

14、的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能，或再通過相應(yīng)設(shè)備將熱能轉(zhuǎn)化為其它生產(chǎn)和生活所需的能量形式，長(zhǎng)期以來在生產(chǎn)和居民生活中都起很重要的作用。根據(jù)鍋爐的作用不同，可分為電站鍋爐，工業(yè)鍋爐，生活鍋爐等。其中電站鍋爐主要用于發(fā)電，工業(yè)鍋爐主要用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而生活鍋爐主要用于供暖取暖。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)過程不斷強(qiáng)化，生活設(shè)備不斷革新，鍋爐向大容量、高參數(shù)、高效率方向發(fā)展。為確保生產(chǎn)生活安全，對(duì)鍋爐設(shè)備的自動(dòng)控制就顯得十分明顯45。鍋爐系統(tǒng)主要包括燃燒系統(tǒng)、送引風(fēng)系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)等。其工藝流程如下： 圖2.1鍋爐主要工藝流程圖 由圖2.1可知，給水泵、給水調(diào)節(jié)器、省煤器、汽包及循環(huán)管等構(gòu)成了蒸汽發(fā)生

15、系統(tǒng)。燃燒和空氣按一定比例進(jìn)入燃燒室燃燒，生成的熱量傳給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，生產(chǎn)飽和蒸汽Ds，然后經(jīng)過過熱器，形成具有一定溫度的過熱蒸汽D，匯聚至蒸汽母管。壓力為PM的過熱蒸汽，經(jīng)負(fù)荷設(shè)備調(diào)節(jié)控制機(jī)構(gòu)，提供給生產(chǎn)負(fù)荷設(shè)備使用。與此同時(shí)，燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣，將飽和蒸汽變成過熱蒸汽后，再經(jīng)省煤器預(yù)熱鍋爐給水和空氣預(yù)熱器預(yù)熱空氣，最后由引風(fēng)機(jī)送往煙囪排出。2.2鍋爐控制系統(tǒng)要求鍋爐是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要設(shè)備之一，其生產(chǎn)任務(wù)是根據(jù)外界負(fù)荷的變化，輸送一定質(zhì)量（汽壓、氣溫）和相應(yīng)數(shù)量的蒸汽給汽輪機(jī)，以滿足生產(chǎn)的要求。為了滿足負(fù)荷設(shè)備的要求，保證鍋爐本身運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，提高鍋爐的自動(dòng)化水平，減輕操作工人的勞

16、動(dòng)強(qiáng)度。其主要控制要求如下： 1 保持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)：鍋爐汽包水位的高度，關(guān)系到汽水分離的速度和生產(chǎn)蒸汽的質(zhì)量，也是確保安全生產(chǎn)的重要條件。如果鍋爐汽包水位過高，就會(huì)影響汽包水位分離裝置的正常工作，造成出口蒸汽水分過多，結(jié)果可能會(huì)使過熱器受熱面結(jié)垢而導(dǎo)致過熱器燒壞，并會(huì)引起汽輪機(jī)葉片上結(jié)垢增加，嚴(yán)重時(shí)將損壞汽輪機(jī)葉片，同時(shí)，還會(huì)使過熱器氣溫產(chǎn)生急劇變化，直接影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。如果汽包水位過低，就會(huì)影響自然循環(huán)的正常進(jìn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使個(gè)別上水管形成自由水面，產(chǎn)生停滯，致使水冷壁因供水不足而燒壞，因此，必須對(duì)汽包水位進(jìn)行控制，將其嚴(yán)格控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。現(xiàn)在要求將其控制在0

17、77;5cm. 2、穩(wěn)定蒸汽溫度：由于過熱器的作用是將從汽包出來的飽和蒸汽加熱成為過熱蒸汽，使過熱器長(zhǎng)期承受高溫高壓。因此，在安全生產(chǎn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上，必須對(duì)其進(jìn)行控制，使蒸汽溫度保持保持在額定值范圍內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)要求將其控制在445±50。 3、控制蒸汽壓力穩(wěn)定：蒸汽壓力是安全生產(chǎn)的需要，是維持負(fù)荷設(shè)備正常工作的需要，也是保證燃燒經(jīng)濟(jì)性的需要?，F(xiàn)場(chǎng)要求將其控制在3.9±0.1MPa。 4、控制爐膛負(fù)壓在規(guī)定的范圍內(nèi)：爐膛負(fù)壓的變化，反映了引風(fēng)量與送風(fēng)量的不相適應(yīng)。維持爐膛負(fù)壓在一定的范圍內(nèi)，對(duì)于鍋爐的安全運(yùn)行時(shí)有利的?，F(xiàn)在要求將其控制在0.1±0.05Pa。 5、保持

18、煙氣含氧量在一定范圍內(nèi)：要使鍋爐燃燒過程出現(xiàn)最佳工況，提高鍋爐的效率和經(jīng)濟(jì)性，必須使空氣和燃料維持適當(dāng)?shù)谋壤瑢⑦^?？諝饨档偷浇咏诶硐胨蕉植怀霈F(xiàn)一氧化碳和冒黑煙，這就需要快速而準(zhǔn)確地對(duì)燃燒過程進(jìn)行自動(dòng)化控制，使空氣和煤出現(xiàn)最佳的配比，否則勢(shì)必增加熱量損失，降低經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，并造成對(duì)周圍環(huán)境的污染?，F(xiàn)場(chǎng)要求將其控制在：2.6±0.2（%）。3 調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律 調(diào)節(jié)規(guī)律是指調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)與其輸入信號(hào)之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，從理論上說可有各種形式的函數(shù)關(guān)系，然而在實(shí)踐中總結(jié)出比例調(diào)節(jié)規(guī)律、積分調(diào)節(jié)規(guī)律、微分調(diào)節(jié)規(guī)律三種基本調(diào)節(jié)規(guī)律，廣為采用。三種調(diào)節(jié)規(guī)律的組合可設(shè)計(jì)出多種調(diào)節(jié)規(guī)律的調(diào)節(jié)器，

19、如比例調(diào)節(jié)器、比例積分調(diào)節(jié)器、比例積分微分調(diào)節(jié)器等。調(diào)節(jié)器作為控制系統(tǒng)組成部分之一，其動(dòng)態(tài)特性對(duì)控制過程有著很大的影響，因?yàn)閷?duì)象的特性是不容易改變的。本章內(nèi)容的重點(diǎn)是分析和比較不同調(diào)節(jié)規(guī)律的調(diào)節(jié)器的控制效果。3.1 比例調(diào)節(jié)對(duì)控制性能的影響 所謂比例調(diào)節(jié)規(guī)律，是指調(diào)節(jié)器輸出的控制作用與其偏差輸入信號(hào)之間成比例關(guān)系，即 （3-1）其中 比例增益。比例調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 （3-2）工程中，常用比例帶來描述其控制作用的強(qiáng)弱，即 （3-3）其物理意義是在調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的位移改變100%時(shí)，被調(diào)量應(yīng)有的改變量。如，則表明調(diào)節(jié)器輸出變化100%時(shí)，需要其輸入信號(hào)變化20%。比例調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng)圖如圖2-1所示。從

20、圖中看出，在時(shí)刻前，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)；時(shí)刻偏差信號(hào)發(fā)生階躍變化，對(duì)于定值控制系統(tǒng)，即被調(diào)量產(chǎn)生階躍變化，調(diào)節(jié)輸出控制作用將成比例地變化，而且?guī)缀跏峭瑫r(shí)產(chǎn)生的?？刂谱饔玫淖兓康氖钦{(diào)節(jié)進(jìn)入對(duì)象的流入量，消除不平衡流量，使被調(diào)量回到原來的值上。從這一點(diǎn)看，比例調(diào)節(jié)規(guī)律的特點(diǎn)之一就是調(diào)節(jié)及時(shí)、迅速。由圖3-1還可看出，在時(shí)調(diào)節(jié)過程結(jié)束，但偏差信號(hào)仍存在；換言之，調(diào)節(jié)過程結(jié)束被調(diào)量的偏差仍未完全消除。因?yàn)椴捎帽壤{(diào)節(jié)規(guī)律的調(diào)節(jié)器，其輸出的控制作用大小與偏差大小成比例關(guān)系，一定大小的控制作用是抵消擾動(dòng)的影響、使系統(tǒng)重新穩(wěn)定下來的保證。在系統(tǒng)受到擾動(dòng)后，被調(diào)量偏離了其給定值，而出現(xiàn)偏差；調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)使系統(tǒng)

21、再次進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，但偏差或大或小還要存在，否則偏差為零，控制作用也隨之消失，干擾信號(hào)的存在就不可能使系統(tǒng)穩(wěn)定下來。調(diào)節(jié)過程結(jié)束，被調(diào)量偏差仍存在稱為有差調(diào)節(jié)，這是比例調(diào)節(jié)規(guī)律的又一特點(diǎn)。圖3-1 比例調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng)3.2 積分調(diào)節(jié)對(duì)控制性能的影響比例調(diào)節(jié)規(guī)律的特點(diǎn)是控制及時(shí)，控制作用貫穿整個(gè)調(diào)節(jié)過程，因此它是基本的調(diào)節(jié)作用。然而比例調(diào)節(jié)不能保證系統(tǒng)無差，因此對(duì)于一些要求較高的控制（定值調(diào)節(jié)）還需引入積分調(diào)節(jié)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。積分調(diào)節(jié)規(guī)律是調(diào)節(jié)器輸出控制作用與其偏差輸入信號(hào)隨時(shí)間的積累值成正比，即 （3-4）其傳遞函數(shù)形式為 （3-5）式中為積分時(shí)間。積分調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)如圖3-2所示。由圖可

22、以看出，當(dāng)被調(diào)量出現(xiàn)偏差并呈階躍形式變化時(shí)，積分調(diào)節(jié)器輸出的控制作用并不立即變化，而是由零開始線性增長(zhǎng)。從這一點(diǎn)看，積分調(diào)節(jié)作用是不及時(shí)的。只要偏差信號(hào)存在，調(diào)節(jié)器輸出值在消除對(duì)系統(tǒng)影響的控制作用就一直增加，且其增長(zhǎng)的速度始終為初始速度。 （3-6） 上式表明，控制作用在積分時(shí)間越小的時(shí)候越強(qiáng)。從響應(yīng)曲線看，只要偏差存在，積分控制作用一直增加；換言之，只有偏差為零時(shí)，積分作用才停止變化。這表明系統(tǒng)達(dá)到再次穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，被調(diào)量的偏差必然為零。積分調(diào)節(jié)規(guī)律的另一特點(diǎn)就是消除穩(wěn)態(tài)偏差，實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)，其控制作用體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過程的后期。不過在現(xiàn)實(shí)中，積分調(diào)節(jié)規(guī)律很少單獨(dú)使用，它總是與比例調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合成為比例

23、積分調(diào)節(jié)規(guī)律，以發(fā)揚(yáng)各自的特長(zhǎng)，彌補(bǔ)對(duì)方的不足。描述比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律的動(dòng)態(tài)方程是 （3-7）式中，為比例增益；為積分時(shí)間。比例積分調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 （3-8）圖3-2 積分作用曲線比例積分調(diào)節(jié)器的飛升特性如圖3-3所示。由圖可以看出，當(dāng)被調(diào)量一旦偏離給定值出現(xiàn)偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器立即輸出一個(gè)與偏差成比例的控制作用，這是比例作用的結(jié)果；隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，控制作用線性增加，積分作用表現(xiàn)出來；只要偏差存在，控制作用就一直增長(zhǎng)下去，直至消除偏差時(shí)，控制作用才停止變化。由此可見，比例積分調(diào)節(jié)作用具有比例作用及時(shí)和積分作用消除偏差的優(yōu)點(diǎn)，從而克服了單純比例作用時(shí)不能消除偏差的缺點(diǎn)和單純積分作用控制不及時(shí)的缺點(diǎn)。

24、圖3-3 比例積分響應(yīng)曲線3.3 微分調(diào)節(jié)對(duì)控制性能的影響無論是比例調(diào)節(jié)規(guī)律，還是積分調(diào)節(jié)規(guī)律，一個(gè)共同特點(diǎn)就是控制作用只有在偏差出現(xiàn)后才能產(chǎn)生。這對(duì)存在延遲或慣性較大的對(duì)象來說，要獲得滿意的調(diào)節(jié)效果是很困難的，這就需要引入微分調(diào)節(jié)規(guī)律。微分調(diào)節(jié)規(guī)律是調(diào)節(jié)器輸出的控制作用與其偏差輸入信號(hào)的變化速度成正比。對(duì)于定值控制系統(tǒng)，偏差信號(hào)的變化速度就是被調(diào)量的變化速度，即 （3-9）式中稱為微分時(shí)間。傳遞函數(shù)式為 （3-10）由于受控對(duì)象總存在一定的容量，調(diào)節(jié)器也存在一定的不靈敏區(qū)，因此使調(diào)節(jié)器動(dòng)作的偏差信號(hào)在時(shí)間上肯定落后于偏差變化速度信號(hào)，被調(diào)量變化速度（即偏差變化速度）信號(hào)又稱超前信號(hào)。被調(diào)量的

25、變化速度往往反映了對(duì)象流入量與流出量之間的不平衡狀態(tài)，因此對(duì)慣性較大的對(duì)象，在調(diào)節(jié)器中加入微分調(diào)節(jié)作用實(shí)現(xiàn)超前調(diào)節(jié)，無疑將大大改善調(diào)節(jié)過程。微分調(diào)節(jié)作用的大小僅于偏差信號(hào)的變化速度有關(guān)，而與偏差值大小無關(guān)。因此對(duì)象在受到較小的擾動(dòng)后，被調(diào)量變化量及變化速度都將很小，微分作用調(diào)節(jié)器同時(shí)由于自身動(dòng)作的不靈敏區(qū)的存在而始終不動(dòng)作；這樣，經(jīng)過一段時(shí)間后，偏差將積累成一個(gè)較大的值。就是說純微分作用的調(diào)節(jié)器是不能單獨(dú)使用的，微分作用要與比例作用或比例積分作用相結(jié)合，形成比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律或比例微分積分調(diào)節(jié)規(guī)律。式（3-9）是理論上的微分調(diào)節(jié)規(guī)律表達(dá)式，因?yàn)樵谄钭麟A躍變化時(shí)的瞬間，控制作用將為無窮大量，這是

26、任何物理元件都不可能實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際的微分調(diào)節(jié)規(guī)律具有慣性，其傳遞函數(shù)為 （3-11）式中微分時(shí)間；微分增益。由初值定理有 （3-12）由終值定理知 （3-13）由上述兩式可以得出微分調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線，如圖2-4所示。 圖3-4 微分調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng)由圖3-4可以看出，當(dāng)偏差作幅度為的階躍變化時(shí)，微分作用將立即產(chǎn)生，其值為偏差的倍。從這一點(diǎn)上與比例作用相比，調(diào)節(jié)及時(shí)且作用強(qiáng)。在時(shí)間較長(zhǎng)后，微分作用消失，直到為零?？梢娢⒎肿饔弥饕谡{(diào)節(jié)過程的初期，和積分作用恰好相反。通過前兩節(jié)和本節(jié)對(duì)比例調(diào)節(jié)規(guī)律、積分調(diào)節(jié)規(guī)律和微分調(diào)節(jié)規(guī)律的分析，可以看出它們對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響是不同的。比例調(diào)節(jié)作用是按比例反映系統(tǒng)的

27、偏差系統(tǒng)一旦出現(xiàn)偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例作用，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分作用使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)，越小，積分作用就越強(qiáng)，反之大，則積分作用就弱。加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。微分調(diào)節(jié)作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在微分時(shí)間選擇合適的情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過強(qiáng)的微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。綜上所述，比例調(diào)節(jié)作用是最基本的

28、調(diào)節(jié)作用，而積分和微分作用為輔助調(diào)節(jié)作用，比例作用貫穿于整個(gè)調(diào)節(jié)過程之中，積分作用則體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過程后期，用以消除靜態(tài)偏差，微分作用則體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過程的初期。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇調(diào)節(jié)規(guī)律，同時(shí)設(shè)置適當(dāng)?shù)谋壤龓?，積分時(shí)間，微分時(shí)間，才能收到滿意的調(diào)節(jié)效果。對(duì)于一階慣性環(huán)節(jié)，負(fù)荷變化不大，工藝要求不高，可采用比例控制，如壓力、液位控制。對(duì)于一階慣性環(huán)節(jié)與純滯后環(huán)節(jié)串聯(lián)的對(duì)象，負(fù)荷變化不大，控制精度要求高，可采用比例積分控制。因?yàn)闊崃痣姀S，工作環(huán)境較復(fù)雜，對(duì)于調(diào)節(jié)質(zhì)量要求高，所以本文所設(shè)計(jì)的將采用調(diào)節(jié)器。4 單回路控制系統(tǒng)的介紹4.1 單回路控制系統(tǒng)的概述單回路反饋控制系統(tǒng)又稱簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，

29、它是僅由一個(gè)測(cè)量變送器，一個(gè)調(diào)節(jié)器和一個(gè)執(zhí)行器（包括調(diào)節(jié)閥），連同被控對(duì)象組成的閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。其組成原理方框圖如圖4-1所示。單回路控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的基本單元，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資少、易于調(diào)整和投運(yùn)，能滿足一般工業(yè)生產(chǎn)過程的控制要求，因此在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，尤其適用于被控過程的純滯后、慣性小、負(fù)荷和擾動(dòng)變化比較平緩，或是控制質(zhì)量要求不太高的場(chǎng)合。在熱工生產(chǎn)過程中，最基本的且應(yīng)用最多的是單回路控制系統(tǒng)。即使在高水平的自動(dòng)化控制方案中，單回路控制系統(tǒng)目前仍占控制回路的絕大多數(shù)。而且各種復(fù)雜控制系統(tǒng)都是在單回路控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因此熟練掌握了單回路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法稍加拓展

30、就可以設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)。 圖4-1 單回路控制系統(tǒng)組成原理方框圖4.2 單回路控制系統(tǒng)各組成部分的選擇（1）被調(diào)量的選擇被調(diào)量是表征生產(chǎn)過程是否符合工藝要求的物理量，在熱工生產(chǎn)過程中主要是溫度、壓力、流量、化學(xué)成分等。一般情況下，欲維持的工藝參數(shù)就是系統(tǒng)的被調(diào)量，如火力發(fā)電廠鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的任務(wù)就是維持鍋爐過熱器出口蒸汽溫度，所以汽溫控制系統(tǒng)的被調(diào)量就是過熱器出口汽溫。但是生產(chǎn)過程中，有些工藝參數(shù)目前還沒有得到直接的快速測(cè)量手段，如火電廠進(jìn)入磨煤機(jī)的原煤干燥程度的測(cè)量。這種情況下往往采用間接參數(shù)作為系統(tǒng)的被調(diào)量，要求被調(diào)量與實(shí)際所需維持的工藝參數(shù)之間為單值函數(shù)關(guān)系，否則要采用相應(yīng)的補(bǔ)償措

31、施。對(duì)于那些雖有直接測(cè)量手段，但所測(cè)得的信號(hào)過于微弱或延遲較大的情況，不如選用間接參數(shù)作為系統(tǒng)的被調(diào)量。（2）控制量的選擇選擇什么樣的控制量去克服擾動(dòng)對(duì)被調(diào)量的影響呢？原則上是選擇工藝上允許作為控制手段的變量作為控制量，一般不應(yīng)選擇工藝上的主要物料或不可控制的變量作為控制量。例如：火力發(fā)電廠的鍋爐負(fù)荷控制系統(tǒng)，其被調(diào)量是主蒸汽壓力，而影響主蒸汽壓力的主要因素是汽輪機(jī)進(jìn)汽量和鍋爐燃料量，前者是電力生產(chǎn)要求所確定的，因而不能作為控制量而只能選擇燃料量作為系統(tǒng)的控制手段。（3）控制通道和擾動(dòng)通道的選擇單回路控制系統(tǒng)傳遞方框圖如圖4-2所示，圖中為對(duì)象的傳遞函數(shù)，它是包括了檢測(cè)單元、測(cè)量變送器、執(zhí)行機(jī)

32、構(gòu)和調(diào)節(jié)閥在內(nèi)的廣義對(duì)象特性；為調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)，為擾動(dòng)信號(hào)，為被調(diào)量與擾動(dòng)信號(hào)間的傳遞函數(shù)。擾動(dòng)信號(hào)經(jīng)影響被調(diào)量的信號(hào)通道稱為擾動(dòng)通道；調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)通過影響被調(diào)量的信號(hào)通道稱為控制通道。 圖4-2 單回路控制系統(tǒng)的傳遞方框圖4.3 對(duì)象特性對(duì)控制過程的影響由自動(dòng)控制理論知，控制過程的品質(zhì)指標(biāo)一般用衰減率、動(dòng)態(tài)偏差、穩(wěn)態(tài)偏差、過渡過程時(shí)間來衡量，它們描述了控制系統(tǒng)過渡過程的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性。描述對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的特征參數(shù)有對(duì)象的放大系數(shù)，時(shí)間常數(shù)和遲延時(shí)間。4.3.1 對(duì)象放大系數(shù)對(duì)控制過程的影響圖3-2所示的單回路控制系統(tǒng)傳遞方框圖中，設(shè)調(diào)節(jié)器為比例調(diào)節(jié)器，即 （4-1）控制對(duì)象的

33、傳遞函數(shù)為 （4-2）擾動(dòng)通道的傳遞函數(shù)為 （4-3）由圖3-2求出 （4-4）當(dāng)系統(tǒng)受到單位階躍擾動(dòng)，即作用下，控制系統(tǒng)過渡過程結(jié)束時(shí)，靜態(tài)偏差為 （4-5）式（3-5）表明，干擾通道的放大系數(shù)越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差（又稱靜態(tài)偏差）越大；而控制通道的放大系數(shù)越大，穩(wěn)態(tài)誤差越小。對(duì)于線性控制系統(tǒng)，與是一種互補(bǔ)關(guān)系，即總可以通過改變調(diào)節(jié)器的比例增益（或比例帶）來滿足和的乘積要求，這就是說對(duì)象的放大系數(shù)對(duì)控制過程的質(zhì)量沒有什么影響。當(dāng)然，對(duì)非線性對(duì)象其值隨負(fù)荷變化而變化，要利用來補(bǔ)償，則要求也隨負(fù)荷變化而變化，即需要參數(shù)可變調(diào)節(jié)器。4.3.2 對(duì)象時(shí)間常數(shù)對(duì)控制過程的影響（1）干擾通道設(shè)圖3-2中各

34、環(huán)節(jié)的放大系數(shù)均為1，即：，。干擾通道為一階慣性環(huán)節(jié)，即 （4-6）則 （4-7）系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程 （4-8）式（3-8）表明，干擾通道的存在使系統(tǒng)的特征方程式產(chǎn)生變化，且干擾通道的慣性階次增加一階，系統(tǒng)就增加一個(gè)負(fù)實(shí)數(shù)閉環(huán)極點(diǎn)。當(dāng)干擾通道的時(shí)間常數(shù)增大時(shí)，該新增加的極點(diǎn)就向坐標(biāo)原點(diǎn)靠近。由自動(dòng)控制理論可知，這將使控制過程的動(dòng)態(tài)偏差減小。實(shí)際上，具有慣性的干擾通道相當(dāng)于低通濾波器，從而減弱了干擾信號(hào)對(duì)系統(tǒng)工作的影響。如果干擾通道還存在延遲，則 （4-9）式中，為干擾通道不存在延時(shí)的被調(diào)量，即 （4-10）由延遲定理知 （4-11）上式表明，干擾通道遲延的存在并不影響控制過程的質(zhì)量，只不過是使

35、被調(diào)量在時(shí)間軸上順延一個(gè)時(shí)間而已。（2）控制通道控制通道的時(shí)間常數(shù)如果增加，系統(tǒng)的工作頻率下降，反映速度變慢，過渡過程的時(shí)間將加長(zhǎng)。時(shí)間常數(shù)過小，系統(tǒng)反映則過于靈敏，又會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。這就是說，在保證控制系統(tǒng)有一定的穩(wěn)定程度下，應(yīng)盡量減小控制通道的時(shí)間常數(shù)。實(shí)際系統(tǒng)中，控制通道是由執(zhí)行器、變送器、對(duì)象串聯(lián)組成的廣義對(duì)象。廣義對(duì)象內(nèi)部各環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)之間應(yīng)相互錯(cuò)開，要求它們之間有一個(gè)良好的匹配關(guān)系?？刂仆ǖ廊绻嬖谶t延（包括純遲延和容積遲延），將會(huì)使控制過程質(zhì)量變壞。因?yàn)榭刂谱饔貌荒芗皶r(shí)影響被調(diào)量，從而使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差加大，控制過程時(shí)間加長(zhǎng)。然而在控制通道的時(shí)間常數(shù)較大時(shí)，延遲時(shí)間的影響將

36、會(huì)減小。控制通道存在遲延，調(diào)節(jié)過程的質(zhì)量與比值有關(guān)，比值越大質(zhì)量越差。綜上所述，對(duì)象的特征參數(shù)、對(duì)調(diào)節(jié)過程質(zhì)量的影響是不同的。干擾通道的放大系數(shù)大，意味著干擾對(duì)被調(diào)量的影響大，即增加系統(tǒng)的靜差?？刂仆ǖ赖姆糯笙禂?shù)，由于可由調(diào)節(jié)器的比例帶來補(bǔ)償，因而不影響調(diào)節(jié)質(zhì)量。干擾通道的時(shí)間常數(shù)大，對(duì)于干擾的濾波作用大，從而有利于調(diào)節(jié)器克服干擾的影響?？刂仆ǖ罆r(shí)間常數(shù)小，調(diào)節(jié)及時(shí)，但容易引起系統(tǒng)的振蕩趨于不穩(wěn)定。干擾通道的遲延對(duì)調(diào)節(jié)過程無影響，而控制通道的遲延總是有害的。5 汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)5.1 汽包鍋爐簡(jiǎn)介在設(shè)計(jì)鍋爐汽包水位控制的過程中首先從汽包鍋爐入手，汽包鍋爐有自然循環(huán)方式和強(qiáng)制循環(huán)方式兩種，汽

37、包鍋爐自動(dòng)控制的任務(wù)與直流鍋爐幾乎一樣，也是主要包括四個(gè)方面：（1）保證系統(tǒng)安全運(yùn)行；（2）保持燃燒的經(jīng)濟(jì)性；（3）保持爐膛負(fù)壓在一定范圍內(nèi)；（4）運(yùn)行中保證汽輪機(jī)所需的蒸汽量，過熱蒸汽壓力和蒸汽溫度的恒定。無論自然循環(huán)鍋爐還是強(qiáng)制循環(huán)鍋爐，其給水控制的任務(wù)都是為了保證鍋爐負(fù)荷和給水的平衡關(guān)系。但是，汽包鍋爐由于有了汽包的存在，使鍋爐的運(yùn)行方式、鍋爐的結(jié)構(gòu)、工作原理與直流鍋爐不同，這就使實(shí)現(xiàn)控制的方式，采用被調(diào)量都有所區(qū)別。汽包鍋爐的工作原理：汽包鍋爐的蒸發(fā)系統(tǒng)有汽包、下降管、分配水管、下聯(lián)箱、上升管、上聯(lián)箱、汽水引出管、汽水分離器組成，這種與直流鍋爐結(jié)構(gòu)的不同的最大優(yōu)點(diǎn)是：這個(gè)蒸發(fā)系統(tǒng)是閉合

38、的，工質(zhì)在所有時(shí)候都在這個(gè)閉合的蒸發(fā)管道系統(tǒng)中不斷循環(huán)。鍋爐的蒸發(fā)受熱面是有比較明顯的分界線的。無論是自然循環(huán)還是強(qiáng)制循環(huán)汽包鍋爐只是工質(zhì)的循環(huán)方式不同，并不改變汽包鍋爐的工作原理。這主要是由鍋爐運(yùn)行參數(shù)決定的，而且沒有很嚴(yán)格的規(guī)定，當(dāng)鍋爐壓力工作在9.8MPa18.6MPa范圍內(nèi)時(shí)，汽水密度差可以自行推動(dòng)工質(zhì)流動(dòng)，因此可以采用自然循環(huán)；當(dāng)鍋爐工作壓力16MPa時(shí)，一般可以采用強(qiáng)制循環(huán)。調(diào)節(jié)過程特點(diǎn)：汽包水位成為給水控制的唯一標(biāo)志，因此汽包水位：（1）反映了鍋爐負(fù)荷與給水的平衡關(guān)系；（2）汽包水位影響蒸發(fā)面的改變，影響鍋爐的安全運(yùn)行。因此在汽包鍋爐中，給水控制比直流鍋爐的給水控制簡(jiǎn)單，其對(duì)象可

39、以看成是帶有可測(cè)擾動(dòng)的兩輸入輸出系統(tǒng)，其指標(biāo)是單一的，即把水位維持在一個(gè)范圍內(nèi)即可。眾所周知，工業(yè)過程控制系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和經(jīng)濟(jì)性是企業(yè)考慮的重中之重，是衡量系統(tǒng)是否可靠的重要指標(biāo)。隨著工業(yè)自動(dòng)化整體水平的提高，方案的選擇范圍增多，但據(jù)不同的要求和不同的側(cè)重點(diǎn)，最優(yōu)方案始終是我們的首選。下面以汽包水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為例，對(duì)幾種方案略解。汽包水位是鍋爐運(yùn)行的主要指標(biāo)之一，是一個(gè)非常重要的被控量。維持水位在一定范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運(yùn)行的首要條件，這是因?yàn)椋海?）水位過高會(huì)影響汽包內(nèi)汽水分離，飽和水蒸汽溫度急劇下降，該過熱蒸汽作為汽輪機(jī)動(dòng)力的話，將會(huì)損壞汽輪機(jī)葉片，影響運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)

40、性。（2）水位過低，則由于汽包內(nèi)的水量轉(zhuǎn)少，而負(fù)荷很大時(shí)，如不及時(shí)調(diào)節(jié)就會(huì)使汽包內(nèi)的水全部液化，導(dǎo)致水冷壁燒壞，甚至引起爆炸。因此，鍋爐汽包水位必須嚴(yán)加控制。5.2 汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的任務(wù)及基本要求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在一定的范圍內(nèi)，其要求包括以下兩個(gè)方面：（1）維持汽包水位在一定范圍內(nèi)。汽包水位是影響鍋爐安全運(yùn)行的重要因素。水位過高，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，從而增加在過熱器管壁上和汽輪機(jī)葉片上的結(jié)垢，甚至使汽輪機(jī)發(fā)生水沖擊而損壞葉片；水位過低，則會(huì)破壞水循環(huán)，引起水冷壁的破裂。正常運(yùn)行時(shí)的水位波動(dòng)范圍：

41、77;30mm50mm汽包異常情況：±200mm汽包事故情況：>±350mm（2）保持穩(wěn)定的給水量。穩(wěn)定工況下，給水量不應(yīng)該時(shí)大時(shí)小地劇烈波動(dòng)，否則，將對(duì)省煤器和給水管道的安全運(yùn)行不利。上述兩個(gè)任務(wù)中，第一個(gè)任務(wù)尤為重要。實(shí)踐證明，無論是電站鍋爐，或是工業(yè)鍋爐，用人工操作調(diào)節(jié)水位，既不安全，也不經(jīng)濟(jì)，其最有效的方法是實(shí)現(xiàn)給水自動(dòng)調(diào)節(jié)。根據(jù)我們所學(xué)知識(shí)可知，給水控制系統(tǒng)應(yīng)該符合以下基本要求：首先，由于被控對(duì)象在給水量擾動(dòng)下的水位階躍反應(yīng)曲線表現(xiàn)為無自平衡能力，且有較大的遲延，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)量擾動(dòng)下，水位階躍反應(yīng)曲線

42、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)控制系統(tǒng)的不利影響，應(yīng)考慮引入蒸汽流量的補(bǔ)償信號(hào)。再次，給水壓力是有波動(dòng)的，為了穩(wěn)定給水量，應(yīng)當(dāng)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?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖5-1所示：圖5-1 汽包鍋爐給水控制對(duì)象的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)影響水位的因素主要有：鍋爐蒸發(fā)量（負(fù)荷），給水量，鍋爐熱負(fù)荷（燃燒率），汽包壓力?？刂葡到y(tǒng)的物質(zhì)平衡方程為 （5-1）將式（4-1）進(jìn)一步變換得 （5-2）令，則上式變?yōu)?（5-3）式中 汽包水位，或； 汽水分離面積，或；蒸發(fā)量，或； 給水量，或；容量系數(shù)；水的密度，/或/；蒸汽密度，/或/。容量系數(shù)是用

43、來表征鍋爐結(jié)構(gòu)系數(shù)的，而它的動(dòng)態(tài)特性則往往用飛升速度或飛升時(shí)間來表征。對(duì)于汽包鍋爐來說，由飛升速度的定義知 （5-4）式中飛升速度，1/。把擾動(dòng)量即水位變化量轉(zhuǎn)變成用相對(duì)量表示的水位變化范圍，通常的水位允許變化范圍為200，這個(gè)范圍擾動(dòng)量的相對(duì)極限值為100%。式（4-4）中 （5-5）右邊一項(xiàng)表示汽包內(nèi)工質(zhì)的變化量，當(dāng)給水量時(shí)，而蒸發(fā)量為最大時(shí)，變化量最大，因此有 （5-6）可見這時(shí)的擾動(dòng)量是下降的。故有 （5-7）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。對(duì)于蒸發(fā)量為100230的單汽包爐，當(dāng)水位變化時(shí)，對(duì)于蒸發(fā)量為更大的汽包爐，它的意義在于當(dāng)鍋爐在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，如果突

44、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，在內(nèi)將下降，或者換句話說，如果給水量減少，經(jīng)過的時(shí)間，水位將下降。5.3 鍋爐給水沖量給水控制系統(tǒng)沖量水位控制系統(tǒng)是以汽包水位測(cè)量信號(hào)為唯一的控制信號(hào)，即水位測(cè)量信號(hào)經(jīng)變送器送到水位調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器根據(jù)汽包水位測(cè)量值與給定值的偏差去控制給水調(diào)節(jié)閥，改變給水量以保持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。單沖量給水控制系統(tǒng)，是汽包水位自動(dòng)控制系統(tǒng)中最簡(jiǎn)單、最基本的一種形式?？刂葡到y(tǒng)由汽包、水位變送器、調(diào)節(jié)器和給水調(diào)節(jié)閥組成。單沖量給水控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖和原理方框圖分別如圖4-5和圖4-6所示。下面分析一下這種系統(tǒng)能否消除內(nèi)擾（給水量擾動(dòng)）和外擾（蒸發(fā)量擾動(dòng)）

45、對(duì)水位的影響。圖5-2 單沖量給水控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖若給水量有一個(gè)階躍變化，經(jīng)延遲時(shí)間后，水位將上升，水位上升由測(cè)量元件測(cè)出并反饋到調(diào)節(jié)器后，輸出命令去關(guān)小閥門開度。在圖4-7中，在點(diǎn)的動(dòng)作又要經(jīng)過時(shí)間才能使下降，這時(shí)，已經(jīng)升到值，值反映到調(diào)節(jié)器使進(jìn)一步減小，點(diǎn)的作用最終能反映到點(diǎn)，這時(shí)水位開始下降。因此它能消除內(nèi)擾的影響。圖4-3 單沖量給水控制系統(tǒng)原理方框圖接下來再分析該系統(tǒng)對(duì)外擾的克服情況。設(shè)：蒸發(fā)量階躍減少，按物質(zhì)平衡關(guān)系，水位應(yīng)上升，閥門開度應(yīng)減少。但由于有“虛假水位”現(xiàn)象，水位反而先是下降的。使增大，經(jīng)過一段時(shí)間后，水位繼續(xù)上升，“虛假水位”現(xiàn)象消失后，真實(shí)水位也比原來的水位要高，因

46、此的超調(diào)較大，促使下降的幅度也大。從圖4-6中可以看出，第二個(gè)峰比第一個(gè)峰幅值大，就是因?yàn)椤疤摷偎弧痹斐傻?。單沖量汽包水位控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)鍋爐汽包容量比較大，汽包水位受到擾動(dòng)后的反應(yīng)速度比較慢，“虛假水位”現(xiàn)象不是很嚴(yán)重的鍋爐，均可采用單沖量水位控制來滿足生產(chǎn)要求。單沖量汽包水位控制系統(tǒng)存在著一些缺點(diǎn)，主要包括：（1）單沖量控制方案只根據(jù)水位信號(hào)控制給水量，在鍋爐負(fù)荷變化大，即階躍擾動(dòng)很大時(shí)，由于鍋爐的“虛假水位”現(xiàn)象，例如負(fù)荷蒸汽增加時(shí)，水位一開始先上升，調(diào)節(jié)器只根據(jù)水位作為控制信號(hào)，就去關(guān)小閥門減少給水量，這個(gè)動(dòng)作對(duì)鍋爐流量平衡是錯(cuò)誤的，從而在過程一開始就擴(kuò)大了蒸汽流量和給水流量的波動(dòng)幅度，擴(kuò)大了進(jìn)出流量的不平衡。（2）從給水?dāng)_動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性可以看出，由于給水壓力變化等原因造成給水量變化時(shí)，調(diào)節(jié)器要等到水位變化后才開始動(dòng)作，而在調(diào)節(jié)器動(dòng)作后又要經(jīng)過一段滯