過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)

1、第一部分多容對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的求取控制對(duì)象是指各種具體熱工設(shè)備，例如熱工過(guò)程中的各種熱交換器，加熱爐、鍋爐、貯 液罐及流體輸送設(shè)備等。盡管它們的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)過(guò)程的物理性質(zhì)很不相同，從控制的觀點(diǎn)來(lái)看它們?cè)诒举|(zhì)上有許多相似之處?？刂茖?duì)象是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。它的輸出信號(hào)通常是生產(chǎn)過(guò)程中要求控制的被調(diào)量；它的輸入信號(hào)是引起被調(diào)量變化的各種因素 (擾動(dòng)作用和控制作用)。對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性取決于它的部過(guò)程的物理性質(zhì)，設(shè)備的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行條件等，原則 上可以用分析方法寫(xiě)出它的動(dòng)態(tài)方程式。但是由于一般熱工對(duì)象部過(guò)程的物理性質(zhì)比較復(fù) 雜，加之運(yùn)行過(guò)程中的一些實(shí)際條件很難全面予以考慮，因此用分析方法并不容易

2、得到動(dòng)態(tài)特性的精確數(shù)學(xué)表達(dá)式。比較常用的方法是在運(yùn)行條件下通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)獲得對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。根據(jù)測(cè)定到的對(duì)象階躍響應(yīng)曲線(xiàn)，可以把它擬合成近似的傳遞函數(shù)，根據(jù)階躍響應(yīng)曲線(xiàn)求近似傳遞函數(shù)有很多方法，采用的傳遞函數(shù)在形式上也是各式各樣有自平衡能力的高階對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)如圖所示：20有遲延階對(duì)條無(wú)遲延一階對(duì)象階躍響應(yīng)曲線(xiàn) 選定的傳遞函數(shù)的形式為T(mén)S 1即采用一個(gè)n階等容慣性環(huán)節(jié)來(lái)近似表征。上式中有三個(gè)待定的參數(shù)：放大系數(shù)K,時(shí)間常數(shù)T和階數(shù)n,傳遞函數(shù)的放大系數(shù) K的求取方法按前面求取公式確定。作穩(wěn)態(tài)值的漸近線(xiàn) y( )，則在試驗(yàn)獲得的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)上，求得y(t 1) = 0.4y( g)及y(t 2)

3、 = 0.8y( g)時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間62頁(yè)公式)：由曲線(xiàn)可知放大ti、12后，利用下式求階數(shù)n： 利用兩點(diǎn)法公式可知(見(jiàn)熱工控制系統(tǒng)谷俊杰，課本系數(shù)K,利用兩點(diǎn)法可確定t1 , t2，利用如下公式計(jì)算對(duì)象階次和慣性時(shí)間。N0.5T2 T1T1 T2 T2.16N上式求得的n值不是整數(shù)時(shí)，應(yīng)選用與其最接近的整數(shù)。 某主汽溫對(duì)象不同負(fù)荷下導(dǎo)前區(qū)和惰性區(qū)對(duì)象動(dòng)態(tài)特性如下:37%導(dǎo)前區(qū)：5.1779S2 55S 1惰性區(qū):1.051S7632463032785S5 717119679S410135188S3 89520S2 460S 1對(duì)于上述特定負(fù)荷下主汽溫導(dǎo)前區(qū)和惰性區(qū)對(duì)象傳遞函數(shù)，可以用兩點(diǎn)法求上

4、述主汽溫K對(duì)象的傳遞函數(shù)，傳遞函數(shù)形式為W SN，利用Matlab求取階躍響應(yīng)曲線(xiàn)，TS 1然后利用兩點(diǎn)法確定對(duì)象傳遞函數(shù)。Matlab應(yīng)用如下所示：Canwnand W indouigut ht耳匚tod.MATLAB HeLu qx Quju衛(wèi)菽 ftom ihe Hlp>> nim二5. t;»55 11 :>> &p (i*iun3 tlfea)；»»l利用兩點(diǎn)法公式可知（見(jiàn)熱工控制系統(tǒng)谷俊杰，課本 62頁(yè)公式）：由曲線(xiàn)可知放大系數(shù)K=5.1,利用兩點(diǎn)法可確定 t仁38.1 , t2=82.5，N21.075 T1 門(mén)廠(chǎng)T1

5、 T20.52T07 O12 7.9T2 T12.16NYY 0K=5.1即可根據(jù)階躍響應(yīng)曲線(xiàn)利用兩點(diǎn)法確定其傳遞函數(shù):5.1w s227.9s 1惰性區(qū)：» nnpL051;»沱同川砒1倔冊(cè)碑 服旳皿沏以縊32冊(cè)Wm 1(135183 8S52D 4501;同理可得：K=1.051 t仁395 t2=582N=8T=56.51.05156.5s 1第二部分 單回路系統(tǒng)參數(shù)整定利用第一部分建立的對(duì)象傳遞函數(shù)，進(jìn)行參數(shù)整定。為便于分析，可以采用第一部分建 立的主汽溫對(duì)象的惰性區(qū)對(duì)象（為一多容慣性環(huán)節(jié)）進(jìn)行參數(shù)整定。本指導(dǎo)書(shū)以第一部分整定確定的對(duì)象1.051進(jìn)行參數(shù)整定。56.

6、5s 1一、臨界比例帶法確定調(diào)節(jié)器參數(shù)采用等幅振蕩法通過(guò)試湊法逐步確定等幅振蕩時(shí)比例調(diào)節(jié)器的比例增益，和計(jì)算確定的調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行比較。對(duì)于對(duì)象1.051、丄梧為宀,1w s8，計(jì)算確疋kp856.5s 11.051 cos8將計(jì)算確定的參數(shù) kp =1.793,投入系統(tǒng)運(yùn)行，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。其中In1 Outl 模塊如下圖得到:仿真后系統(tǒng)輸出為:El li 4.w# 呂齊tiiL fAh Ei f wrn-.t工tfvljrD A LJ樂(lè)釦 a -卜formal 卑出囹由 |¥出口¥T=760,可以查表確定當(dāng)系統(tǒng)根據(jù)等幅振蕩是比例增益和系統(tǒng)輸出曲線(xiàn)確定的等幅振蕩周期 衰

7、減率©= 0.75 時(shí)調(diào)節(jié)器參數(shù) kp =0.8538 ki =0.0019 kd =97.3343根據(jù)查表確定的調(diào)節(jié)器參數(shù)，投入閉環(huán)運(yùn)行，觀察運(yùn)行效果：過(guò);以器過(guò)購(gòu)器Yoinpii第三部分 串級(jí)控制系統(tǒng)參數(shù)整定一、主蒸汽溫度串級(jí)控制系統(tǒng)參數(shù)整定本實(shí)驗(yàn)以某300MW機(jī)組配套鍋爐的過(guò)熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)為例，其原理結(jié)構(gòu)圖如下圖所 示：噴水-平丁圖3-1過(guò)熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖由上圖，可得過(guò)熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖如下:圖3-2過(guò)熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖在MATLAB軟件的Simulink 工具箱中，打開(kāi)一個(gè) Simulink 控制系統(tǒng)仿真界面，根據(jù)圖3-2所示的過(guò)熱汽溫串級(jí)控制系

8、統(tǒng)方框圖建立仿真組態(tài)圖如下，其中主汽溫對(duì)象選取100%負(fù)荷下的導(dǎo)前區(qū)和惰性區(qū)對(duì)象傳遞函數(shù)。圖3-3過(guò)熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)仿真組態(tài)圖上圖中，惰性區(qū)對(duì)象的傳遞函數(shù)為利用選中這六個(gè)模塊后，選擇右鍵Create Subsystem 即可創(chuàng)建對(duì)象，惰性區(qū)對(duì)象也可用上圖中六個(gè)模塊表示。串級(jí)控制系統(tǒng)參數(shù)整定步驟如下：1、首先整定回路，即副調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定r1設(shè)為0（即斷開(kāi)主回路將圖3-3所示過(guò)熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)仿真組態(tài)圖中主回路反饋系數(shù)的反饋），同時(shí)令主調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) kp1 =1,積分系數(shù)ki1=0,微分系數(shù)kd1=o。將階躍信 號(hào)輸出模塊（Step ）的終值（Final value ）設(shè)為過(guò)熱蒸汽溫度的

9、穩(wěn)態(tài)值535C，仿真時(shí)間設(shè)為1000s，逐漸增加副調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)kp2，在響應(yīng)曲線(xiàn)顯示器Scopel中觀察溫度t2的變化，使溫度t2盡快達(dá)到穩(wěn)定，并盡量接近穩(wěn)態(tài)值419.28 C,此時(shí)的比例系數(shù) kp2即為副調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)為 4.4457。根據(jù)副調(diào)節(jié)器參數(shù)，投入回路閉環(huán)運(yùn)行，觀察運(yùn)行效果：2、整定外回路，即主調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定將圖3-3所示過(guò)熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)仿真組態(tài)圖中主回路反饋系數(shù)r1改為1 （即將主回路反饋投入），副調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) kp2保持上一步的整定參數(shù)不變，仿真時(shí)間設(shè)1000s ,逐漸增加主調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)kp1 ,在響應(yīng)曲線(xiàn)顯示器Scope中觀察溫度t1的變化，直至響應(yīng)曲線(xiàn)出

10、現(xiàn)等幅振蕩，記下此時(shí)的比例系數(shù)kp1=2.02，同時(shí)通過(guò)響應(yīng)曲線(xiàn)可以確定振蕩周期 Tk=220 ,kp1=2.02，振蕩周期 Tk =220177 頁(yè)表 6-7 ）。查表即可確定調(diào)節(jié)器參數(shù)值（見(jiàn)谷老師熱工控制系統(tǒng)課本 帶入以下公式即可以計(jì)算主調(diào)節(jié)器的各參數(shù)：11.26Tk k =0.007323 ；1主調(diào)節(jié)器比例系數(shù)kp1=0.9667 ；積分系數(shù)：ki12.1 kTk微分系數(shù)Kdl=31.900714 k3、完成過(guò)熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定后，在1500s時(shí)加入減溫水?dāng)_動(dòng)，即將階躍信號(hào)輸出模塊(Stepl )的響應(yīng)時(shí)間(Step time )設(shè)為1500，終值(Final value )設(shè)為2500， 仿真后在響應(yīng)曲線(xiàn)顯示器Scope中觀察減溫水量增加后對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度t1的影響。第四部分 某電廠(chǎng)熱工系統(tǒng)SAM圖分析對(duì)汽包鍋爐給水控制系統(tǒng) SAM圖分析，根據(jù)自己的理解畫(huà)出其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。如圖所示:總結(jié)通過(guò)對(duì)過(guò)熱汽溫控制