熱工自動(dòng)化概述課件

第一章熱工自動(dòng)化概述§1.1熱工自動(dòng)化概況§1.2常見的熱工自動(dòng)化系統(tǒng)§1.3熱工控制系統(tǒng)的組成§1.4常規(guī)PID調(diào)節(jié)器§1.5熱工控制系統(tǒng)的運(yùn)行評價(jià)§1.6SAMA圖1第一章熱工自動(dòng)化概述§1.1熱工自動(dòng)化概況1§1-1熱工自動(dòng)化概況2§1-1熱工自動(dòng)化概況2一、自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)生了革命性的變化

芯片技術(shù)：促進(jìn)了自動(dòng)化技術(shù)由“模擬”向“數(shù)字”時(shí)代的飛躍；網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)：分布式工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)（DCS:DistributedControlSystem）為實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的硬件、軟件平臺。3一、自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)生了革命性的變化3自動(dòng)控制理論：自動(dòng)化技術(shù)由基于微分方程、傳遞函數(shù)的古典理論階段進(jìn)入基于狀態(tài)空間法和最優(yōu)化方法的現(xiàn)代理論階段，進(jìn)而，逐步發(fā)展到基于專家系統(tǒng)、模糊控制和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能時(shí)代。信息處理技術(shù)：數(shù)據(jù)高速傳輸、數(shù)據(jù)壓縮存儲、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)的發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)基于信息集成的生產(chǎn)過程的控制與管理現(xiàn)代化奠定了基礎(chǔ)。4自動(dòng)控制理論：自動(dòng)化技術(shù)由基于微分方程、傳遞函4

二、電力的發(fā)展趨勢

1.國民經(jīng)濟(jì)的飛速增長，增加了對能源的需求量，電力工業(yè)逐漸發(fā)展為大電網(wǎng)、大機(jī)組、高參數(shù)、高度自動(dòng)化。2.由于高參數(shù)、大容量機(jī)組發(fā)展迅速，裝機(jī)數(shù)量日益增多，因此對機(jī)組自動(dòng)化的要求也日益提高，以“4C”（計(jì)算機(jī)、控制、通信、CRT）技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代火電機(jī)組熱工自動(dòng)化技術(shù)也相應(yīng)得到了迅速發(fā)展。其中，具有代表性的是80年代微機(jī)分散控制系統(tǒng)（DCS）的問世和日益完善，并廣泛應(yīng)用于大機(jī)組的自動(dòng)控制。5二、電力的發(fā)展趨勢5

3.“廠網(wǎng)分開，競價(jià)上網(wǎng)”的電力改革基本完成，形成了“五大發(fā)電集團(tuán)”：中國電力投資集團(tuán)公司、中國華能集團(tuán)公司、中國大唐集團(tuán)公司、中國國電集團(tuán)公司、中國華電集團(tuán)公司；“兩大電網(wǎng)”：國家電網(wǎng)公司、中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司。4.“七五”、“八五”期間，我國電力工業(yè)所建主力機(jī)組大多還是300MW機(jī)組，但也開始建設(shè)600MW級機(jī)組。5.“九五”期間，我國電力建設(shè)的機(jī)組主力將逐步轉(zhuǎn)為以600MW機(jī)組為主。63.“廠網(wǎng)分開，競價(jià)上網(wǎng)”的電力改革基本完成，形成四、大型火電機(jī)組的特點(diǎn)

1.監(jiān)視點(diǎn)多（600MW機(jī)組I／O點(diǎn)多達(dá)3000～5000個(gè)，隨著發(fā)電機(jī)-變壓器組和廠用電源等電氣部分監(jiān)視納人DCS之后，I／O點(diǎn)已超過7000個(gè)）;

2.參數(shù)變化速度快和控制對象數(shù)量大（600W機(jī)組超過1300個(gè)）;

3.各個(gè)控制對象特性時(shí)變、時(shí)滯、相互間關(guān)聯(lián)耦合、環(huán)境強(qiáng)干擾；

4.由高度計(jì)算機(jī)化的單元機(jī)組集控取代傳統(tǒng)的機(jī)、爐、電分別人工監(jiān)控。自動(dòng)化系統(tǒng)的功能也已從單臺輔機(jī)和局部熱力系統(tǒng)發(fā)展到整個(gè)單元機(jī)組的檢測與控制。

7四、大型火電機(jī)組的特點(diǎn)7

5.隨著整個(gè)單元機(jī)組自動(dòng)化的不斷完善以及電網(wǎng)發(fā)展的需要，火電廠熱工自動(dòng)化的功能必然會和調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)（automaticdispatchsystem，ADS）相協(xié)調(diào)而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）。

6.廠級實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SupervisoryInformationSysteminPlantLevel，簡稱SIS），是集過程實(shí)時(shí)監(jiān)測、優(yōu)化控制及生產(chǎn)過程管理為一體的廠級自動(dòng)化信息系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的有效手段。85.隨著整個(gè)單元機(jī)組自動(dòng)化的不斷完善以及電網(wǎng)發(fā)展五、熱工自動(dòng)化的意義

1.在機(jī)組正常運(yùn)行過程中，自動(dòng)化系統(tǒng)能根據(jù)機(jī)組運(yùn)行要求，自動(dòng)將運(yùn)行參數(shù)維持在要求值，以期取得較高的效率（如熱效率）和較低的消耗（如煤耗、廠用電率等）。

9五、熱工自動(dòng)化的意義9

2.

在機(jī)組運(yùn)行工況出現(xiàn)異常，如參數(shù)越限、輔機(jī)跳閘時(shí)，自動(dòng)化設(shè)備除及時(shí)報(bào)警外，還能迅速、及時(shí)地按預(yù)定的規(guī)律進(jìn)行處理。這樣，既能保證機(jī)組設(shè)備的安全，又能保證機(jī)組盡快恢復(fù)正常運(yùn)行，減少機(jī)組的停運(yùn)次數(shù)。

例如，RUNBACK（自動(dòng)快速減負(fù)荷）、RUNUP（強(qiáng)增負(fù)荷），RUNDOWN（強(qiáng)減負(fù)荷）、FASTCUTBACK（FCB，負(fù)荷快速切回或稱快速甩負(fù)荷）等功能。

102.在機(jī)組運(yùn)行工況出現(xiàn)異常，如參數(shù)越限

3.

當(dāng)機(jī)組從運(yùn)行異常發(fā)展到可能危及設(shè)備安全或人身安全時(shí)，自動(dòng)化設(shè)備能適時(shí)采取果斷措施進(jìn)行處理，以保證設(shè)備及人身的安全。如鍋爐主燃料跳閘（masterfueltrip，MFT）、汽輪機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)（TSI）和汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）等。

4.

在機(jī)組啟停過程中，自動(dòng)化設(shè)備又能根據(jù)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)的熱狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的控制，以避免機(jī)組產(chǎn)生不允許的熱應(yīng)力而影響機(jī)組的運(yùn)行壽命，即延長機(jī)組的服役期。如汽輪機(jī)的計(jì)算機(jī)應(yīng)力估算和壽命管理系統(tǒng)，汽輪機(jī)自啟停系統(tǒng)(turbineautomaticsystem，TAS)。

113.當(dāng)機(jī)組從運(yùn)行異常發(fā)展到可能危及設(shè)備安全

5.

隨著電網(wǎng)的發(fā)展，對自動(dòng)發(fā)電控制（automaticgenerationcontrol，AGC）的要求日趨嚴(yán)格。AGC是現(xiàn)代電網(wǎng)控制中心的一項(xiàng)基本和重要的功能，是電網(wǎng)現(xiàn)代化管理的需要，也是電網(wǎng)商業(yè)化運(yùn)營的需要。而要實(shí)現(xiàn)AGC，單元機(jī)組必須有較高的自動(dòng)化水平，單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)必須能投入穩(wěn)定運(yùn)行。自動(dòng)化技術(shù)對于提高機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平是行之有效的，大型火電機(jī)組離開了高度的自動(dòng)化，就不可能做到安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。125.隨著電網(wǎng)的發(fā)展，對自動(dòng)發(fā)電控制（auto§1-2常見的熱工自動(dòng)化系統(tǒng)13§1-2常見的熱工自動(dòng)化系統(tǒng)131.自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)（automaticgenerationcontrolSystem，AGC）由于調(diào)速器為有差調(diào)節(jié)，因此對于變化幅度較大、周期較長的變動(dòng)負(fù)荷分量，需要通過改變汽輪發(fā)電機(jī)組的同步器來實(shí)現(xiàn)，即通過平移調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)靜態(tài)特性，從而改變汽輪發(fā)電機(jī)組的出力來達(dá)到調(diào)頻的目的，稱為二次調(diào)整。當(dāng)二次調(diào)整由由電網(wǎng)調(diào)度中心的能量管理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)遙控自動(dòng)控制時(shí)，則稱為自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）。141.自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)142.廠級實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SupervisoryInformationSysteminPlantLevel，簡稱SIS）SIS是發(fā)電廠的生產(chǎn)過程自動(dòng)化和電力市場交易信息網(wǎng)絡(luò)化的中間環(huán)節(jié)，是發(fā)電企業(yè)實(shí)現(xiàn)發(fā)電生產(chǎn)到市場交易的中間控制層，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制和生產(chǎn)信息管理一體化的核心，是承上啟下實(shí)現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)的控制樞紐。實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)過程監(jiān)控實(shí)時(shí)處理全廠經(jīng)濟(jì)信息和成本核算競價(jià)上網(wǎng)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)組之間的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)評估及運(yùn)行操作指導(dǎo)152.廠級實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)過3.單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

（coordinationcontrolsystem，CCS）協(xié)調(diào)控制是基于機(jī)、爐的動(dòng)態(tài)特性，應(yīng)用多變量控制理論形成若干不同形式的控制策略，在機(jī)、爐控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上組織的高一級機(jī)、爐主控系統(tǒng)。它是單元機(jī)組自動(dòng)控制的核心內(nèi)容。4.鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)

（furnacesafeguardsupervisorysystem，F(xiàn)SSS）或稱燃燒器管理系統(tǒng)（burnermanagementsystem，BMS）爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)包括爐膛火焰監(jiān)視，爐膛壓力監(jiān)視，爐膛吹掃，自動(dòng)點(diǎn)火，燃燒器自動(dòng)切換，緊急情況下的主燃料跳閘等。163.單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)165.順序控制系統(tǒng)（sequencecontrolsystem，SCS）按照生產(chǎn)過程工藝要求預(yù)先擬定的順序，有計(jì)劃、有步驟、自動(dòng)地對生產(chǎn)過程進(jìn)行一系列操作的系統(tǒng)，稱之為順序控制系統(tǒng)。順序控制也稱程序控制，在發(fā)電廠中主要用于主機(jī)或輔機(jī)的自動(dòng)啟停程序控制，以及輔助系統(tǒng)的程序控制。如汽輪機(jī)的自動(dòng)啟停程序控制、磨煤機(jī)自動(dòng)啟停程序控制、定期排污和定期吹灰的程序控制等。175.順序控制系統(tǒng)176.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（dataacquisitionsystem，DAS）又稱為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，其基本功能是對機(jī)組整個(gè)生產(chǎn)過程參數(shù)進(jìn)行在線檢測，經(jīng)處理運(yùn)算后以CRT畫面形式提供給運(yùn)行人員。該系統(tǒng)可進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，制表打印，性能指標(biāo)計(jì)算，事件順序記錄，歷史數(shù)據(jù)存儲以及操作指導(dǎo)等。186.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)187.汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（digitalelectrichydraulicsystem，DEH）汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)是汽輪發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，除完成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、功率及機(jī)前壓力的控制外，還可實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟停過程及故障時(shí)的控制和保護(hù)。8.給水泵汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)（machineelectrichydraulicsystem，MEH）197.汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)199.旁路控制系統(tǒng)（bypasscontrolsystem，BPS）大型中間再熱式機(jī)組一般都設(shè)置旁路熱力系統(tǒng)，其目的是在機(jī)組啟、停過程中協(xié)調(diào)機(jī)、爐的動(dòng)作，回收工質(zhì)，保護(hù)再熱器等。完備的旁路控制系統(tǒng)是充分發(fā)揮旁路系統(tǒng)功能的前提。

10.汽輪機(jī)自啟動(dòng)系統(tǒng)（TAS）209.旁路控制系統(tǒng)2011.汽輪機(jī)監(jiān)視儀表（TSI）和汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）汽輪發(fā)電機(jī)屬高速運(yùn)轉(zhuǎn)的大型機(jī)械設(shè)備，對其運(yùn)行參數(shù)的要求十分嚴(yán)格。大軸的振動(dòng)、位移、熱膨脹等參數(shù)直接影響到汽機(jī)的安全運(yùn)行，必須精確測量并加以監(jiān)視。以微處理器為核心的汽輪機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，可有效地解決參數(shù)檢測與處理方面的困難。12.輔助系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程控系統(tǒng)2111.汽輪機(jī)監(jiān)視儀表（TSI）和汽輪機(jī)緊急§1-3熱工控制系統(tǒng)的組成22§1-3熱工控制系統(tǒng)的22圖汽包水位自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖用自動(dòng)化裝置代替上述人工操作來完成控制任務(wù)，就形成了自動(dòng)控制系統(tǒng)。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成23圖汽包水位自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖用自動(dòng)化裝置圖汽包水位自動(dòng)控制原理框圖24圖汽包水位自動(dòng)控制原理框圖24

1、變送器

用來測量被調(diào)量，并把被調(diào)量轉(zhuǎn)換為與之成比例的某種便于傳遞和綜合的信號。2、執(zhí)行器根據(jù)調(diào)節(jié)器送來的控制指令去推動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，改變調(diào)節(jié)量。

3、調(diào)節(jié)器

接受被調(diào)量信號和給定值比較后的偏差信號，輸出一定規(guī)律的控制指令給執(zhí)行器。4、控制對象

被控制的熱工生產(chǎn)過程或設(shè)備。251、變送器255、有關(guān)變量給定值：被調(diào)量的給定值或與該給定值對應(yīng)的電信號。被調(diào)量：表征熱工過程是否符合規(guī)定工況的物理量。擾動(dòng)：

生產(chǎn)過程中引起被調(diào)量偏離給定值的各種因素。調(diào)節(jié)量：由控制作用來改變并去控制被調(diào)量變化的物理量。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：接受控制作用去改變調(diào)節(jié)量變化的具體設(shè)備。265、有關(guān)變量26二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類1．按控制方式分類

閉環(huán)控制系統(tǒng)（也稱反饋控制系統(tǒng)）被控量信號反饋到控制設(shè)備的輸入端，成為控制設(shè)備生產(chǎn)控制作用的依據(jù)。有閉合回路，只要被控量與給定量之間有偏差，控制設(shè)備就要對控制對象施加作用，直到被控量符合要求為止。特點(diǎn)：基于偏差，消除偏差，可克服各種擾動(dòng)對被控量的影響，有較高精度，但控制不及時(shí)。27二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類27開環(huán)控制系統(tǒng)（也稱前饋控制系統(tǒng)）控制設(shè)備和控制對象在信號關(guān)系上沒有形成閉合回路的控制系統(tǒng)，其被控量沒有反饋到控制設(shè)備的輸入端。特點(diǎn)：按擾動(dòng)進(jìn)行控制，結(jié)構(gòu)簡單，精度差，只能克服單一擾動(dòng)。復(fù)合控制系統(tǒng)：它是開環(huán)控制和閉環(huán)控制組合的一種控制系統(tǒng)。28開環(huán)控制系統(tǒng)（也稱前饋控制系統(tǒng)）282．按閉合回路的數(shù)目分類

單回路控制系統(tǒng)：只有一個(gè)被控量信號反饋到控制器的輸入端。形成一個(gè)閉合回路。292．按閉合回路的數(shù)目分類29

多回路控制系統(tǒng)：具有一個(gè)以上的閉合回路，控制器(調(diào)節(jié)器)除接受被控量反饋信號外，還有另外的輸出信號直接或間接地反饋到控制器的輸入端。30多回路控制系統(tǒng)：具有一個(gè)以上的閉合回路，控制3．按給定值分類

定值控制系統(tǒng)：給定值保持不變，從而被控量也相應(yīng)保持不變，主要矛盾是克服擾動(dòng)對被控量的影響，最終使被控量與給定值相等。主要的熱工控制系統(tǒng)，如：給水控制系統(tǒng)、再熱汽溫控制系統(tǒng)等。

313．按給定值分類31隨動(dòng)控制系統(tǒng)：給定值按預(yù)先不能確定的一些隨機(jī)因素而變化。因而被調(diào)量也跟隨給定值而隨機(jī)變化。

如：單元機(jī)組負(fù)荷控制系統(tǒng)；軍事上的火炮跟蹤系統(tǒng)；導(dǎo)彈預(yù)測攔截系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng)：給定值按已知的時(shí)間函數(shù)變化?？刂频娜蝿?wù)是使被控量盡快與給定值相等。例如：汽輪機(jī)自動(dòng)啟停系統(tǒng)TAS：汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中，要求汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速按一定程序升降等；爐膛吹灰系統(tǒng)等。32隨動(dòng)控制系統(tǒng)：給定值按預(yù)先不能確定的一些隨機(jī)因素而變化。因而三、熱工對象的動(dòng)態(tài)特性（1）有自平衡能力（2）無自平衡能力33三、熱工對象的動(dòng)態(tài)特性（1）有自平衡能力（2）無自平衡能力3熱工對象具有以下特點(diǎn)：（1）被調(diào)量的變化大多是不振蕩的。（2）被調(diào)量在干擾發(fā)生的開始階段有遲延和慣性。（3）在響應(yīng)曲線的最后階段，被調(diào)量可能達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)（對象有自平衡能力），也可能不斷變化而無法進(jìn)入平衡狀態(tài)（對象無自平衡能力）。（4）描述對象動(dòng)態(tài)特性的特征參數(shù)有：放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)、遲延時(shí)間。

34熱工對象具有以下特點(diǎn)：34§1-4常規(guī)PID調(diào)節(jié)器35§1-4常規(guī)PID調(diào)節(jié)器35一、常規(guī)PID控制規(guī)律接受被調(diào)量信號和給定值比較后的偏差信號，按比例-積分-微分控制規(guī)律輸出控制指令給執(zhí)行器。36一、常規(guī)PID控制規(guī)律3637371、比例調(diào)節(jié)規(guī)律指調(diào)節(jié)器輸出的控制作用u（t）與其偏差輸入信號e(t)之間成比例關(guān)系，即比例增益

工程中，常用比例帶δ來描述其控制作用的強(qiáng)弱，即物理意義：在調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的位移改變時(shí)，被調(diào)量應(yīng)有的改變量。

381、比例調(diào)節(jié)規(guī)律比例增益工程中，常用比例帶δ來描述比例調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線如下:δ對控制過程的影響

39比例調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線如下:δ對控制過程的影響39結(jié)論：

比例帶大，則調(diào)節(jié)閥動(dòng)作幅度小，被調(diào)量變化平穩(wěn)，超調(diào)量小，但殘差較大，靜態(tài)偏差隨比例帶的加大而加大；減小比例帶導(dǎo)致系統(tǒng)激烈振蕩甚至不穩(wěn)定，比例帶設(shè)置必須有一定的穩(wěn)定裕度。比例調(diào)節(jié)規(guī)律的特點(diǎn)：

（1）動(dòng)作快，調(diào)節(jié)及時(shí)、迅速；（2）對干擾有很強(qiáng)的抑制作用；（2）調(diào)節(jié)過程結(jié)束，被調(diào)量偏差仍存在，存在靜態(tài)偏差，稱為有差調(diào)節(jié)。40結(jié)論：比例調(diào)節(jié)規(guī)律的特點(diǎn)：402、積分調(diào)節(jié)規(guī)律積分調(diào)節(jié)規(guī)律是調(diào)節(jié)器輸出控制作用u（t）與其偏差輸入信號e（t）隨時(shí)間的積累值成正比，即積分時(shí)間

積分作用曲線特點(diǎn)：

只要偏差存在，積分控制作用一直增加；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。

412、積分調(diào)節(jié)規(guī)律積分時(shí)間積分作用曲線特點(diǎn)：4Ti對控制過程的影響

積分調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間對控制過程的影響

非周期過程衰減振蕩過程

等幅振蕩過程

42Ti對控制過程的影響積分調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間對控制過程的影響

結(jié)論：

積分時(shí)間越小，積分速度越快，調(diào)節(jié)閥動(dòng)作愈快，容易引起和加劇振蕩。積分調(diào)節(jié)作用是隨時(shí)間而逐漸增強(qiáng)的，與比例調(diào)節(jié)作用相比過于遲緩，惡化了動(dòng)態(tài)品質(zhì)，使過渡過程的振蕩加劇，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。43結(jié)論：433、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的變化速度成正比。對于定值控制系統(tǒng)，偏差信號的變化速度就是被調(diào)量的變化速度，即微分時(shí)間

加入微分調(diào)節(jié)作用實(shí)現(xiàn)超前調(diào)節(jié)，有利于克服動(dòng)態(tài)偏差，將大大改善調(diào)節(jié)過程。微分調(diào)節(jié)作用的大小僅與偏差信號的變化速度有關(guān)，而與偏差值大小無關(guān)。443、微分調(diào)節(jié)規(guī)律微分時(shí)間加入微分調(diào)節(jié)作用實(shí)實(shí)際的微分調(diào)節(jié)規(guī)律具有慣性，傳遞函數(shù)為下式：微分增益

實(shí)際微分調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng)

45實(shí)際的微分調(diào)節(jié)規(guī)律具有慣性，傳遞函數(shù)為下式：微分增益實(shí)際微

結(jié)論：

微分作用的引入使系統(tǒng)控制過程的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性都得以提高，可適當(dāng)減小靜態(tài)偏差，但它不能像積分作用那樣消除穩(wěn)態(tài)偏差。調(diào)節(jié)過程開始時(shí)，被調(diào)量偏差小，但其變化速度卻較大，可使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生較大的位移。但當(dāng)調(diào)節(jié)過程結(jié)束，執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置最后總是回復(fù)到原來的數(shù)值。46結(jié)論：46

綜上所述:

比例調(diào)節(jié)作用是最基本的調(diào)節(jié)作用，使“長勁”，比例作用貫徹于整個(gè)調(diào)節(jié)過程之中；積分和微分作用為輔助調(diào)節(jié)作用。積分作用則體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過節(jié)過程的后期，用以消除靜態(tài)偏差，使“后勁”；

微分作用則體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過程的初期，使“前勁”

。

47綜上所述:47

4.PID(比例-積分-微分)控制特點(diǎn)(1)缺點(diǎn)不適用于有大時(shí)間滯后的控制對象，參數(shù)變化較大甚至結(jié)構(gòu)也變化的控制對象，以及系統(tǒng)復(fù)雜、環(huán)境復(fù)雜、控制性能要求高的場合。

(2)優(yōu)點(diǎn):●PID算法蘊(yùn)涵了動(dòng)態(tài)控制過程中過去、現(xiàn)在和將來的主要信息，而且其配置幾乎最優(yōu)。484.PID(比例-積分-微分)控制特點(diǎn)4

比例(P)代表了當(dāng)前的信息，起糾正偏差的作用，使過程反應(yīng)迅速。微分(D)在信號變化時(shí)有超前控制作用，代表了將來的信息。在過程開始時(shí)強(qiáng)迫過程進(jìn)行，過程結(jié)束時(shí)減小超調(diào)，克服振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加快系統(tǒng)的過渡過程。積分(I)代表了過去積累的信息，它能消除靜差，改善系統(tǒng)靜態(tài)特性。此三作用配合得當(dāng)，可使動(dòng)態(tài)過程快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確，收到良好的效果。49比例(P)代表了當(dāng)前的信息，起糾正偏差的作用●PID控制適應(yīng)性好，有較強(qiáng)魯棒性?！?/p>

PID算法簡單明了，形成了完整的設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)整方法,很容易為工程技術(shù)人員所掌握?！裨S多工業(yè)控制回路比較簡單，控制的快速性和精度要求不是很高，特別是對于那些l～2階的系統(tǒng)，PID控制已能得到滿意的結(jié)果?！馪ID控制根據(jù)不同的要求，針對自身的缺陷進(jìn)行了不少改進(jìn)，形成了一系列改進(jìn)的PID算法。例如，為克服微分帶來的高頻干擾的濾波PID控制，為克服大偏差時(shí)出現(xiàn)飽和超調(diào)的PID積分分離控制，為補(bǔ)償控制對象非線性因素的可變增益PID控制等等。這些改進(jìn)算法，在一些應(yīng)用場合得到了很好的效果。

50●PID控制適應(yīng)性好，有較強(qiáng)魯棒性。50比例帶積分時(shí)間微分時(shí)間性能指標(biāo)整定參數(shù)衰減率超調(diào)量靜態(tài)偏差振蕩頻率——設(shè)定值擾動(dòng)下整定參數(shù)對調(diào)節(jié)過程的影響5、PID參數(shù)對調(diào)節(jié)過程的影響分析51比例帶積分時(shí)間微分時(shí)間性能指標(biāo)整定參數(shù)衰減率超調(diào)量靜態(tài)偏差振二、數(shù)字PID控制算法的改進(jìn)1.積分項(xiàng)的改進(jìn)

在實(shí)際使用中，這種基本的PID控制算法往往還存在著一些缺陷。其中對控制系統(tǒng)影響比較大的一個(gè)問題就是積分器的飽和問題。(1)積分器的飽和現(xiàn)象積分運(yùn)算是通過對系統(tǒng)偏差的不斷累加而實(shí)現(xiàn)的，積分器的積分值代表著系統(tǒng)偏差的面積。由于計(jì)算機(jī)輸出接口（D／A轉(zhuǎn)換器）的字長是有限的，當(dāng)系統(tǒng)在剛啟動(dòng)的一段時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)的偏差較大，積分器經(jīng)過若干個(gè)采樣周期的積分運(yùn)算以后，其積分結(jié)果就會超過計(jì)算機(jī)輸出接口所能表示的最大值，從而使調(diào)節(jié)器從線性工作區(qū)進(jìn)入飽和區(qū)。52二、數(shù)字PID控制算法的改進(jìn)52進(jìn)入飽和區(qū)以后，調(diào)節(jié)器便失去了調(diào)節(jié)能力，系統(tǒng)在調(diào)節(jié)器飽和輸出值的作用下，以最大的加速度運(yùn)動(dòng)，一直到系統(tǒng)出現(xiàn)較大幅度的，并且持續(xù)時(shí)間較長的超調(diào)以后，在較大的負(fù)偏差的作用下，才能將積分器從飽和區(qū)拉到線性區(qū)，這就是積分飽和問題。

被控對象的慣性越大，這種積分飽和現(xiàn)象就越嚴(yán)重。

克服積分飽和現(xiàn)象的方法主要有積分分離與變速積分兩種控制方法53進(jìn)入飽和區(qū)以后，調(diào)節(jié)器便失去了調(diào)節(jié)能力，系統(tǒng)在調(diào)節(jié)器

(2)積分分離PID控制算法為使數(shù)字調(diào)節(jié)器盡可能工作在線性區(qū)，可以采用積分分離的方法，即在系統(tǒng)的給定值附近畫出一條帶域，其寬度為2ε，ε＞0，為積分器投入或切除的切換點(diǎn)，如下圖所示。圖.積分分離PID切換原理圖

54(2)積分分離PID控制算法圖.積分分離PID在系統(tǒng)啟動(dòng)的初期，系統(tǒng)的偏差較大時(shí)，暫時(shí)切除積分作用（將積分系數(shù)置0）；當(dāng)系統(tǒng)的輸出接近給定值（進(jìn)入到帶域之內(nèi)）時(shí)，再將積分器投入，即ε為積分器分離值，為積分分離PID調(diào)節(jié)器的一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，算法程序?qū)⑾到y(tǒng)的偏差e（k）的絕對值與ε進(jìn)行比較，然后，作出使用PID調(diào)節(jié)器還是使用PD調(diào)節(jié)器的決策。

55在系統(tǒng)啟動(dòng)的初期，系統(tǒng)的偏差較大時(shí)，暫時(shí)切除積分作用

(3)變速積分PID控制算法在一般PID控制算法中，由于積分系數(shù)是一個(gè)常數(shù)，所以，在整個(gè)控制過程中，積分增量不變。而系統(tǒng)對積分項(xiàng)的要求是，系統(tǒng)偏差大時(shí)積分作用減弱以至全無，而在小偏差時(shí)則應(yīng)加強(qiáng)，否則，積分系數(shù)取大了會產(chǎn)生超調(diào)，甚至積分飽和，取小了又遲遲不能消除靜差。因此，根據(jù)系統(tǒng)的偏差大小改變積分的速度，這對于提高調(diào)節(jié)品質(zhì)是有益的。變速積分PID的基本思想是設(shè)法改變積分項(xiàng)的累加速度，使其與偏差的大小相對應(yīng)：偏差越大，積分越慢，反之則越快。

56(3)變速積分PID控制算法562.微分項(xiàng)的改進(jìn)

在數(shù)字PID算式中，其位置式的微分項(xiàng)特別是增量式的微分項(xiàng)中的二階差分項(xiàng)，對數(shù)據(jù)誤差和干擾特別敏感，因此在數(shù)字PID中，干擾主要是通過微分項(xiàng)起作用的。但是由于微分作用在PID調(diào)節(jié)中往往是必要的（它可以近似補(bǔ)償對象的一個(gè)極點(diǎn)，擴(kuò)大穩(wěn)定域，改善動(dòng)態(tài)性能），因此不能簡單地將微分項(xiàng)棄去，應(yīng)設(shè)法減小數(shù)據(jù)誤差和干擾在微分項(xiàng)中的影響。下面介紹兩種方法：四點(diǎn)中值差分法和不完全微分PID控制算法。

572.微分項(xiàng)的改進(jìn)57(1)四點(diǎn)中值差分法

本這種方法中．一方面將取得略小于理想情況，另一方面，在組成差分時(shí)，不直接應(yīng)用前后兩次偏差，而是用平均差作基準(zhǔn)，再用加權(quán)求和構(gòu)成近似微分項(xiàng)。如下圖所示。圖.插值法示意圖

58(1)四點(diǎn)中值差分法圖.插值法示意圖58在圖上取相鄰幾個(gè)采樣周期的四個(gè)點(diǎn)e(k)至e(k-3)，設(shè)

特點(diǎn)：在算式中增加的計(jì)算量是最少的，但要求存儲器存儲e變量的幾個(gè)過去的數(shù)值。59在圖上取相鄰幾個(gè)采樣周期的四個(gè)點(diǎn)e(k)至e(k-3)，設(shè)

(2)不完全微分PID控制算法

微分的引入改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，但也容易引入高頻干擾。如果在控制算法中加入低通濾波，則性能可得到顯著地改善。不完全微分PID的結(jié)構(gòu)如下圖所示。不僅可以抑制干擾，還可克服完全微分的大幅度沖擊的缺點(diǎn)（與實(shí)際PID控制效果相同）。60(2)不完全微分PID控制算法不僅可以抑3.帶死區(qū)（間隙）的PID控制算法在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，某些系統(tǒng)為了避免控制動(dòng)作過于頻繁，以消除由于頻繁動(dòng)作所引起的振蕩，有時(shí)采用所謂帶有死區(qū)的PID控制系統(tǒng)，如下圖所示。圖.帶死區(qū)的PID控制系統(tǒng)613.帶死區(qū)（間隙）的PID控制算法圖.帶死區(qū)的PID§1-5熱工控制系統(tǒng)的運(yùn)行評價(jià)62§1-5熱工控制系統(tǒng)的62一、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的概念

靜態(tài)：被控參數(shù)不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)叫靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)。

動(dòng)態(tài)：被控參數(shù)隨時(shí)間而變化的不平衡狀態(tài)叫動(dòng)態(tài)。63一、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的概念63二、控制系統(tǒng)在受到干擾作用時(shí)的過渡過程64二、控制系統(tǒng)在受到干擾作用時(shí)的過渡過程64圖.典型過渡過程曲線三、控制系統(tǒng)的評價(jià)

穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性1.穩(wěn)定性

指控制系統(tǒng)在受到干擾作用后，系統(tǒng)的平衡被破壞，在控制設(shè)備的控制作用下，控制系統(tǒng)能恢復(fù)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)，稱為穩(wěn)定性。穩(wěn)定的控制系統(tǒng)的被控參數(shù)和控制參數(shù)的過渡過程曲線最后趨于平衡；不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)過渡過程曲線則是漸擴(kuò)的，無法恢復(fù)平衡。65圖.典型過渡過程曲線三、控制系統(tǒng)的評價(jià)65穩(wěn)定程度可以用衰減率這個(gè)指標(biāo)來衡量

衰減率和系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的關(guān)系過渡過程為非周期過程過渡過程為等幅振蕩過程過渡過程為衰減振蕩過程

過渡過程為漸擴(kuò)振蕩過程66穩(wěn)定程度可以用衰減率這個(gè)指標(biāo)來衡量衰減率和系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的2、準(zhǔn)確性

指被控參數(shù)的實(shí)際值與給定值之間的動(dòng)態(tài)偏差和靜態(tài)偏差。最大動(dòng)態(tài)偏差是指整個(gè)過渡過程中被控參數(shù)偏離給定值的最大差值；靜態(tài)偏差是過渡過程結(jié)束后被控參數(shù)與給定值之間的差值?，F(xiàn)場中希望兩個(gè)偏差越小越好。3、快速性

指過渡過程的持續(xù)時(shí)間，即從干擾發(fā)生起至被控參數(shù)又建立新的平衡狀態(tài)為止的過渡時(shí)間。一般認(rèn)為被控參數(shù)進(jìn)入偏離給定值范圍內(nèi)就基本穩(wěn)定了。當(dāng)然，過渡時(shí)間越短，控制過程進(jìn)行的就越快，系統(tǒng)品質(zhì)也就越好。以上三方面的品質(zhì)指標(biāo)有時(shí)往往是相互矛盾的，在實(shí)際調(diào)試過程中應(yīng)統(tǒng)籌兼顧！672、準(zhǔn)確性674、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)684、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)68延遲時(shí)間：（DelayTime）響應(yīng)曲線第一次達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的一半所需的時(shí)間。上升時(shí)間（RiseTime）響應(yīng)曲線從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%，所需的時(shí)間。上升時(shí)間越短，響應(yīng)速度越快

峰值時(shí)間（PeakTime）：響應(yīng)曲線達(dá)到過調(diào)量的第一個(gè)峰值所需要的時(shí)間。

評價(jià)系統(tǒng)的響應(yīng)速度；評價(jià)系統(tǒng)的響應(yīng)速度；評價(jià)系統(tǒng)的響應(yīng)速度；69延遲時(shí)間：峰值時(shí)間（Pe調(diào)節(jié)時(shí)間：（SettlingTime）響應(yīng)曲線達(dá)到并永遠(yuǎn)保持在一個(gè)允許誤差范圍內(nèi)，所需的最短時(shí)間。用穩(wěn)態(tài)值的百分?jǐn)?shù)（通常取5%或2%）作。超調(diào)量（MaximumOvershoot）：指響應(yīng)的最大偏離量h(tp)于終值之差的百分比，即同時(shí)反映響應(yīng)速度和阻尼程度的綜合性指標(biāo)。70調(diào)節(jié)時(shí)間：同時(shí)反映響應(yīng)速度和阻尼程度的綜合性指§1-6SAMA圖71§1-6SAMA圖71

SAMA圖是美國科學(xué)儀器制造協(xié)會（ScientificApparatusMaker’sAssociation）所采用的繪制圖例，它易于理解，能清楚地表示系統(tǒng)功能，廣范為自動(dòng)控制系統(tǒng)所應(yīng)用。

自動(dòng)信號處理功能測量或信號顯示功能

手動(dòng)信號處理功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)FTLTPTTTZT

流量變送器液位變送器壓力變送器溫度變送器位置反饋72SAMA圖是美國科學(xué)儀器制造協(xié)會∑△±÷×√

開方乘法除法偏量偏差加法∫Kd/dtf(t)f(x)∑/N比例積分微分時(shí)間函數(shù)函數(shù)均值73∑△±÷×√開方乘法除法TA手動(dòng)切換操作手動(dòng)增減操作手動(dòng)設(shè)置操作A/MTTR＞＜≯手動(dòng)/自動(dòng)切換切換跟蹤大選小選高限

H//LV＞≮≯A/D≮高報(bào)低報(bào)限速限幅模數(shù)轉(zhuǎn)換低限

74TA手動(dòng)切換操作手動(dòng)增減操作手動(dòng)設(shè)置操作AP/II/PV/II/VD/A氣壓－電流電流－氣壓電壓－電流電流－電壓數(shù)模轉(zhuǎn)換R/VMV/V熱電阻－電壓熱電偶－電壓信號來源MOEH電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)f(x)執(zhí)行機(jī)構(gòu)直行程閥角行程閥75P/II/PV/II/VD/A氣壓－電流電流－氣壓模擬信號數(shù)字信號氣信號76模擬信號數(shù)字信號氣信號76過程變量功能信號轉(zhuǎn)換A:分析I:指示E/P電/氣轉(zhuǎn)換F:流量R:記錄M/P脈沖/氣壓轉(zhuǎn)換I:電流T:變送器I/P電流/氣壓轉(zhuǎn)換L:液位E：測量元件P:壓力∫：積分器S:速度T:溫度HZ:頻率Z:位置77過程變量功能信7878第一章熱工自動(dòng)化概述§1.1熱工自動(dòng)化概況§1.2常見的熱工自動(dòng)化系統(tǒng)§1.3熱工控制系統(tǒng)的組成§1.4常規(guī)PID調(diào)節(jié)器§1.5熱工控制系統(tǒng)的運(yùn)行評價(jià)§1.6SAMA圖79第一章熱工自動(dòng)化概述§1.1熱工自動(dòng)化概況1§1-1熱工自動(dòng)化概況80§1-1熱工自動(dòng)化概況2一、自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)生了革命性的變化

芯片技術(shù)：促進(jìn)了自動(dòng)化技術(shù)由“模擬”向“數(shù)字”時(shí)代的飛躍；網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)：分布式工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)（DCS:DistributedControlSystem）為實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的硬件、軟件平臺。81一、自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)生了革命性的變化3自動(dòng)控制理論：自動(dòng)化技術(shù)由基于微分方程、傳遞函數(shù)的古典理論階段進(jìn)入基于狀態(tài)空間法和最優(yōu)化方法的現(xiàn)代理論階段，進(jìn)而，逐步發(fā)展到基于專家系統(tǒng)、模糊控制和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能時(shí)代。信息處理技術(shù)：數(shù)據(jù)高速傳輸、數(shù)據(jù)壓縮存儲、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)的發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)基于信息集成的生產(chǎn)過程的控制與管理現(xiàn)代化奠定了基礎(chǔ)。82自動(dòng)控制理論：自動(dòng)化技術(shù)由基于微分方程、傳遞函4

二、電力的發(fā)展趨勢

1.國民經(jīng)濟(jì)的飛速增長，增加了對能源的需求量，電力工業(yè)逐漸發(fā)展為大電網(wǎng)、大機(jī)組、高參數(shù)、高度自動(dòng)化。2.由于高參數(shù)、大容量機(jī)組發(fā)展迅速，裝機(jī)數(shù)量日益增多，因此對機(jī)組自動(dòng)化的要求也日益提高，以“4C”（計(jì)算機(jī)、控制、通信、CRT）技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代火電機(jī)組熱工自動(dòng)化技術(shù)也相應(yīng)得到了迅速發(fā)展。其中，具有代表性的是80年代微機(jī)分散控制系統(tǒng)（DCS）的問世和日益完善，并廣泛應(yīng)用于大機(jī)組的自動(dòng)控制。83二、電力的發(fā)展趨勢5

3.“廠網(wǎng)分開，競價(jià)上網(wǎng)”的電力改革基本完成，形成了“五大發(fā)電集團(tuán)”：中國電力投資集團(tuán)公司、中國華能集團(tuán)公司、中國大唐集團(tuán)公司、中國國電集團(tuán)公司、中國華電集團(tuán)公司；“兩大電網(wǎng)”：國家電網(wǎng)公司、中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司。4.“七五”、“八五”期間，我國電力工業(yè)所建主力機(jī)組大多還是300MW機(jī)組，但也開始建設(shè)600MW級機(jī)組。5.“九五”期間，我國電力建設(shè)的機(jī)組主力將逐步轉(zhuǎn)為以600MW機(jī)組為主。843.“廠網(wǎng)分開，競價(jià)上網(wǎng)”的電力改革基本完成，形成四、大型火電機(jī)組的特點(diǎn)

1.監(jiān)視點(diǎn)多（600MW機(jī)組I／O點(diǎn)多達(dá)3000～5000個(gè)，隨著發(fā)電機(jī)-變壓器組和廠用電源等電氣部分監(jiān)視納人DCS之后，I／O點(diǎn)已超過7000個(gè)）;

2.參數(shù)變化速度快和控制對象數(shù)量大（600W機(jī)組超過1300個(gè)）;

3.各個(gè)控制對象特性時(shí)變、時(shí)滯、相互間關(guān)聯(lián)耦合、環(huán)境強(qiáng)干擾；

4.由高度計(jì)算機(jī)化的單元機(jī)組集控取代傳統(tǒng)的機(jī)、爐、電分別人工監(jiān)控。自動(dòng)化系統(tǒng)的功能也已從單臺輔機(jī)和局部熱力系統(tǒng)發(fā)展到整個(gè)單元機(jī)組的檢測與控制。

85四、大型火電機(jī)組的特點(diǎn)7

5.隨著整個(gè)單元機(jī)組自動(dòng)化的不斷完善以及電網(wǎng)發(fā)展的需要，火電廠熱工自動(dòng)化的功能必然會和調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)（automaticdispatchsystem，ADS）相協(xié)調(diào)而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）。

6.廠級實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SupervisoryInformationSysteminPlantLevel，簡稱SIS），是集過程實(shí)時(shí)監(jiān)測、優(yōu)化控制及生產(chǎn)過程管理為一體的廠級自動(dòng)化信息系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的有效手段。865.隨著整個(gè)單元機(jī)組自動(dòng)化的不斷完善以及電網(wǎng)發(fā)展五、熱工自動(dòng)化的意義

1.在機(jī)組正常運(yùn)行過程中，自動(dòng)化系統(tǒng)能根據(jù)機(jī)組運(yùn)行要求，自動(dòng)將運(yùn)行參數(shù)維持在要求值，以期取得較高的效率（如熱效率）和較低的消耗（如煤耗、廠用電率等）。

87五、熱工自動(dòng)化的意義9

2.

在機(jī)組運(yùn)行工況出現(xiàn)異常，如參數(shù)越限、輔機(jī)跳閘時(shí)，自動(dòng)化設(shè)備除及時(shí)報(bào)警外，還能迅速、及時(shí)地按預(yù)定的規(guī)律進(jìn)行處理。這樣，既能保證機(jī)組設(shè)備的安全，又能保證機(jī)組盡快恢復(fù)正常運(yùn)行，減少機(jī)組的停運(yùn)次數(shù)。

例如，RUNBACK（自動(dòng)快速減負(fù)荷）、RUNUP（強(qiáng)增負(fù)荷），RUNDOWN（強(qiáng)減負(fù)荷）、FASTCUTBACK（FCB，負(fù)荷快速切回或稱快速甩負(fù)荷）等功能。

882.在機(jī)組運(yùn)行工況出現(xiàn)異常，如參數(shù)越限

3.

當(dāng)機(jī)組從運(yùn)行異常發(fā)展到可能危及設(shè)備安全或人身安全時(shí)，自動(dòng)化設(shè)備能適時(shí)采取果斷措施進(jìn)行處理，以保證設(shè)備及人身的安全。如鍋爐主燃料跳閘（masterfueltrip，MFT）、汽輪機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)（TSI）和汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）等。

4.

在機(jī)組啟停過程中，自動(dòng)化設(shè)備又能根據(jù)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)的熱狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的控制，以避免機(jī)組產(chǎn)生不允許的熱應(yīng)力而影響機(jī)組的運(yùn)行壽命，即延長機(jī)組的服役期。如汽輪機(jī)的計(jì)算機(jī)應(yīng)力估算和壽命管理系統(tǒng)，汽輪機(jī)自啟停系統(tǒng)(turbineautomaticsystem，TAS)。

893.當(dāng)機(jī)組從運(yùn)行異常發(fā)展到可能危及設(shè)備安全

5.

隨著電網(wǎng)的發(fā)展，對自動(dòng)發(fā)電控制（automaticgenerationcontrol，AGC）的要求日趨嚴(yán)格。AGC是現(xiàn)代電網(wǎng)控制中心的一項(xiàng)基本和重要的功能，是電網(wǎng)現(xiàn)代化管理的需要，也是電網(wǎng)商業(yè)化運(yùn)營的需要。而要實(shí)現(xiàn)AGC，單元機(jī)組必須有較高的自動(dòng)化水平，單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)必須能投入穩(wěn)定運(yùn)行。自動(dòng)化技術(shù)對于提高機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平是行之有效的，大型火電機(jī)組離開了高度的自動(dòng)化，就不可能做到安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。905.隨著電網(wǎng)的發(fā)展，對自動(dòng)發(fā)電控制（auto§1-2常見的熱工自動(dòng)化系統(tǒng)91§1-2常見的熱工自動(dòng)化系統(tǒng)131.自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)（automaticgenerationcontrolSystem，AGC）由于調(diào)速器為有差調(diào)節(jié)，因此對于變化幅度較大、周期較長的變動(dòng)負(fù)荷分量，需要通過改變汽輪發(fā)電機(jī)組的同步器來實(shí)現(xiàn)，即通過平移調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)靜態(tài)特性，從而改變汽輪發(fā)電機(jī)組的出力來達(dá)到調(diào)頻的目的，稱為二次調(diào)整。當(dāng)二次調(diào)整由由電網(wǎng)調(diào)度中心的能量管理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)遙控自動(dòng)控制時(shí)，則稱為自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）。921.自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)142.廠級實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SupervisoryInformationSysteminPlantLevel，簡稱SIS）SIS是發(fā)電廠的生產(chǎn)過程自動(dòng)化和電力市場交易信息網(wǎng)絡(luò)化的中間環(huán)節(jié)，是發(fā)電企業(yè)實(shí)現(xiàn)發(fā)電生產(chǎn)到市場交易的中間控制層，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制和生產(chǎn)信息管理一體化的核心，是承上啟下實(shí)現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)的控制樞紐。實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)過程監(jiān)控實(shí)時(shí)處理全廠經(jīng)濟(jì)信息和成本核算競價(jià)上網(wǎng)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)組之間的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)評估及運(yùn)行操作指導(dǎo)932.廠級實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)過3.單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

（coordinationcontrolsystem，CCS）協(xié)調(diào)控制是基于機(jī)、爐的動(dòng)態(tài)特性，應(yīng)用多變量控制理論形成若干不同形式的控制策略，在機(jī)、爐控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上組織的高一級機(jī)、爐主控系統(tǒng)。它是單元機(jī)組自動(dòng)控制的核心內(nèi)容。4.鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)

（furnacesafeguardsupervisorysystem，F(xiàn)SSS）或稱燃燒器管理系統(tǒng)（burnermanagementsystem，BMS）爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)包括爐膛火焰監(jiān)視，爐膛壓力監(jiān)視，爐膛吹掃，自動(dòng)點(diǎn)火，燃燒器自動(dòng)切換，緊急情況下的主燃料跳閘等。943.單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)165.順序控制系統(tǒng)（sequencecontrolsystem，SCS）按照生產(chǎn)過程工藝要求預(yù)先擬定的順序，有計(jì)劃、有步驟、自動(dòng)地對生產(chǎn)過程進(jìn)行一系列操作的系統(tǒng)，稱之為順序控制系統(tǒng)。順序控制也稱程序控制，在發(fā)電廠中主要用于主機(jī)或輔機(jī)的自動(dòng)啟停程序控制，以及輔助系統(tǒng)的程序控制。如汽輪機(jī)的自動(dòng)啟停程序控制、磨煤機(jī)自動(dòng)啟停程序控制、定期排污和定期吹灰的程序控制等。955.順序控制系統(tǒng)176.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（dataacquisitionsystem，DAS）又稱為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，其基本功能是對機(jī)組整個(gè)生產(chǎn)過程參數(shù)進(jìn)行在線檢測，經(jīng)處理運(yùn)算后以CRT畫面形式提供給運(yùn)行人員。該系統(tǒng)可進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，制表打印，性能指標(biāo)計(jì)算，事件順序記錄，歷史數(shù)據(jù)存儲以及操作指導(dǎo)等。966.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)187.汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（digitalelectrichydraulicsystem，DEH）汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)是汽輪發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，除完成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、功率及機(jī)前壓力的控制外，還可實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟停過程及故障時(shí)的控制和保護(hù)。8.給水泵汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)（machineelectrichydraulicsystem，MEH）977.汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)199.旁路控制系統(tǒng)（bypasscontrolsystem，BPS）大型中間再熱式機(jī)組一般都設(shè)置旁路熱力系統(tǒng)，其目的是在機(jī)組啟、停過程中協(xié)調(diào)機(jī)、爐的動(dòng)作，回收工質(zhì)，保護(hù)再熱器等。完備的旁路控制系統(tǒng)是充分發(fā)揮旁路系統(tǒng)功能的前提。

10.汽輪機(jī)自啟動(dòng)系統(tǒng)（TAS）989.旁路控制系統(tǒng)2011.汽輪機(jī)監(jiān)視儀表（TSI）和汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）汽輪發(fā)電機(jī)屬高速運(yùn)轉(zhuǎn)的大型機(jī)械設(shè)備，對其運(yùn)行參數(shù)的要求十分嚴(yán)格。大軸的振動(dòng)、位移、熱膨脹等參數(shù)直接影響到汽機(jī)的安全運(yùn)行，必須精確測量并加以監(jiān)視。以微處理器為核心的汽輪機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，可有效地解決參數(shù)檢測與處理方面的困難。12.輔助系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程控系統(tǒng)9911.汽輪機(jī)監(jiān)視儀表（TSI）和汽輪機(jī)緊急§1-3熱工控制系統(tǒng)的組成100§1-3熱工控制系統(tǒng)的22圖汽包水位自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖用自動(dòng)化裝置代替上述人工操作來完成控制任務(wù)，就形成了自動(dòng)控制系統(tǒng)。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成101圖汽包水位自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖用自動(dòng)化裝置圖汽包水位自動(dòng)控制原理框圖102圖汽包水位自動(dòng)控制原理框圖24

1、變送器

用來測量被調(diào)量，并把被調(diào)量轉(zhuǎn)換為與之成比例的某種便于傳遞和綜合的信號。2、執(zhí)行器根據(jù)調(diào)節(jié)器送來的控制指令去推動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，改變調(diào)節(jié)量。

3、調(diào)節(jié)器

接受被調(diào)量信號和給定值比較后的偏差信號，輸出一定規(guī)律的控制指令給執(zhí)行器。4、控制對象

被控制的熱工生產(chǎn)過程或設(shè)備。1031、變送器255、有關(guān)變量給定值：被調(diào)量的給定值或與該給定值對應(yīng)的電信號。被調(diào)量：表征熱工過程是否符合規(guī)定工況的物理量。擾動(dòng)：

生產(chǎn)過程中引起被調(diào)量偏離給定值的各種因素。調(diào)節(jié)量：由控制作用來改變并去控制被調(diào)量變化的物理量。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：接受控制作用去改變調(diào)節(jié)量變化的具體設(shè)備。1045、有關(guān)變量26二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類1．按控制方式分類

閉環(huán)控制系統(tǒng)（也稱反饋控制系統(tǒng)）被控量信號反饋到控制設(shè)備的輸入端，成為控制設(shè)備生產(chǎn)控制作用的依據(jù)。有閉合回路，只要被控量與給定量之間有偏差，控制設(shè)備就要對控制對象施加作用，直到被控量符合要求為止。特點(diǎn)：基于偏差，消除偏差，可克服各種擾動(dòng)對被控量的影響，有較高精度，但控制不及時(shí)。105二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類27開環(huán)控制系統(tǒng)（也稱前饋控制系統(tǒng)）控制設(shè)備和控制對象在信號關(guān)系上沒有形成閉合回路的控制系統(tǒng)，其被控量沒有反饋到控制設(shè)備的輸入端。特點(diǎn)：按擾動(dòng)進(jìn)行控制，結(jié)構(gòu)簡單，精度差，只能克服單一擾動(dòng)。復(fù)合控制系統(tǒng)：它是開環(huán)控制和閉環(huán)控制組合的一種控制系統(tǒng)。106開環(huán)控制系統(tǒng)（也稱前饋控制系統(tǒng)）282．按閉合回路的數(shù)目分類

單回路控制系統(tǒng)：只有一個(gè)被控量信號反饋到控制器的輸入端。形成一個(gè)閉合回路。1072．按閉合回路的數(shù)目分類29

多回路控制系統(tǒng)：具有一個(gè)以上的閉合回路，控制器(調(diào)節(jié)器)除接受被控量反饋信號外，還有另外的輸出信號直接或間接地反饋到控制器的輸入端。108多回路控制系統(tǒng)：具有一個(gè)以上的閉合回路，控制3．按給定值分類

定值控制系統(tǒng)：給定值保持不變，從而被控量也相應(yīng)保持不變，主要矛盾是克服擾動(dòng)對被控量的影響，最終使被控量與給定值相等。主要的熱工控制系統(tǒng)，如：給水控制系統(tǒng)、再熱汽溫控制系統(tǒng)等。

1093．按給定值分類31隨動(dòng)控制系統(tǒng)：給定值按預(yù)先不能確定的一些隨機(jī)因素而變化。因而被調(diào)量也跟隨給定值而隨機(jī)變化。

如：單元機(jī)組負(fù)荷控制系統(tǒng)；軍事上的火炮跟蹤系統(tǒng)；導(dǎo)彈預(yù)測攔截系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng)：給定值按已知的時(shí)間函數(shù)變化?？刂频娜蝿?wù)是使被控量盡快與給定值相等。例如：汽輪機(jī)自動(dòng)啟停系統(tǒng)TAS：汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中，要求汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速按一定程序升降等；爐膛吹灰系統(tǒng)等。110隨動(dòng)控制系統(tǒng)：給定值按預(yù)先不能確定的一些隨機(jī)因素而變化。因而三、熱工對象的動(dòng)態(tài)特性（1）有自平衡能力（2）無自平衡能力111三、熱工對象的動(dòng)態(tài)特性（1）有自平衡能力（2）無自平衡能力3熱工對象具有以下特點(diǎn)：（1）被調(diào)量的變化大多是不振蕩的。（2）被調(diào)量在干擾發(fā)生的開始階段有遲延和慣性。（3）在響應(yīng)曲線的最后階段，被調(diào)量可能達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)（對象有自平衡能力），也可能不斷變化而無法進(jìn)入平衡狀態(tài)（對象無自平衡能力）。（4）描述對象動(dòng)態(tài)特性的特征參數(shù)有：放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)、遲延時(shí)間。

112熱工對象具有以下特點(diǎn)：34§1-4常規(guī)PID調(diào)節(jié)器113§1-4常規(guī)PID調(diào)節(jié)器35一、常規(guī)PID控制規(guī)律接受被調(diào)量信號和給定值比較后的偏差信號，按比例-積分-微分控制規(guī)律輸出控制指令給執(zhí)行器。114一、常規(guī)PID控制規(guī)律36115371、比例調(diào)節(jié)規(guī)律指調(diào)節(jié)器輸出的控制作用u（t）與其偏差輸入信號e(t)之間成比例關(guān)系，即比例增益

工程中，常用比例帶δ來描述其控制作用的強(qiáng)弱，即物理意義：在調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的位移改變時(shí)，被調(diào)量應(yīng)有的改變量。

1161、比例調(diào)節(jié)規(guī)律比例增益工程中，常用比例帶δ來描述比例調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線如下:δ對控制過程的影響

117比例調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線如下:δ對控制過程的影響39結(jié)論：

比例帶大，則調(diào)節(jié)閥動(dòng)作幅度小，被調(diào)量變化平穩(wěn)，超調(diào)量小，但殘差較大，靜態(tài)偏差隨比例帶的加大而加大；減小比例帶導(dǎo)致系統(tǒng)激烈振蕩甚至不穩(wěn)定，比例帶設(shè)置必須有一定的穩(wěn)定裕度。比例調(diào)節(jié)規(guī)律的特點(diǎn)：

（1）動(dòng)作快，調(diào)節(jié)及時(shí)、迅速；（2）對干擾有很強(qiáng)的抑制作用；（2）調(diào)節(jié)過程結(jié)束，被調(diào)量偏差仍存在，存在靜態(tài)偏差，稱為有差調(diào)節(jié)。118結(jié)論：比例調(diào)節(jié)規(guī)律的特點(diǎn)：402、積分調(diào)節(jié)規(guī)律積分調(diào)節(jié)規(guī)律是調(diào)節(jié)器輸出控制作用u（t）與其偏差輸入信號e（t）隨時(shí)間的積累值成正比，即積分時(shí)間

積分作用曲線特點(diǎn)：

只要偏差存在，積分控制作用一直增加；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。

1192、積分調(diào)節(jié)規(guī)律積分時(shí)間積分作用曲線特點(diǎn)：4Ti對控制過程的影響

積分調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間對控制過程的影響

非周期過程衰減振蕩過程

等幅振蕩過程

120Ti對控制過程的影響積分調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間對控制過程的影響

結(jié)論：

積分時(shí)間越小，積分速度越快，調(diào)節(jié)閥動(dòng)作愈快，容易引起和加劇振蕩。積分調(diào)節(jié)作用是隨時(shí)間而逐漸增強(qiáng)的，與比例調(diào)節(jié)作用相比過于遲緩，惡化了動(dòng)態(tài)品質(zhì)，使過渡過程的振蕩加劇，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。121結(jié)論：433、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的變化速度成正比。對于定值控制系統(tǒng)，偏差信號的變化速度就是被調(diào)量的變化速度，即微分時(shí)間

加入微分調(diào)節(jié)作用實(shí)現(xiàn)超前調(diào)節(jié)，有利于克服動(dòng)態(tài)偏差，將大大改善調(diào)節(jié)過程。微分調(diào)節(jié)作用的大小僅與偏差信號的變化速度有關(guān)，而與偏差值大小無關(guān)。1223、微分調(diào)節(jié)規(guī)律微分時(shí)間加入微分調(diào)節(jié)作用實(shí)實(shí)際的微分調(diào)節(jié)規(guī)律具有慣性，傳遞函數(shù)為下式：微分增益

實(shí)際微分調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng)

123實(shí)際的微分調(diào)節(jié)規(guī)律具有慣性，傳遞函數(shù)為下式：微分增益實(shí)際微

結(jié)論：

微分作用的引入使系統(tǒng)控制過程的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性都得以提高，可適當(dāng)減小靜態(tài)偏差，但它不能像積分作用那樣消除穩(wěn)態(tài)偏差。調(diào)節(jié)過程開始時(shí)，被調(diào)量偏差小，但其變化速度卻較大，可使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生較大的位移。但當(dāng)調(diào)節(jié)過程結(jié)束，執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置最后總是回復(fù)到原來的數(shù)值。124結(jié)論：46

綜上所述:

比例調(diào)節(jié)作用是最基本的調(diào)節(jié)作用，使“長勁”，比例作用貫徹于整個(gè)調(diào)節(jié)過程之中；積分和微分作用為輔助調(diào)節(jié)作用。積分作用則體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過節(jié)過程的后期，用以消除靜態(tài)偏差，使“后勁”；

微分作用則體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過程的初期，使“前勁”

。

125綜上所述:47

4.PID(比例-積分-微分)控制特點(diǎn)(1)缺點(diǎn)不適用于有大時(shí)間滯后的控制對象，參數(shù)變化較大甚至結(jié)構(gòu)也變化的控制對象，以及系統(tǒng)復(fù)雜、環(huán)境復(fù)雜、控制性能要求高的場合。

(2)優(yōu)點(diǎn):●PID算法蘊(yùn)涵了動(dòng)態(tài)控制過程中過去、現(xiàn)在和將來的主要信息，而且其配置幾乎最優(yōu)。1264.PID(比例-積分-微分)控制特點(diǎn)4

比例(P)代表了當(dāng)前的信息，起糾正偏差的作用，使過程反應(yīng)迅速。微分(D)在信號變化時(shí)有超前控制作用，代表了將來的信息。在過程開始時(shí)強(qiáng)迫過程進(jìn)行，過程結(jié)束時(shí)減小超調(diào)，克服振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加快系統(tǒng)的過渡過程。積分(I)代表了過去積累的信息，它能消除靜差，改善系統(tǒng)靜態(tài)特性。此三作用配合得當(dāng)，可使動(dòng)態(tài)過程快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確，收到良好的效果。127比例(P)代表了當(dāng)前的信息，起糾正偏差的作用●PID控制適應(yīng)性好，有較強(qiáng)魯棒性?！?/p>

PID算法簡單明了，形成了完整的設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)整方法,很容易為工程技術(shù)人員所掌握?！裨S多工業(yè)控制回路比較簡單，控制的快速性和精度要求不是很高，特別是對于那些l～2階的系統(tǒng)，PID控制已能得到滿意的結(jié)果?！馪ID控制根據(jù)不同的要求，針對自身的缺陷進(jìn)行了不少改進(jìn)，形成了一系列改進(jìn)的PID算法。例如，為克服微分帶來的高頻干擾的濾波PID控制，為克服大偏差時(shí)出現(xiàn)飽和超調(diào)的PID積分分離控制，為補(bǔ)償控制對象非線性因素的可變增益PID控制等等。這些改進(jìn)算法，在一些應(yīng)用場合得到了很好的效果。

128●PID控制適應(yīng)性好，有較強(qiáng)魯棒性。50比例帶積分時(shí)間微分時(shí)間性能指標(biāo)整定參數(shù)衰減率超調(diào)量靜態(tài)偏差振蕩頻率——設(shè)定值擾動(dòng)下整定參數(shù)對調(diào)節(jié)過程的影響5、PID參數(shù)對調(diào)節(jié)過程的影響分析129比例帶積分時(shí)間微分時(shí)間性能指標(biāo)整定參數(shù)衰減率超調(diào)量靜態(tài)偏差振二、數(shù)字PID控制算法的改進(jìn)1.積分項(xiàng)的改進(jìn)

在實(shí)際使用中，這種基本的PID控制算法往往還存在著一些缺陷。其中對控制系統(tǒng)影響比較大的一個(gè)問題就是積分器的飽和問題。(1)積分器的飽和現(xiàn)象積分運(yùn)算是通過對系統(tǒng)偏差的不斷累加而實(shí)現(xiàn)的，積分器的積分值代表著系統(tǒng)偏差的面積。由于計(jì)算機(jī)輸出接口（D／A轉(zhuǎn)換器）的字長是有限的，當(dāng)系統(tǒng)在剛啟動(dòng)的一段時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)的偏差較大，積分器經(jīng)過若干個(gè)采樣周期的積分運(yùn)算以后，其積分結(jié)果就會超過計(jì)算機(jī)輸出接口所能表示的最大值，從而使調(diào)節(jié)器從線性工作區(qū)進(jìn)入飽和區(qū)。130二、數(shù)字PID控制算法的改進(jìn)52進(jìn)入飽和區(qū)以后，調(diào)節(jié)器便失去了調(diào)節(jié)能力，系統(tǒng)在調(diào)節(jié)器飽和輸出值的作用下，以最大的加速度運(yùn)動(dòng)，一直到系統(tǒng)出現(xiàn)較大幅度的，并且持續(xù)時(shí)間較長的超調(diào)以后，在較大的負(fù)偏差的作用下，才能將積分器從飽和區(qū)拉到線性區(qū)，這就是積分飽和問題。

被控對象的慣性越大，這種積分飽和現(xiàn)象就越嚴(yán)重。

克服積分飽和現(xiàn)象的方法主要有積分分離與變速積分兩種控制方法131進(jìn)入飽和區(qū)以后，調(diào)節(jié)器便失去了調(diào)節(jié)能力，系統(tǒng)在調(diào)節(jié)器

(2)積分分離PID控制算法為使數(shù)字調(diào)節(jié)器盡可能工作在線性區(qū)，可以采用積分分離的方法，即在系統(tǒng)的給定值附近畫出一條帶域，其寬度為2ε，ε＞0，為積分器投入或切除的切換點(diǎn)，如下圖所示。圖.積分分離PID切換原理圖

132(2)積分分離PID控制算法圖.積分分離PID在系統(tǒng)啟動(dòng)的初期，系統(tǒng)的偏差較大時(shí)，暫時(shí)切除積分作用（將積分系數(shù)置0）；當(dāng)系統(tǒng)的輸出接近給定值（進(jìn)入到帶域之內(nèi)）時(shí)，再將積分器投入，即ε為積分器分離值，為積分分離PID調(diào)節(jié)器的一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，算法程序?qū)⑾到y(tǒng)的偏差e（k）的絕對值與ε進(jìn)行比較，然后，作出使用PID調(diào)節(jié)器還是使用PD調(diào)節(jié)器的決策。

133在系統(tǒng)啟動(dòng)的初期，系統(tǒng)的偏差較大時(shí)，暫時(shí)切除積分作用

(3)變速積分PID控制算法在一般PID控制算法中，由于積分系數(shù)是一個(gè)常數(shù)，所以，在整個(gè)控制過程中，積分增量不變。而系統(tǒng)對積分項(xiàng)的要求是，系統(tǒng)偏差大時(shí)積分作用減弱以至全無，而在小偏差時(shí)則應(yīng)加強(qiáng)，否則，積分系數(shù)取大了會產(chǎn)生超調(diào)，甚至積分飽和，取小了又遲遲不能消除靜差。因此，根據(jù)系統(tǒng)的偏差大小改變積分的速度，這對于提高調(diào)節(jié)品質(zhì)是有益的。變速積分PID的基本思想是設(shè)法改變積分項(xiàng)的累加速度，使其與偏差的大小相對應(yīng)：偏差越大，積分越慢，反之則越快。

134(3)變速積分PID控制算法562.微分項(xiàng)的改進(jìn)

在數(shù)字PID算式中，其位置式的微分項(xiàng)特別是增量式的微分項(xiàng)中的二階差分項(xiàng)，對數(shù)據(jù)誤差和干擾特別敏感，因此在數(shù)字PID中，干擾主要是通過微分項(xiàng)起作用的。但是由于微分作用在PID調(diào)節(jié)中往往是必要的（它可以近似補(bǔ)償對象的一個(gè)極點(diǎn)，擴(kuò)大穩(wěn)定域，改善動(dòng)態(tài)性能），因此不能簡單地將微分項(xiàng)棄去，應(yīng)設(shè)法減小數(shù)據(jù)誤差和干擾在微分項(xiàng)中的影響。下面介紹兩種方法：四點(diǎn)中值差分法和不完全微分PID控制算法。

1352.微分項(xiàng)的改進(jìn)57(1)四點(diǎn)中值差分法

本這種方法中．一方面將取得略小于理想情況，另一方面，在組成差分時(shí)，不直接應(yīng)用前后兩次偏差，而是用平均差作基準(zhǔn)，再用加權(quán)求和構(gòu)成近似微分項(xiàng)。如下圖所示。圖.插值法示意圖

136(1)四點(diǎn)中值差分法圖.插值法示意圖58在圖上取相鄰幾個(gè)采樣周期的四個(gè)點(diǎn)e(k)至e(k-3)，設(shè)

特點(diǎn)：在算式中增加的計(jì)算量是最少的，但要求存儲器存儲e變量的幾個(gè)過去的數(shù)值。137在圖上取相鄰幾個(gè)采樣周期的四個(gè)點(diǎn)e(k)至e(k-3)，設(shè)

(2)不完全微分PID控制算法

微分的引入改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，但也容易引入高頻干擾。如果在控制算法中加入低通