基于PID鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于PID的蒸汽鍋爐限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：本文是針對(duì)鍋爐過熱蒸汽溫度限制系統(tǒng)進(jìn)行的分析和設(shè)計(jì)，而對(duì)鍋爐過熱蒸汽的良好限制是保證系統(tǒng)輸出蒸汽溫度穩(wěn)定的前提。所以本設(shè)計(jì)采納串級(jí)限制系統(tǒng)，這樣可以極大地消退限制系統(tǒng)工作中的各種干擾因素，使系統(tǒng)能在一個(gè)較為良好的狀態(tài)下工作，同時(shí)鍋爐過熱器出口蒸汽溫度在允許的范圍內(nèi)變更，并愛護(hù)過熱器管壁溫度不超過允許的工作溫度。在本設(shè)計(jì)用到串級(jí)限制系統(tǒng)中，主對(duì)象為送入負(fù)荷設(shè)備的出口溫度，副對(duì)象為減溫器和過熱器之間的蒸汽溫度，通過限制減溫水的流量來實(shí)現(xiàn)限制過熱蒸汽溫度的目的。關(guān)鍵詞：蒸汽鍋爐溫度PID串級(jí)限制BoilerControlSystemDesignBasedonPIDAbstract:Thisarticleisfortheboileroverheatedsteamtemperaturecontrolsystemanalysisanddesign,andgoodcontrolofsuperheatedsteamboilersteamtemperaturetoensurethatthesystemoutputstablepremise.Thisdesignusesacascadecontrolsystem,cangreatlyeliminatevariousinterferencefactorsinthecontrolsystemwork,sothatthesystemcanworkinarelativelygoodstatewhiletheboilersuperheateroutletsteamtemperatureiswithintheallowedrange,andprotectthesuperheatertubewalltemperaturedoesnotexceedthepermissibleoperatingtemperature.

Inthedesignusedcascadecontrolsystem,themainobjectissenttotheloadequipmentoutlettemperature.Viceobjectbetweenthedesuperheaterandsuperheatersteamtemperaturebycontrollingtheflowofwarmwaterreductionstoachievecontrolofsuperheatedsteamtemperaturepurposes.Keywords:SteamgeneratorTemperaturePIDCascadeControl一、設(shè)計(jì)目的和意義鍋爐是石油化工、發(fā)電等工業(yè)過程必不行少的重要?jiǎng)恿υO(shè)備，它所產(chǎn)生的高壓蒸汽既可作為驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力源，又可作為精餾、干燥、反應(yīng)、加熱等過程的熱源。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，作為動(dòng)力和熱源的鍋爐，也向著大容量、高參數(shù)、高效率的方向發(fā)展。在我國(guó)，工業(yè)鍋爐是能源轉(zhuǎn)換和耗能的主要設(shè)備之一，鍋爐由于設(shè)計(jì)、制造不合理，尤其是運(yùn)用管理不當(dāng)，導(dǎo)致事故的頻率很高。解決普遍存在的限制系統(tǒng)落后、運(yùn)行效率低、環(huán)境環(huán)境污染嚴(yán)峻等問題已是刻不待時(shí)。鍋爐微機(jī)限制，是近年來開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，它是微型計(jì)算機(jī)軟件、硬件、自動(dòng)限制、鍋爐節(jié)能等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，我國(guó)現(xiàn)有中、小型鍋爐30多萬臺(tái)，每年耗煤量占我國(guó)原煤產(chǎn)量的1/3，目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、奢侈大、環(huán)境污染嚴(yán)峻的生產(chǎn)狀態(tài)。提高熱效率，降低耗煤量，降低耗電量，用微機(jī)進(jìn)行限制是一件具有深遠(yuǎn)意義的工作。二、蒸汽鍋爐工藝流程及限制要求2.1蒸汽鍋爐工藝流程介紹鍋爐設(shè)備依據(jù)用途、燃料性質(zhì)、壓力凹凸等有多種類型和稱呼，工藝流程多種多樣，常用的鍋爐設(shè)備的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)是由給水泵、給水限制閥、省煤器、汽包及循環(huán)管等組成，常見鍋爐設(shè)備工藝流程如圖1。圖1常見鍋爐主要設(shè)備工藝流程圖圖1常見鍋爐主要設(shè)備工藝流程圖燃料與空氣依據(jù)肯定比例送入鍋爐燃燒室燃燒，生成的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽，形成肯定氣溫的過熱蒸汽，再匯合到蒸汽母管。過熱蒸汽經(jīng)負(fù)荷設(shè)備限制，供應(yīng)負(fù)荷設(shè)備用，于此同時(shí)，燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣，除將飽和蒸汽變成過熱蒸汽外，還經(jīng)省煤器預(yù)熱鍋爐給水和空氣預(yù)熱器預(yù)熱空氣，最終經(jīng)引風(fēng)送往煙囪，排入大氣。2.2蒸汽鍋爐限制要求鍋爐是一個(gè)困難的被控對(duì)象，主要輸入變量包括符合的蒸汽需求量、給水量、燃料量、減溫水量、送風(fēng)量和引風(fēng)量等；主要輸出變量有鍋筒液位、蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度、爐膛負(fù)壓、過?？諝猓煔夂趿浚┑?，下圖為輸入變量與輸出變量之間的相互關(guān)系。假如蒸汽流量變更或給水量發(fā)生變更，會(huì)引起鍋筒液位、蒸汽壓力和過熱蒸汽溫度等的變更；而燃料量的變更不僅影響蒸汽壓力，還會(huì)影響鍋筒液位、過熱蒸汽溫度、過?？諝夂蜖t膛負(fù)壓、可見，鍋爐是一個(gè)具有多輸入、多輸出且變量之間相互關(guān)聯(lián)的被控對(duì)象。圖2蒸汽鍋爐原理圖圖2蒸汽鍋爐原理圖鍋爐設(shè)備的限制任務(wù)是依據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷的須要，供應(yīng)肯定壓力或溫度的蒸汽，同時(shí)要使鍋爐在平安、經(jīng)濟(jì)的條件下運(yùn)行。依據(jù)這些限制要求，鍋爐設(shè)備將有如下主要的限制系統(tǒng)：①鍋爐汽包水位限制系統(tǒng)：主要是保持汽包內(nèi)部的平衡，使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸汽量，維持汽包中水位在工藝允許的范圍內(nèi)；②鍋爐燃燒系統(tǒng)的限制：其限制方案要滿意燃燒所產(chǎn)生的熱量，適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的須要，使燃料與空氣量保持肯定的比值，保證燃燒的經(jīng)濟(jì)型和鍋爐的平安運(yùn)行，使引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，保持爐膛負(fù)壓在肯定范圍內(nèi)。③過熱蒸汽溫度限制系統(tǒng)：主要使過熱器出口溫度保持在允許范圍內(nèi)，并保證管壁溫度不超過工藝允許范圍；④鍋爐水處理過程：主要使鍋爐給水的水性能指標(biāo)達(dá)到工藝要求。本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)限制過熱蒸汽的溫度。三、過熱蒸汽溫度限制方案及論證3.1過熱蒸汽溫度限制對(duì)象的靜態(tài)特性1、鍋爐負(fù)荷與過熱汽溫的關(guān)系鍋爐負(fù)荷增加時(shí)，爐膛燃燒的燃料增加，但是，爐膛中的最高的溫度沒有多大的變更，爐膛輻射放熱量相對(duì)變更不大，因此爐膛溫度增高不大。這就是說負(fù)荷增加時(shí)每千克燃料的輻射放熱百分率削減，而在爐膛后的對(duì)流熱區(qū)中，由于煙溫柔煙速的提高，每千克燃料的對(duì)流放熱百分率將增大。因此，對(duì)于對(duì)流式過熱器來說，當(dāng)鍋爐的負(fù)荷增加時(shí)，會(huì)使出口汽溫的穩(wěn)態(tài)值上升；輻射式過熱器則具有相反的汽溫特性，即當(dāng)鍋爐的負(fù)荷增加時(shí)，會(huì)使出口汽溫的穩(wěn)態(tài)值降低。假如兩種過熱器串聯(lián)協(xié)作，可以取得較平坦的汽溫特性，但一般在采納這兩種過熱器串聯(lián)的鍋爐中，過熱器出口蒸汽溫度在某個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)，仍隨鍋爐負(fù)荷的增加有所上升。2、過?？諝庀禂?shù)與過熱汽溫的靜態(tài)關(guān)系過?？諝饬孔兏鼤r(shí)，燃燒生成的煙氣量變更，因而全部對(duì)流受熱面吸熱隨之變更，而且對(duì)離爐膛出口較遠(yuǎn)的受熱面影響顯著。因此，當(dāng)增大過?？諝饬繒r(shí)將使過熱汽溫上升。3、給水溫度與汽溫關(guān)系提高給水的溫度，將使過熱汽溫下降，這是因?yàn)楫a(chǎn)生每千克蒸汽所需的燃料量削減了，流過過熱器煙氣也就削減了。也可以認(rèn)為：提高給水溫度后，在相同燃料下，鍋爐的蒸發(fā)量增加了，因此過熱汽溫將下降。則是否投入高壓給水加熱器將使給水溫度相差很大，這對(duì)過熱汽溫有顯著的影響。4、燃燒器的運(yùn)行方式與過熱汽溫的靜態(tài)關(guān)系在爐膛內(nèi)投入高度不同的燃燒器或變更燃燒器的擺角會(huì)影響爐內(nèi)溫度分布和爐膛出口煙溫，因而也會(huì)影響過熱汽溫，火焰中心相對(duì)提高時(shí)，過熱汽溫將上升。3.2過熱蒸汽溫度限制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性過熱蒸汽溫度調(diào)整對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性是指引起過熱汽溫變更的擾動(dòng)與汽溫之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。引起過熱蒸汽溫度變更的緣由很多，如蒸汽流量變更、燃燒工況變更、鍋爐給水溫度變更、進(jìn)入過熱器的蒸汽溫度變更、流經(jīng)過熱器的煙氣的溫度和流速變更、鍋爐受熱面結(jié)垢、給水母管壓力和減溫水量等等，這些因素還可能相互制約。歸結(jié)起來，過熱汽溫調(diào)整對(duì)象的擾動(dòng)主要來自三個(gè)方面：①蒸汽流量變更(負(fù)荷變更)；②加熱煙氣的熱量變更；③減溫水流量變更(過熱器入口汽溫變更)。通過對(duì)過熱汽溫調(diào)整對(duì)象作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，可得到在不同擾動(dòng)作用下的對(duì)象動(dòng)態(tài)特性。1、蒸汽流量擾動(dòng)下的蒸汽溫度對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性引起蒸汽流量擾動(dòng)的緣由有兩個(gè)：一是蒸汽母管的壓力變更，二是汽輪機(jī)調(diào)整閥的開度變更。結(jié)構(gòu)形式不同的過熱器，在相同蒸汽流量的擾動(dòng)下，汽溫變更的特性是不一樣的。當(dāng)鍋爐負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，蒸汽流量的變更使沿整個(gè)過熱器管路長(zhǎng)度上各點(diǎn)的蒸汽流速幾乎同時(shí)變更，從而變更過熱器的對(duì)流放熱系數(shù)，使沿整個(gè)過熱器各點(diǎn)的蒸汽溫度幾乎同時(shí)變更，因而汽溫反應(yīng)較快。其傳遞函數(shù)可以用一階慣性延遲來表示：式中：—負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)被控對(duì)象的放大系數(shù)；—負(fù)荷擾動(dòng)后對(duì)象的滯后時(shí)間；—對(duì)象的時(shí)間常數(shù)。從階躍響應(yīng)曲線可知，其特點(diǎn)是：有延遲、有慣性、有自平衡實(shí)力，但其延遲和慣性都比較小，延遲時(shí)間約為15s左右。動(dòng)態(tài)特性曲線如圖3（a）。2、煙氣熱量擾動(dòng)下過熱汽溫對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性當(dāng)煙氣熱量擾動(dòng)(煙氣溫度和流速產(chǎn)生變更)時(shí)，由于煙氣流速和溫度的變更也是沿整個(gè)過熱器同時(shí)變更的，因而沿過熱器整個(gè)長(zhǎng)度使煙氣傳遞熱量也同時(shí)變更，所以汽溫反應(yīng)較快，時(shí)間常數(shù)和延遲均比其它擾動(dòng)小。和蒸汽流量擾動(dòng)的影響類似，煙氣熱量的擾動(dòng)也幾乎同時(shí)影響過熱器管道長(zhǎng)度方向各處的蒸汽溫度，故它是一個(gè)具有自平衡實(shí)力、滯后和慣性都不大的對(duì)象，其傳遞函數(shù)可表示為一個(gè)二階系統(tǒng)，即：對(duì)象特征總的特點(diǎn)是：有拖延，有慣性，有自平衡實(shí)力，延遲一般在15-25s之間。煙氣熱量擾動(dòng)的汽溫響應(yīng)曲線與蒸汽流量擾動(dòng)下的狀況類似，如圖3（a）所示。b減溫水流量W擾動(dòng)b減溫水流量W擾動(dòng)a蒸汽流量D或煙氣傳熱量Q擾動(dòng)圖3擾動(dòng)下過熱汽溫的階躍響應(yīng)曲線3、減溫水流量擾動(dòng)下過熱汽溫對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性當(dāng)減溫水量發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，雖然減溫器出口處汽溫已發(fā)生變更，但要經(jīng)過較長(zhǎng)的過熱器管道才能使出口汽溫發(fā)生變更，其擾動(dòng)地點(diǎn)（過熱器入口）與測(cè)量蒸汽溫度的地點(diǎn)（過熱器出口）之間有著較大的距離，此時(shí)過熱器是一個(gè)有純滯后的多容對(duì)象。動(dòng)態(tài)曲線圖如圖3（b）所示當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生后，要隔較長(zhǎng)時(shí)間才能是蒸汽溫度發(fā)生變更，滯后時(shí)間比較大，滯后時(shí)間約為30-60s。綜上所述，可歸納出以下三點(diǎn)：（1）過熱器出口蒸汽溫度對(duì)象不管在哪一種擾動(dòng)下都有延遲和慣性，有自平衡實(shí)力。而且變更任何一個(gè)輸入?yún)?shù)（擾動(dòng)），其他的輸入?yún)?shù)都可能干脆或間接的影響出口蒸汽溫度，這使得限制對(duì)象的動(dòng)態(tài)過程特別困難。（2）在減溫水流量擾動(dòng)下，過熱器出口蒸汽溫度對(duì)象具有較大的傳遞滯后和容量滯后，縮減減溫器與蒸汽溫度限制點(diǎn)之間的距離，可以改善其動(dòng)態(tài)特性。（3）在煙氣側(cè)熱量和蒸汽流量擾動(dòng)下，蒸汽溫度限制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性比較好。3.3限制方案選擇單回路限制方案在單回路限制系統(tǒng)中，限制減溫水流量，事實(shí)上是變更過熱器出口蒸汽的熱能，也就限制了出口蒸汽溫度，如圖4所示。圖4單回路蒸汽鍋爐溫度限制系統(tǒng)簡(jiǎn)潔蒸汽溫度限制系統(tǒng)原理方框圖如圖5所示圖5單回路蒸汽鍋爐溫度限制系統(tǒng)原理方框圖過熱蒸汽限制系統(tǒng)的限制策略的設(shè)計(jì)當(dāng)蒸汽溫度的測(cè)量值等于設(shè)定值時(shí)，噴水閥門不動(dòng)，則系統(tǒng)處在動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，此時(shí)，若爐膛燃燒工況發(fā)生變更使蒸汽溫度上升，造成給定值和測(cè)量值產(chǎn)生偏差，則偏差信號(hào)經(jīng)過限制器的方向推斷及數(shù)學(xué)運(yùn)算后，產(chǎn)生限制信號(hào)使噴水閥門開大，則減溫水流量增大。測(cè)量值最終回到設(shè)定值，系統(tǒng)重新回到平衡狀態(tài)。但作為被控對(duì)象的過熱器，由于管壁金屬的熱容量比較大，使之有較大的熱慣性。加上管道較長(zhǎng)有肯定的傳遞滯后，假如用上圖所示的限制系統(tǒng)，調(diào)整器接受過熱器出口蒸汽溫度t變更后，調(diào)整器才起先動(dòng)作，去限制減溫水流量W，W的變更又要經(jīng)過一段時(shí)間才能影響到蒸汽溫度t，這樣既不能及早發(fā)覺擾動(dòng)，又不能剛好反映限制的效果，將使蒸汽溫度t發(fā)生很大的動(dòng)態(tài)偏差，影響鍋爐生產(chǎn)的平安和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。從動(dòng)態(tài)特性上看，這種調(diào)整方法不是很志向，但由于設(shè)備簡(jiǎn)潔，因此，應(yīng)用得很多。在溫度限制精度要求較高的場(chǎng)合，常采納串級(jí)限制系統(tǒng)。串級(jí)限制方案依據(jù)在減溫水量擾動(dòng)時(shí)，過熱蒸汽溫度有較大的容積拖延，而減溫器出口蒸汽溫度卻有明顯的導(dǎo)前作用，完全可以構(gòu)成以減溫器出口蒸汽溫度為副參數(shù)，過熱蒸汽溫度為主參數(shù)的串級(jí)限制系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示。系統(tǒng)中以減溫器的噴水為限制手段，在單回路限制主汽溫(即將作為主信號(hào)反饋到調(diào)整器，由調(diào)整器干脆去限制閥門開度)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)對(duì)減溫水流量變更反應(yīng)快的中間溫度信號(hào)作為導(dǎo)前信號(hào)，增加一個(gè)副調(diào)整器，如圖8所示的串級(jí)限制信號(hào)系統(tǒng)。副調(diào)整器依據(jù)信號(hào)限制減溫水閥，假如有某種擾動(dòng)，蒸汽溫度比提早反映，使擾動(dòng)引起的波動(dòng)很快消退，從而使過熱蒸汽溫度基本不受影響。圖圖6蒸汽鍋爐溫度串級(jí)調(diào)整系統(tǒng)串級(jí)限制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：(1)串級(jí)限制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的克服內(nèi)擾的實(shí)力系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)越大，穩(wěn)態(tài)誤差越小，克服干擾的實(shí)力也就越強(qiáng)，副調(diào)整器的放大倍數(shù)整定的越大，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)越顯著。(2)串級(jí)限制系統(tǒng)可以減小副回路的時(shí)間常數(shù)，改善對(duì)象動(dòng)態(tài)特性，提高系統(tǒng)的工作頻率，當(dāng)主、副對(duì)象都是一階慣性環(huán)節(jié)，主、副調(diào)整器都采納比例作用時(shí)，串級(jí)限制系統(tǒng)由于改善了對(duì)象的特性，從而使整個(gè)系統(tǒng)的工作頻率比單回路系統(tǒng)的工作頻率有所提高，而且當(dāng)主、副對(duì)象特性肯定時(shí)，副調(diào)整器放大倍數(shù)越大，則工頻率越高。當(dāng)主調(diào)整器采納其它調(diào)整規(guī)律時(shí)，上述特點(diǎn)也是適用的。這一特點(diǎn)說明即使在外擾作用下，由于副回路減小了對(duì)象的時(shí)間常數(shù)，使整個(gè)系統(tǒng)的工頻得以提高，因此仍能改善整個(gè)系統(tǒng)過渡過程的品質(zhì)。(3)串級(jí)限制系統(tǒng)具有肯定的自適應(yīng)實(shí)力，串級(jí)限制系統(tǒng)主回路是一個(gè)定值系統(tǒng)，其副回路是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，它的定值是主調(diào)整器的輸出，是一個(gè)隨機(jī)變更的量，主調(diào)整器依據(jù)被控對(duì)象的特性和擾動(dòng)變更的狀況，不斷地訂正著副調(diào)整器的給定值，副調(diào)整器使系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)縮短能很快克服擾動(dòng)，改善動(dòng)態(tài)特性，也就是一種自適應(yīng)實(shí)力。而采納單回路限制統(tǒng)就沒有這種隨動(dòng)限制系統(tǒng)的作用。這種自適應(yīng)實(shí)力可以從系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差上出來，串級(jí)限制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差比單回路限制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差要小得多，就在于前者具有肯定的自適應(yīng)力。四、蒸汽鍋爐溫度串級(jí)限制的設(shè)計(jì)4.1主、副回路的設(shè)計(jì)以及調(diào)整器的選擇為充分發(fā)揮串級(jí)限制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)實(shí)施限制系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)合理的設(shè)計(jì)主、副回路及選擇主、副調(diào)整器的限制規(guī)律。1．主、副回路的設(shè)計(jì)原則（1）副參數(shù)的選擇，應(yīng)使副回路的時(shí)間常數(shù)小，限制通道短，反應(yīng)靈敏。（2）副回路應(yīng)包含被控對(duì)象所受到的主要干擾。但這將與要求副回路限制通道短，反應(yīng)快相沖突，應(yīng)在設(shè)計(jì)中加以協(xié)調(diào)。在詳細(xì)狀況下，副回路的范圍應(yīng)當(dāng)多大，取決于整個(gè)對(duì)象的容積分布狀況以及各種擾動(dòng)影響的大小。副回路的范圍也不是愈大愈好。太大了，副回路本身的限制性能就差，同時(shí)還可能使主回路的限制性能惡化。（3）主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)應(yīng)適當(dāng)匹配。由于串級(jí)系統(tǒng)中主、副回路是兩個(gè)相互獨(dú)立又親密相關(guān)的回路。假如在某種干擾作用下，主參數(shù)的變更進(jìn)入副回路時(shí)，會(huì)引起副回路中參數(shù)振幅增加，而副參數(shù)的變更傳到主回路后，又迫使主參數(shù)變更幅度增大，如此循環(huán)往復(fù)，就會(huì)使主、副參數(shù)長(zhǎng)時(shí)間大幅度波動(dòng)，這就是所謂串級(jí)系統(tǒng)的“共振現(xiàn)象”。一旦發(fā)生了共振系統(tǒng)就失去限制，不僅使系統(tǒng)限制品質(zhì)惡化，如不剛好處理，甚至可能導(dǎo)致生產(chǎn)事故，引起嚴(yán)峻后果。為確保串級(jí)系統(tǒng)不受共振現(xiàn)象的威逼，一般取式子中：為主回路的振蕩周期；為副回路振蕩周期，要滿意上式，除了在副回路設(shè)計(jì)中加以考慮之外，還與主、副調(diào)整器的整定參數(shù)有關(guān)。依據(jù)以上原則，本次設(shè)計(jì)選擇減溫器溫度作為副參數(shù)，過熱蒸汽溫度作為主參數(shù)。2．主、副調(diào)整器的選擇串級(jí)限制系統(tǒng)中，主調(diào)整器和副調(diào)整器的任務(wù)不同，對(duì)于它們的選型即限制規(guī)律的選擇也有不同考慮。（1）副調(diào)整器的選型副調(diào)整器的任務(wù)是要快速動(dòng)作以快速消退進(jìn)入副回路內(nèi)的擾動(dòng)，而且副參數(shù)并不要求無差，所以一般都選P調(diào)整器，也可采納PD調(diào)整器，但這增加了系統(tǒng)的困難性，在一般狀況下，采納P調(diào)整器就足夠了，假如主、副回路頻率相差很大，也可以考慮采納PI調(diào)整器。（2）主調(diào)整器的選型主調(diào)整器的任務(wù)是精確保持被調(diào)量符合生產(chǎn)要求。凡是需采納串級(jí)限制的生產(chǎn)過程，對(duì)限制的品質(zhì)都是很高的，不允許被調(diào)量存在靜差。因此主調(diào)整器必需具有積分作用，一般都采納PI調(diào)整器。假如限制對(duì)象惰性區(qū)的容積數(shù)目較多，同時(shí)又有主要擾動(dòng)落在副回路以外的話，就可以考慮采納PID調(diào)整器。本次設(shè)計(jì)主調(diào)整器選擇PID調(diào)整，副調(diào)整器選擇P調(diào)整。系統(tǒng)框圖如下：圖圖7蒸汽鍋爐溫度串級(jí)限制系統(tǒng)框圖4.2蒸汽鍋爐汽溫限制對(duì)象傳遞函數(shù)模型的建立汽溫限制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型建立，采納工程整定的方法，即給噴水閥一個(gè)階躍擾動(dòng)信號(hào)，然后多次記錄減溫器出口溫度和過熱蒸汽出口溫度，得到兩條階躍響應(yīng)曲線。圖8工程建立被控對(duì)象傳遞函數(shù)示意圖依據(jù)試驗(yàn)獲得的曲線，采納兩點(diǎn)法求出靜態(tài)放大系數(shù)K,時(shí)間常數(shù)T，階數(shù)n。由于大型蒸汽鍋爐的特別性，并沒有相關(guān)設(shè)備，因此我通過查閱相關(guān)資料來得到階躍響應(yīng)曲線，近似計(jì)算出汽溫對(duì)象的傳遞函數(shù)。式中：過熱汽溫信號(hào)：導(dǎo)前汽溫信號(hào)式中：過熱汽溫信號(hào)：導(dǎo)前汽溫信號(hào) ：閥門噴水?dāng)_動(dòng)信號(hào)圖9汽溫對(duì)象階躍響應(yīng)曲線（引用）導(dǎo)前區(qū)傳遞函數(shù):惰性區(qū)傳遞函數(shù)：4.3蒸汽鍋爐溫度串級(jí)限制系統(tǒng)參數(shù)的整定在如圖10所示的串級(jí)系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖中：圖10串級(jí)限制系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖為PID調(diào)整器，其傳遞函數(shù)為：; 為P調(diào)整器，其傳遞函數(shù)為：；調(diào)整閥以及溫度測(cè)量變換單元的傳遞函數(shù)：=1；; 分別為減溫水流量擾動(dòng)以及蒸汽流量擾動(dòng)；因?yàn)閮蓚€(gè)調(diào)整器串在一起，在一個(gè)系統(tǒng)中工作，相互之間或多或少的有些影響，因此在串級(jí)系統(tǒng)的整定要比簡(jiǎn)潔系統(tǒng)困難些。本設(shè)計(jì)采納兩步整定法。（1）先整定副調(diào)整器當(dāng)副回路受到階躍擾動(dòng)時(shí)，在較短時(shí)間內(nèi)副回路限制過程就告結(jié)束。在此期間，主回路基本上不參與動(dòng)作，可按單回路系統(tǒng)的整定方法整定副調(diào)整器。圖11主副調(diào)整器分別獨(dú)立整定時(shí)的方框圖（2）整定主調(diào)整器當(dāng)主回路進(jìn)行限制時(shí)，副回路幾乎起志向隨動(dòng)作用，由圖11（a）可得

從而求得副回路的閉和傳遞函數(shù)即在主回路中副回路可看作一個(gè)比例環(huán)節(jié)，由此畫出整定主回路時(shí)的方框圖，如圖11（b）所示?？砂磫位芈废到y(tǒng)的整定方法整定主調(diào)整器的參數(shù)。按上述步驟整定系統(tǒng)后，通常應(yīng)滿意（、分別為主、副回路主導(dǎo)衰減振蕩成分的頻率）。要達(dá)到此要求整定時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)問題：①對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。限制對(duì)象前區(qū)動(dòng)態(tài)特性與整個(gè)限制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性相比，應(yīng)有較小的拖延和慣性。②調(diào)整器類型的選擇。副調(diào)整器可選用P（或PD）調(diào)整器，主調(diào)整器選用PID調(diào)整器，以使副回路有較高的衰減振蕩頻率。③整定指標(biāo)的選擇。副回路可取較低的穩(wěn)定性裕量（例如）而主回路則取較高的穩(wěn)定性裕度（例如）。 五、設(shè)計(jì)結(jié)果及分析在SIMULINK下進(jìn)行限制系統(tǒng)仿真，如圖12所示。圖12Simulink仿真圖（1）副調(diào)整器P的整定。圖13副回路框圖經(jīng)過多次測(cè)定，最終選定=200，副回路能較好的跟隨階躍信號(hào)，但是前期震蕩有些大，但調(diào)整時(shí)間很快。圖14副回路整定階躍響應(yīng)圖形（2）主調(diào)整器參數(shù)的整定。實(shí)行先比例后積分再微分的方法進(jìn)行整定，經(jīng)過多次測(cè)定，最終選定=1.9，=0.01，=42圖15主回路整定階躍響應(yīng)圖形從圖中可以看出系統(tǒng)超調(diào)量并不大，但是前期震蕩有些厲害，調(diào)整時(shí)間較長(zhǎng)。（3）減溫器處加入階躍擾動(dòng)后系統(tǒng)的響應(yīng)圖形。圖16減溫器處階躍擾動(dòng)響應(yīng)圖形階躍值為30，從圖中可以看出加入階躍后，系統(tǒng)會(huì)一段自我調(diào)整時(shí)間，超調(diào)量較大，但是調(diào)整時(shí)間很快。（4）過熱器處加