調(diào)節(jié)器過(guò)程及其參數(shù)整定方法

鍋爐汽包水位是鍋爐運(yùn)行中的一個(gè)重要的參數(shù)它間接反映了鍋爐蒸汽負(fù)荷控制并利用分別對(duì)常規(guī)PID控制和模糊PID串級(jí)控制進(jìn)行仿真結(jié)果PIDPID控制方法遲延小、超調(diào)量小，使得汽包的：模糊控制；給水控制；PID drumwaterlevelofboilisimportantmonitoringparameterinaboilermovement,ithadreflectedindirectlythebalancerelationsbetweentheboiler andthedischargeofwater.Inthe drumboilerforthewaterautomaticcontroldutytoadapttheboilertranspirationrateforthewatervolume,maintainsthe drumwaterlevelinthestipulationscope.Asaresultofforthewatersystemcomplexity,theexistingthermoelectricpowerstationentirejourneyforthewatercontroladoptthetraditionalPIDcontrol,itsprecisemathematicalmodelestablisheswithdifficulty,whenthesystemhasthebiglag,denaturedandsoonaseriesofcharacteristics,oftenwithdifficultysatisfiesthethermalpowerunitcomplexoperatingmoderequest,thereforemanylarge-scalethermoelectricpowerstationsproposedtheoptimizationntotheexistingentirejourneyforthewatercontrol.Firstthisarticlehasyzedthetimeofcontrolsystem,thenintroducesthePIDregulator’sadjustmentprocessandtheparameterinstallationmethod.Andhasyzedgreatemphasisontheboilforthewatercontrolsystem,the drumwatercontrolobjectshowtheinertia,thenon-selfregulationability,usesofafuzzycontroltocontrolit,andseparaycarriesonthesimulationusing tothetraditionPIDcontrolandthefuzzyPIDcascadecontrol,WithcomparingusingthefuzzyPIDcascadecontrolmethodobtainresultthatisdelayslightly,oversmall,enables drumdynamiccharacteristictoobtainthe:Fuzzycontrol;Forthewatercontrol;PID 引 第一章控制系統(tǒng)的時(shí)域性能分 一階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)分 二階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)分 高階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)分 第二章PID控制及其調(diào)節(jié)過(guò) 比例調(diào)節(jié)（P調(diào)節(jié) 比例積分微分調(diào)節(jié)（PID調(diào)節(jié) 第三章PID的整定方 -尼柯法 廣義頻率 工程整定法 第四章鍋爐給水控制系統(tǒng)分 給水控制的任 給水控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特 給水流量擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特 蒸汽流量擾動(dòng)下的水位的動(dòng)態(tài)特 爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)下水位控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特 給水自動(dòng)控制系 單級(jí)三沖量給水控制系 串級(jí)三沖量給水控制系 給水全程控制系 全程控制的概 對(duì)給水全程控制系統(tǒng)的要 單元制鍋爐給水全程控制方 300MW單元機(jī)組給水全程控制系統(tǒng)實(shí) 給水熱力系統(tǒng)簡(jiǎn) 給水全程控制系統(tǒng)原 第五章模糊控制理論及系 模糊控制理論的發(fā) 模糊控制系統(tǒng)的原 模糊控制器的分 模糊控制器的設(shè) 模糊控制器的輸入輸出變 模糊控制規(guī)則的設(shè) 確立模糊化和非模糊化方 采樣時(shí)間的選 第六章系統(tǒng)仿 PID系統(tǒng)仿 模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)仿 兩種控制方法的比 結(jié) 參考文 附 67謝 協(xié)調(diào)要求，而熱工控制系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)這一要求的有效，擔(dān)負(fù)著機(jī)組回路調(diào)節(jié)、聯(lián)鍋爐汽包水位是鍋爐運(yùn)行中的一個(gè)重要的參數(shù)它間接反映了鍋爐蒸汽負(fù)荷但是,隨著火電機(jī)組容量的不斷擴(kuò)大，對(duì)給水控制系統(tǒng)提出了更高的要求：汽包蓄水對(duì)于上述傳統(tǒng)的控制方案效果不佳，而且系統(tǒng)的參數(shù)整定。為此，一些先進(jìn)的控PID控制技術(shù)扮演了十分重要的角色，G(s)

1

（1-TG(sG(s)

（1-當(dāng)r(t)1(t時(shí)，一階系統(tǒng)的輸出c(tR(s)s則C(s)G(s)R(s)

K

K(1s

sT

(1-(1-對(duì)上式進(jìn)行拉氏變換,c(t1-1

c(t)K(1eT

（1-調(diào)整時(shí)間ts：經(jīng)過(guò)時(shí)間3T～4T95%～98%，可以認(rèn)為其調(diào)整過(guò)程已完成，故一般取t(s)3～4T。穩(wěn)態(tài)誤差ess：系統(tǒng)的實(shí)際輸出c(t在時(shí)間tss limc(t)r(t)sst超調(diào)量p振蕩﹑無(wú)超調(diào)

p01-11-21-2所示，其閉環(huán)傳遞函數(shù)G(sG(s)

(1-2s22s2 C(s)

(1- T2s22Ts 1n為阻尼系數(shù)；T 1

2D(s)s22s2

(1-

(1-零阻尼p1,2jnc(t)11-3所示，是一種等幅振蕩曲線,振蕩角頻率就是n1欠阻尼(01

（1-此時(shí)兩個(gè)極點(diǎn)是一對(duì)負(fù)實(shí)部的共軛復(fù)根，

n

1-4圖1-3零阻尼系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲 圖1-4欠阻尼系統(tǒng)單位階躍系統(tǒng)響應(yīng)曲1c(t)1

n

11

(1-通?？稍O(shè)臨界阻尼

為振蕩角頻率；tg1111p1,2nnc(t)1ent(1n

(1-調(diào)狀態(tài)(p0)，故可從這個(gè)意義上定義其臨界。臨界阻尼下的調(diào)節(jié)時(shí)間可以通過(guò)t4.5 n2過(guò)阻尼（2

p

2 22 G(s) (sp1)(sp2

(1-c(t)1 e

t

T1 eT2T1

t

(1-1-6圖1-5臨界阻尼系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲 圖1-6過(guò)阻尼系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲從圖可以看出，響應(yīng)仍是一個(gè)單調(diào)過(guò)程，p0，其調(diào)節(jié)時(shí)間ts可通過(guò)數(shù)值計(jì)越大，即T1和T2ts越大。從圖中可以看出一個(gè)重要現(xiàn)象，即當(dāng)T1T2時(shí)，對(duì)響應(yīng)表達(dá)式中的兩個(gè)分量，有第二分量(與T1對(duì)應(yīng))起主要作用，而第一分量(與T2對(duì)應(yīng))

G(s)

c(t)1e

(1-(1- T1s閉環(huán)參數(shù)n和

trtp和ts均與n響而言，n越大則響應(yīng)越快。當(dāng)然，唯一決定了p是決定系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定性的唯一因素,越大，p越小。K和TKT為時(shí)間常數(shù),通常由受控對(duì)象的特性決定，G(s)C(s)

s21s

(1- K

212 KTwn (1-KT22

(1-Twn也越大，系統(tǒng)的快速性和相對(duì)穩(wěn)定性同時(shí)轉(zhuǎn)好。但在實(shí)際系統(tǒng)中，用T來(lái)改善系統(tǒng)性能的作用是有限的。K越大，則wn越大，而K響 的。在實(shí)際系統(tǒng)中，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的要求適當(dāng)折中K

bsmbsm1

sGs

(1-nR a0n

an1sKsz1sz2szms CsGsRs

(1-

K(szjmnss j 1mnss

A0

n(1-n

spi

s

Ai

sp

Csspi,i0,1,n,p0

(1-

AAeHi

(1-一般地，若Gs的極點(diǎn)中有q個(gè)負(fù)實(shí)數(shù)極點(diǎn)、r

c(s)

mmK(szjjr

(1-in2s(sp)(s2in2

k

sk k12 rBs120 k i1s

k

s22sir2qm

ct

A i

k

12k12kC kk

k

(1-112k55倍以上的閉環(huán)零點(diǎn)、閉環(huán)極點(diǎn)，其影響偶極子。一對(duì)靠的很近的閉環(huán)零點(diǎn)、極點(diǎn)稱為偶極子。工程上當(dāng)某極點(diǎn)與某零點(diǎn)之間的距離比它們的模值小一個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，就可認(rèn)為這對(duì)零點(diǎn)、極點(diǎn)為偶極子。則可將該零點(diǎn)和極點(diǎn)一起消掉，稱為偶極子相消。PID在過(guò)去的幾十年里，PID控制器在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。PID（比例-積分-微分）70多年的歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛（P在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正中，PID控制規(guī)律的優(yōu)越性是明顯的，它的基本原理卻比較簡(jiǎn)單。PID控制器由于用途廣泛，使用靈活，已有系列化產(chǎn)品，使用中只需設(shè)定三個(gè)參數(shù)（kp、ki、kd）即可。在很多情況下，并不一定需要三個(gè)單元，可以取其中的比例調(diào)節(jié)(P調(diào)節(jié)P調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)u與偏差信號(hào)e成比例[2]uKc稱為比例增益(視情況可設(shè)置為正或負(fù))

（2-差e為零因而u0時(shí)，并不意味著調(diào)節(jié)器沒(méi)有輸出，它只說(shuō)明此時(shí)有uu0。u0的大u1

（2-其中稱為比例帶。具有重要的物理意義。如果u直接代表調(diào)節(jié)閥開度的變化量，那么從式(2-2)可以看出，100％即從全關(guān)到全開時(shí)所需要的工業(yè)過(guò)程，2-1所示。很大意味著調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作幅度系統(tǒng)就不穩(wěn)定了。的臨界值cr，可以通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定出來(lái)；如果被調(diào)對(duì)象的數(shù)學(xué)2-1P調(diào)節(jié)器只是一個(gè)簡(jiǎn)單的比例環(huán)節(jié)，因此不難理解cr的大小只取決于被控1

Kcr

cr

(2-3Kcr為廣義被控對(duì)象在臨界頻率下的增益。P調(diào)節(jié)器的相角為零，因此被控對(duì)象在臨界頻率cr下必須提供-180°相角，由此可以計(jì)算出臨界頻率。積分調(diào)節(jié)(I調(diào)節(jié)I調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)的變化速度dudt與偏差信號(hào)eduS

(2-4 t uS00

(2-5S0稱為積分速度，可視情況取正值或負(fù)值。上式表明，調(diào)節(jié)器的輸出與偏圖2-2積分速度對(duì)于調(diào)節(jié)過(guò)程的影 圖2-3P與I調(diào)節(jié)過(guò)程的比I調(diào)節(jié)的特點(diǎn)是能消除靜態(tài)偏差。因?yàn)楸徽{(diào)量存在偏差，調(diào)節(jié)作用便隨時(shí)間不斷靜態(tài)品質(zhì)的同時(shí)了動(dòng)態(tài)品質(zhì)，使過(guò)度過(guò)程的振蕩加劇，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。I調(diào)節(jié)時(shí)，控制系統(tǒng)的開環(huán)增益與S0成正比。因此，增大積分速度將會(huì)降低控制系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，直到最后2-2所示。這從直觀上也是不難理解的，因?yàn)镾0愈大，則調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作，就愈容易引起和加劇振蕩。但與此I調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。PI0.75，2-3PI所示。它們清楚地顯示出兩種比例積分調(diào)節(jié)(PI調(diào)節(jié)PIP、IP調(diào)節(jié)快速抵消干擾的影響，同時(shí)I調(diào)節(jié)消除殘差。它的調(diào)節(jié)規(guī)律為tuKceS00t u1e tedt

(2-6（2- 式中TI為積分時(shí)間。和TIPI調(diào)節(jié)器2-4PI調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)，它是由比例動(dòng)作和積分動(dòng)作兩部分組成的。在施加階躍輸入的瞬間，調(diào)節(jié)器立即輸出一個(gè)幅值為e的階躍，然后以固定速度eTI。變化。當(dāng)tTI時(shí)，調(diào)節(jié)器的總輸出為2e。這樣，就可以根2-4確定和TI的數(shù)值。還可以注意到，當(dāng)tTI時(shí)，輸出的積分部分正好等于TI可以衡量積分部分在總輸出中所占的：TI愈小，積分部分所占的愈大。2-4PI過(guò)程的穩(wěn)定性，增大值，可以削弱振蕩傾向，但過(guò)大，將削弱調(diào)節(jié)作用，使調(diào)節(jié)過(guò)程的時(shí)間拖長(zhǎng)；增大TI值使比例作用相對(duì)增強(qiáng)，也能削弱振蕩傾向，但不宜過(guò)大，因?yàn)門I過(guò)大，調(diào)節(jié)作用的積分成分將過(guò)小，調(diào)節(jié)過(guò)程時(shí)間將很長(zhǎng)。比例積分微分調(diào)節(jié)(PID調(diào)節(jié)u

2

(2-8PDPDuKeS

(2-9 2 u1eTde

（2- DdtTD為微分時(shí)間。按照上式，PD調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)應(yīng)為Gs11T

(2-11 但嚴(yán)格式(2-11)PD調(diào)節(jié)Gs

TDs

(2-12TDKD

sKD5～10范圍內(nèi)。與上式相1u1

KD TDKD1tTDKD1t

(2-132-5給出了相應(yīng)的響應(yīng)曲線。式(2-13)中共有、KD、TD2-5果TD=0即沒(méi)有微分動(dòng)作，那么輸出u將按虛線變化?？梢?，微分動(dòng)作的引入使輸出的變化提前一段時(shí)間發(fā)生，而這段時(shí)間就等于TD。因此也可以說(shuō)，PD調(diào)節(jié)器有導(dǎo)前作用，其導(dǎo)前時(shí)間即是微分時(shí)間TD。圖2-5PD調(diào)節(jié)器的單位階躍響 圖2-6PD調(diào)節(jié)器的斜坡響最后可以，雖然工業(yè)PD調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)嚴(yán)格說(shuō)應(yīng)該是式(2-12)，但由于KD數(shù)值較大，該式分母中的時(shí)間常數(shù)實(shí)際上很小。因此為簡(jiǎn)單計(jì)，在分析控制系統(tǒng)的性能時(shí)，通常都忽略較小的時(shí)間常數(shù)，直接取式(2-13)PD調(diào)節(jié)器的傳在穩(wěn)態(tài)下dedt0，PDPD調(diào)節(jié)也是有差調(diào)應(yīng)當(dāng)特別，引入微分動(dòng)作要適度。這是因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)PD控制系統(tǒng)隨著微分時(shí)間TD增大，其穩(wěn)定性提高，但某些特殊系統(tǒng)也有例外，當(dāng)TD超出某一上限值后，2-7表示控制系統(tǒng)在不同微分時(shí)間的響應(yīng)過(guò)程。2-7PDtPIDtu或

e

2

(2-141 deueT0edtTDdt

(2-15 式中、TI和TDPI、PDPID1 GCs1TsTDs

(2-16 DDZ型調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為1GsK GsK

D1 D11KIT

TDsKD(2-17其 KFK；T(2-17

；T

KI為積分增益。2-8PID圖2-8工業(yè)調(diào)節(jié)器單位階躍響 圖2-9各種調(diào)節(jié)動(dòng)作對(duì)應(yīng)的響應(yīng)過(guò)1-2-3-4-5-2-9表示了同一對(duì)象在相同階躍擾動(dòng)下，采用不同調(diào)節(jié)動(dòng)作是具有同樣衰減率的響應(yīng)過(guò)程。顯然，PID同時(shí)作用時(shí)控制作用最PID作用調(diào)節(jié)3個(gè)需要整定的參數(shù)，如果這些參數(shù)整定不合適，則不僅不能發(fā)揮各種調(diào)節(jié)動(dòng)作T T如果被控對(duì)象傳遞函數(shù)可用Gp

選Ts

T＜0.2

T1.0選擇比例微分或比例積分微分動(dòng)作；當(dāng)

T＞1.0PID，通過(guò)計(jì)算取出理論計(jì)算數(shù)據(jù)只能作為試驗(yàn)調(diào)整時(shí)的參數(shù)數(shù)據(jù)。本章主要介紹調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法。 -尼柯法則一、第，在第法中通過(guò)實(shí)驗(yàn)，求控制對(duì)象對(duì)單位階躍輸入信號(hào)的響應(yīng)，如3-1起來(lái)像一條S3-2（如果響應(yīng)曲線不呈現(xiàn)為S。，SL和時(shí)間常數(shù)TS形曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)畫切線，確定切線與時(shí)問(wèn)軸和直線C(tK3-C(s)U3-1 S形響應(yīng)曲C(s)U 和尼柯提出用表3-1中的確定Kp、Ti和Td的表3-1基于控制對(duì)象階躍響應(yīng)的-尼柯調(diào)整法則（第法KiPTL0LL01.2L0KcrKcr是使系統(tǒng)的輸出首次呈現(xiàn)持續(xù)振蕩的增益提出，參數(shù)Kp、Ti和Td的值可以根據(jù)表3-2中給出的確定3-33-4Pcr表3-2基于臨界增益Kcr和臨界周期Pcr 調(diào)整法則（第二種方法KKiP00.45K11.203-5o工過(guò)程控制對(duì)象來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)WK(sWT(s)W0(s的極點(diǎn)都落在負(fù)實(shí)軸器的參數(shù)，使開環(huán)頻率特性WK(mj軌跡通過(guò)(-1，j0)點(diǎn)。用數(shù)學(xué)式表示oWK(mj)

(mj)W(mj)1e

(3-

WT(mj)﹑WO(m

jm時(shí)的廣義頻率特性，WT(mj﹑WO(mjWT(mj)RT(m,)TM(m,)ejT(m,TWO(mj)RO(m,)jIOOM(m,)ejOO

(3-(3-據(jù)式(3-1)RT(m,)

(m,)

RO(m,)

式 R'O(m,)jI'O(m,)

R'O(m,)jI'O1

(3-MT

jT(m,

RO(m,)jIO' eOM(m,)ejO(m,OOM(m,)ej['OO

(3-其 M

(m,)eJ['O(m,)]

MO

jO(m,R(m,)R'O 'IT(m,)IO(m,)'M(m,)M'O(m,)

(3- (3-T(m,)'OT式(3-6)是式(3-7)的實(shí)頻率特性法和虛頻率特性的表達(dá)式，式(3-7)傳遞函數(shù)，應(yīng)用式(3-1)或式(3-6)計(jì)算出在具有規(guī)定的衰減率下調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)3-5W(s)es

(3-為對(duì)象的飛升速度；為遲延時(shí)間。W(s) 式中W(mj)1

e

(3-而

(mj) emj)，則mW'O(mj)據(jù)式（3-7）

m

e(mj)

j(tan1111

(3-11

(3-0tan11 根據(jù)上述關(guān)系式就可計(jì)算出具有相對(duì)穩(wěn)定度為m時(shí)調(diào)節(jié)器的比例帶統(tǒng)希望有0.75的衰減率，即m0.221時(shí)，調(diào)節(jié)器整定計(jì)算如下。

tan1m

111

(3-由于對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)和均已知，所以比例帶就可由式（3-12）

1 1WTs1Ts

iTWmj1 T Tim1

(3-

Wmjmjemj因?yàn)閑

jsin

emm，代入式（3-

(3-Wmjmjemj emm

jsin

jsinsinjcos

據(jù)式（3-10）

j

m

1 i ii emi

1emmcossinmem

em

em

1em1m2

em

(3-2

2m

m

上式（3-17）中，有三個(gè)未知數(shù)、 和Ti，即方程組有多個(gè)解。如給定一

1 分時(shí)間Ti都能加快調(diào)節(jié)過(guò)程，且減小動(dòng)態(tài)偏差。設(shè)系統(tǒng)希望衰減率0.75，即m0.221，據(jù)式（3-17）

e0

（3-2

20221

10.221

e0

（3-

計(jì)算前應(yīng)先對(duì)

10，則據(jù)式（3-19）有

0

0

這表明0～1.35rad。取1.353-3

0、0.3、0.6、0.9、1.0、1.1、1.23-3PI調(diào)節(jié)器整定參數(shù)計(jì)算表(0000 000根據(jù)乘積最大原則，從上表知，應(yīng)取

（3-

iT2.8i

（3-如果希望系統(tǒng)獲得0.93-3-4PI調(diào)節(jié)器整定參數(shù)計(jì)算表(0000003-4可以看出，應(yīng)取0.9Ti

（3-比例積分微分調(diào)節(jié)器由比例帶、積分時(shí)間Ti、微分時(shí)間Td三個(gè)參數(shù)需要整定?，F(xiàn)包括頻率在內(nèi)有四個(gè)參數(shù)由兩個(gè)方程來(lái)確定的情況，即解的組數(shù)將是無(wú)窮個(gè)。T和T

T Ti0.25的關(guān)系是恰當(dāng)?shù)?就是說(shuō)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，先按比例積分調(diào)節(jié)器計(jì)算出Ti和

的比值原則再確定Td改Td 蕩(ψ=0.9)過(guò)程時(shí)調(diào)節(jié)器比例帶δs及過(guò)程上升時(shí)間Tr，據(jù)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各衰減曲的具體步驟是置調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間Ti→∞，微分時(shí)間Td→0，比例帶為一稍大的值；將系ψ=0.910:1的衰減過(guò)程。4:1(10:1)3-63-6(a)或(b)所示的曲線ψ=0.75時(shí)的振蕩周期Tsψ=0.9時(shí)的上升時(shí)間tr，結(jié)合此過(guò)程下的調(diào)節(jié)器比例帶s3-5計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。表3-5衰減曲計(jì)算1.20.81.20.82t 可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于ψ=0.75，采用比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律時(shí)相對(duì)于采用比例調(diào)節(jié)規(guī)律引入了引入提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，因此可將s減小至

s于邊界穩(wěn)定狀態(tài)，記下此狀態(tài)下的比例帶值，即臨界比例帶K以及振蕩周期TK，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)可以看出臨界比例帶法無(wú)需知道對(duì)象的動(dòng)將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間置于最大，即Ti→∞；置微分時(shí)間

=0；置比例帶4～53-7所示。.3-7據(jù)記錄曲線得振蕩周期TK，此狀態(tài)下的調(diào)節(jié)器比例帶為K3-6計(jì) P———躍響應(yīng)曲線求取一組特征參數(shù)、(無(wú)自平衡能力對(duì)象)或、、(有自平衡能力對(duì)象)，再據(jù)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。3-83-8(a)P作OC，TCB，CAB，則OC，、或、，然后按表3-7給出的經(jīng) 計(jì)算出調(diào)節(jié)器整定參數(shù)表3-7動(dòng)態(tài)參數(shù)法計(jì) 象就越不好控制，因此調(diào)節(jié)器的比例帶就應(yīng)取大一些，即與成正比。對(duì)于采用性，因而比例帶0.8倍。Ti的大小應(yīng)根據(jù)被調(diào)量波動(dòng)周期大小來(lái)確定，而遲延時(shí)間又是影響過(guò)渡過(guò)程周期的主要因素。因此，對(duì)象的遲延時(shí)間大，則積分作用就應(yīng)相對(duì)較弱，即積分時(shí)間Ti應(yīng)與成正比；有微分作用加入時(shí)，Ti間Td的值也應(yīng)據(jù)遲延時(shí)間 T1.5T T1.5TP T T2.6T T0.2時(shí)還是允許的。在考慮對(duì)象的自平衡率影響時(shí)，較準(zhǔn)確的經(jīng)驗(yàn)T3-83-83-70.2T將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間TiTd望的衰減率(ψ=0.75～0.9)則可，否則改變比例帶值，重復(fù)上述試驗(yàn)。將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間Ti由最大調(diào)整到某一值，由于積分作用的引入使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，這時(shí)應(yīng)將比例帶值1.2倍。作階躍擾對(duì)于采用三參數(shù)的調(diào)節(jié)器，在進(jìn)行完上述調(diào)整試驗(yàn)后，將微分時(shí)間Td由小到14:110:14:110:1衰減過(guò)程下的比例帶s和周期Ts。2，動(dòng)的幅度一般不會(huì)太大，不少生產(chǎn)過(guò)程是允許的。然而，對(duì)臨界比側(cè)帶K較小的控被調(diào)量處于等幅振蕩狀態(tài)；另有一些對(duì)象自平衡單容對(duì)象，從理論上講根本就，3躍響應(yīng)曲線上求出的特征參數(shù)、才具有較高的準(zhǔn)確性。4求出的T、就確，按表3-7和標(biāo)3-8計(jì)算出、Ti、Td自然也。汽包水位是鍋爐運(yùn)行中一個(gè)重要的參數(shù)它間接反映了鍋爐蒸汽負(fù)荷與給水人工控制給水量來(lái)維持汽包水位不僅操作繁重，而且是非常的。所以，鍋爐運(yùn)行積變化的各種因素都是給水控制對(duì)象的擾動(dòng)。其中主要的擾動(dòng)有：給水流量W、鍋4-11-2-3-4-汽包及水循環(huán)5-過(guò)熱 圖4-2給水流量階躍擾動(dòng)下的響應(yīng)曲4-2W4-22所示。水位控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性表現(xiàn)為有慣性、無(wú)4-2中曲3為不考慮物質(zhì)不平衡關(guān)系，只考慮給水流量變化時(shí)水面下汽泡容積213 sHs

（4- W 1 s1r——e——響應(yīng)速度，即給水流量改變一個(gè)單位流量時(shí)，水位的變化速度，[(mm·s-1)／(t·h-1)]。rs4-22

OB

（4-

OA

1式中W--1當(dāng)然，也可以采用的倒數(shù)Ta

（稱為響應(yīng)時(shí)間）T1

（4- 100％(0)，水于容量為670t／h，參數(shù)13.72MPa、540℃的壓爐，r=5～10s，=0.0095～H的控制是有利的。但是，如果按鍋爐容量的增大來(lái)計(jì)算響應(yīng)速度(1％來(lái)計(jì)算)，則得到的相對(duì)響H控制的要求也越高。4-3H1曲線所示。4-3H2所示，實(shí)際的水位變化 sHs

(4- Ds 1T 2式中T2——H2曲線的時(shí)間常數(shù)；e——Hl曲線的響應(yīng)速度。圖4-3蒸汽流量階躍擾動(dòng) 圖4-4量擾動(dòng)下的水位特性。但是蒸發(fā)強(qiáng)度增大同樣也使水面下汽泡容積增大，因此也會(huì)出現(xiàn)虛假水位現(xiàn)象4-44-3有些相似。只是在這種情況小，從而使水位上升較少。另外，由于蒸發(fā)量隨量的增加有慣性和時(shí)滯，如圖4-4中虛線所示，這就導(dǎo)致遲延時(shí)間B較長(zhǎng)。。4-5所示。4-5H、蒸汽D和給水流量W三個(gè)信號(hào)(所以稱三沖量控制系統(tǒng))。其輸出信號(hào)去控制給水流制信號(hào)與蒸汽流量信號(hào)的變化方向相同，所以調(diào)節(jié)器處，主蒸汽流量信號(hào)VD為此在調(diào)節(jié)器處，給水流量信號(hào)VW為負(fù)極性的。當(dāng)汽包水位H增加時(shí)，為了維持向與水位信號(hào)的變化方向相反，因此調(diào)節(jié)器處水位信號(hào)VH應(yīng)定義為負(fù)極性。但器的水位變送器信號(hào)VH4-5所示。對(duì)應(yīng)的三個(gè)信號(hào)VH、VD、VWPI調(diào)節(jié)器，靜態(tài)時(shí)，這三個(gè)輸入信號(hào)V0相平衡，VD-VW+VH

或V0-VH=VD-

(4-如果在靜態(tài)時(shí)使送入調(diào)節(jié)器的蒸汽流量信號(hào)VD與給水流量信號(hào)VW相等，則水位信號(hào)VH就等于給定值信號(hào)V0，即汽包中的水位將穩(wěn)定在某一給定值。如果在靜態(tài)時(shí)VD≠VW，則汽包中的水位穩(wěn)定值將不等于給定值(即VH≠V0)時(shí)VD=VW4-5p-差壓變送器 -開方器；PI給水調(diào)節(jié)器；KZ-執(zhí)行機(jī)構(gòu)WD-4-6W1-給水流量擾動(dòng)；W2-調(diào)節(jié)閥對(duì)給水量的調(diào)節(jié)作用；W-(W1+W2)D-蒸汽流H、W、D-w、D-

KZ-K-單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的原理框圖如圖4-6由水位控制對(duì)象W01s、水位變送器H和內(nèi)回路組成的外回路(或稱主回路)D及蒸汽流量測(cè)量裝置DD4-7可以近似認(rèn)為是比例環(huán)節(jié))和積分時(shí)間Ti和Ti的具體數(shù)值可以用試探方法決定以保證內(nèi)回路不振蕩為原則，一般Ti≤100s。在分特性，和Ti又設(shè)置的較小，故它能快速動(dòng)作。當(dāng)外來(lái)控制信號(hào)V改變時(shí)，調(diào)節(jié)器幾乎立即成比例地改變給水流量W，使V=VW，即V

W

(4-W4-74-8來(lái)近似表示。因此主回路也就可以表示4-94-9流量變化W作為輸入而以水位測(cè)量變送單元的輸出電壓VH

WW器是一個(gè)具有比例特性的調(diào)節(jié)器，它的等效比例帶W圖4-8圖4-7的近似方框 圖4-9三沖量給水控制系統(tǒng)的主回路等效方框?qū)ο蟮妮斎胄盘?hào)為給水流量變化W(th)，輸出信號(hào)為水位測(cè)量變送單元的輸出HH應(yīng) 可得下述計(jì)

（4-

（4-W由此可見，當(dāng)變送器的斜率已經(jīng)確定后，增大給水流量的靈敏度W等于增加主回路調(diào)節(jié)器的比例帶，因而使給水流量動(dòng)作減慢，增加主回路的穩(wěn)定性(減少主回路內(nèi)回路振蕩的傾向，因此由于提高主回路的穩(wěn)定性而增加W時(shí)，必須相應(yīng)地增加調(diào)節(jié)器的比例帶以保證內(nèi)回路的穩(wěn)定性。

4.104.6給水流量反饋裝置的傳遞系數(shù)W。及調(diào)節(jié)器參數(shù)、Ti的數(shù)值后，系統(tǒng)的方框圖就4-10來(lái)表示。蒸汽流量前饋環(huán)節(jié)D、D)不在控制系統(tǒng)反饋回路之內(nèi)，因H不發(fā)生變化的原則來(lái)確定前饋環(huán)節(jié)的參數(shù)。

DD

s

sW

W0D DsD

（4-量信號(hào)靜態(tài)配合的原則選擇D。如果要求在不同負(fù)荷時(shí)，水位的穩(wěn)定值不變，則DDW一般蒸汽流量變送設(shè)備的斜率D等于給水流量變送設(shè)備的斜率WD

（4-（4-即蒸汽流量前饋裝置的傳遞系數(shù)(蒸汽流量信號(hào)的靈敏度D等于給水流量反饋裝置的傳遞系數(shù)WC。4-11所示。與單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)相比，器4-11PI14-12是串級(jí)三沖量給水系統(tǒng)的方框圖。這個(gè)系統(tǒng)也是由兩個(gè)閉合回路和前饋4-12由給水流量W、給水流量變送器W、給水流量反饋裝置WPI2KZK由被控對(duì)象W01s、水位測(cè)量變送器HPI1DD及蒸汽流量前饋裝置D構(gòu)成隨動(dòng)系統(tǒng)，以使副回路具有快速消除內(nèi)擾及快速蒸汽流量的能力。圖4-12中所4-7所示的內(nèi)回路完全相似，其分析整定原則完全相同。即用試探的裝置的傳遞函數(shù)WW以后有必要改變，則應(yīng)相應(yīng)地改變值，使W保持試探時(shí)的值，以保證內(nèi)回路的穩(wěn)定性。4-4-13所示。這時(shí)，主回路等效為一個(gè)單回路控制系統(tǒng)。如果以給水量W為被控對(duì)象的輸入信號(hào)，水位變送單元的輸出VHPI1調(diào)節(jié)器與副回路兩者看 1 1WT1s 1Ts

（4-W 1 i1

（4- 1W式中1——PI1等效主調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間TPI1調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間T 階躍響應(yīng)曲線，并由曲線上求得r和e，再按響應(yīng)曲線整定法中給出的計(jì)算等

11T

（4-PI1

W

W

（4-

T

（4-iW 流量WW的等效調(diào)節(jié)器比例帶，可以通過(guò)改變來(lái)調(diào)整iW 時(shí)兼顧內(nèi)回路的穩(wěn)定性。串級(jí)三沖量系統(tǒng)中的等效主調(diào)節(jié)器的比例帶 1WPI1調(diào)節(jié)器的比例帶來(lái)調(diào)整。因此，調(diào)整 路的工作穩(wěn)定性，從而做到主、副回路互不影響，即副回路的穩(wěn)定性由改變W來(lái)保證，主回路的穩(wěn)定性由改變1來(lái)保證。蒸汽流量前饋裝置的傳遞函數(shù)D總是等于給定值。因此，就不要求送到副調(diào)節(jié)器的蒸汽流量信號(hào)VD等于給水流量信DDKW

K

（4-D

K(第一個(gè)波峰)往往出現(xiàn)在擾動(dòng)發(fā)生后不久(虛假水位現(xiàn)象造成)，這個(gè)水位最大偏差的數(shù)值決定于擾動(dòng)的大小、擾動(dòng)的速度和鍋爐短控制過(guò)程的時(shí)間，因此蒸汽流量信號(hào)也不需過(guò)分加強(qiáng)(K2)。H但它同時(shí)還考慮系統(tǒng)間的切換、控制的切換，因而控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。單元4-144-14所示。這是一個(gè)兩段控制的方案，用改變調(diào)節(jié)閥門的開度來(lái)PI3輸出的控制信號(hào)去控制主給水調(diào)節(jié)閥(大閥，設(shè)置了調(diào)節(jié)閥差壓控制子系統(tǒng)，在高、低負(fù)荷下均用PI4來(lái)調(diào)節(jié)給水調(diào)節(jié)閥差壓為定值給水泵在安全轉(zhuǎn)速內(nèi)工作。當(dāng)閥門兩端差壓一定時(shí)，其流量與開度，4-15PI1控制PI3改變調(diào)速泵轉(zhuǎn)PI4經(jīng)比例偏置環(huán)節(jié)去改變閥門開度來(lái)改變泵出口壓力。在給水泵出口和4-15300MW圖4-16為給水熱力系統(tǒng)示意圖。從除氧器出來(lái)的給水，由給水泵送入高壓加熱包括兩臺(tái)電動(dòng)泵和一臺(tái)汽動(dòng)泵，每臺(tái)電動(dòng)泵容量為50％MCR(最大額定流量)，汽動(dòng)100％MCR。在啟動(dòng)和低負(fù)荷工況下電動(dòng)泵運(yùn)行，正常工況下汽動(dòng)泵運(yùn)行，保證泵的安全特性，此時(shí)為兩段調(diào)節(jié)。高負(fù)荷時(shí)，閥門開到最大，為減少阻給水 給水熱力系統(tǒng)示意4-174-17中增加了壓力補(bǔ)償環(huán)節(jié)，根據(jù)汽、水密度與汽包壓力的函數(shù)關(guān)系，得到水位校正系統(tǒng)的運(yùn)算為f1pb2bH fp2b

（4-pb———汽包水位測(cè)取了左、中、右三個(gè)測(cè)點(diǎn)。正常情況下通過(guò)切換開關(guān)TNC點(diǎn)，對(duì)三個(gè)信號(hào)（Hii1，2，3）H送器故障時(shí)Hi與H相差很大，可發(fā)出聲光。同時(shí)在邏輯信號(hào)作用下T切換至4-18開關(guān)TNCB兩個(gè)測(cè)量信號(hào)中較大的一個(gè)(以便使實(shí)際給水流量不會(huì)過(guò)大)經(jīng)過(guò)給水溫度的補(bǔ)償和慣性阻尼環(huán)節(jié)，作為給水流量測(cè)量信號(hào)。當(dāng)任一變送器故障時(shí)，通過(guò)邏輯線路使T切向NO，將該路變送器輸出置0，同時(shí)發(fā)出聲、光，三級(jí)減溫水量。圖4-17水位壓力自動(dòng)校正線路 圖4-18給水流量測(cè)量線路4-19D 2bP2P式(4-25)中a、bb 4-204-214-4-1/電/汽并列電動(dòng)泵25此階段采用單沖量系統(tǒng)通過(guò)控制給水旁路閥門開度來(lái)維持汽包水位在給定范圍1AM5O0～1004-204-21PI4HH03AMf1(x)2AM手／自動(dòng)操作器使電動(dòng)泵維持在最低轉(zhuǎn)速nmin運(yùn)行。輸出值隨控制信號(hào)(PI4的輸出)變化。通過(guò)PI3的自動(dòng)去控制電動(dòng)泵轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)PI4為變參數(shù)調(diào)節(jié)器。3．30％～100DPI3PI3還接受給水流量W的反饋PI3的輸出2AM的輸出，如果此時(shí)汽泵也手動(dòng)，則PI1(D-W)信號(hào)，對(duì)象機(jī)理復(fù)雜工況經(jīng)常大幅度變化等現(xiàn)場(chǎng)條件建立精確的數(shù)學(xué)模型是非常的。在自動(dòng)控制產(chǎn)生之前，人們?cè)谏a(chǎn)過(guò)程中只能采用手動(dòng)方式來(lái)完成對(duì)事物的控→決策→-腦-（（D調(diào)解器等5-15-1所示。5-2表示。5-2A/D、D/A、模糊控制器（圖中虛線框所示、被控對(duì)象、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成，它的部分為模糊控制器。模糊控制器的工ee以一定方法模糊化，ee（e實(shí)際上是一個(gè)模糊向量e與模糊控制規(guī)則根據(jù)模糊R進(jìn)行模糊決策，得到模糊控制量u為：ue05-25-3所示：“一維模糊控制器”E?！叭S模糊控制器”的三個(gè)輸入變量分別為系統(tǒng)偏差量E、偏差變化量EC和偏差變化的變化率ECC。由于這類模糊控制器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，推理運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)，因5-3（a）一維模糊控制 （b）二維模糊控制器（c）三維模糊控制5-4所示：圖5-4模糊控制器結(jié)要直接設(shè)計(jì)一個(gè)多變量模糊控制器是相當(dāng)?shù)囊虼耸紫认氲降氖抢媚：啬：刂破鞯脑O(shè)計(jì)上很大方便，并得到大大簡(jiǎn)化。模糊控制規(guī)則作為手動(dòng)操作人員和長(zhǎng)期控制領(lǐng)域?qū)＜业挠嘘P(guān)知識(shí)的總結(jié)和對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的一個(gè)知識(shí)模型，在整個(gè)模糊控制器的設(shè)計(jì)中占有非常重要的地位。法外，根據(jù)人們對(duì)事物的判斷往往沿用正態(tài)分布的思維特點(diǎn)，還常采用正態(tài)函數(shù)xa2u(x)exp a 值較小，模糊控制器的控制靈敏度較高；aaa0.4-0.8。IfAthenIfAandBthenIfAthenifBthenIfAorBandCorDthenIfAthenBandifAthenifE=AthenifC=BjthenCij=BthenU=C(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)，式中C、U分別代表誤差、誤差變化和控制模糊變量。XX點(diǎn)處隸屬i=e1*(n/e)ke=n/eii位置上與最大隸e1的模糊化量。類型也存在合理的選擇采樣時(shí)間的問(wèn)題采樣定理給出了選擇采樣周期的上限，T、執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)時(shí)間、計(jì)算機(jī)控制算法所需時(shí)間、計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)性等多方面因素、PIPI可實(shí)現(xiàn)控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整。在對(duì)經(jīng)典的PI控制和模糊PID串級(jí)控制介紹的基礎(chǔ)上利用中的工具對(duì)二者進(jìn)行了仿真研究并給出了仿真的結(jié)果利用中的工具箱和模糊邏輯工具箱對(duì)經(jīng)典PID控制系統(tǒng)和PID

S

s387.35s2KIKD設(shè)為0KP置較小的值，使系統(tǒng)投入穩(wěn)定運(yùn)行，KP，直到系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩，即臨界振蕩過(guò)程，記錄此時(shí)臨界振KP和臨界振蕩周期T；按照經(jīng) ：KP=0.6KP，K

=1.2K

/T，KD=0.

KPT校正裝置類型整定相應(yīng)的PID圖6-1PID PID0.3）、KI為(-0.06，0.06)、KD為（-3，3），取相應(yīng)論域上的語(yǔ)言值為負(fù)大（NB）、所示；表6-1為PID控制的3個(gè)參數(shù)（KPKIKD） eeBBMNMSSMOSSOO 表6-1kp、ki、kd的模糊控制規(guī)則SMS圖6-6模糊PID6-76-8PID6-9的仿真曲線可以看出，曲線的超調(diào)量很小，同時(shí)比PID0.17s0.3s時(shí)受到階躍干擾后，6-9PID（1）間比較短;（2）PID串級(jí)控制系統(tǒng)的超調(diào)量比較小。 PIDPID控制系統(tǒng)具有整通過(guò)對(duì)鍋爐三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)分別采用模糊控制器和PID控制器進(jìn)行系/[1]等 與控制系統(tǒng)仿真.電子工業(yè)出社.2005:101-/[2],.過(guò)程控制..1993:33-羅萬(wàn)金.電廠熱工過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié).中國(guó)電力.1991：178-KatsuhikoOgate.Mo