【正文】 荷不同的情況下，水位均無(wú)靜差，如前所述，其條件為 ： DDGG nn ?? ? 通常有 DG ?? ? ，所以： DG nn ? 。 串級(jí)三沖量 給水控制系統(tǒng)的參數(shù) 整定 主、副調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定 在串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)中，副回路是一個(gè) PI 調(diào)節(jié)器 2()TWs， 一般用試探法整定副回路的 2/ Gn? 和 2iT 。 副回路可看作一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，如圖 34 所示。當(dāng)給水被控對(duì)象 “ 虛假水位 ” 嚴(yán)重時(shí)，需加大蒸汽流量信號(hào)的作用強(qiáng)度，以改善控制過程品質(zhì)，此時(shí)可取 Dn ＞ 1，并通過試驗(yàn)來(lái)減小Gn， Dn / Gn 最好為 整數(shù)（一般為 2，即 Gn =）。 主回路的整定是建立在副回路可以等效為一個(gè)快速比例環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上的。 1111iiHGGTTn???????? （ 37） G? 和 H? 為已知，所以回路只要整定 Gn 、 1? 和 1iT 的問題，用以下經(jīng)驗(yàn)公式整定： ???? ??iT 所以 ???? ??11????iGGHTn 由式（ 36）和式（ 37）兩式可知： GGnn????121?? 即當(dāng) Gn 增加時(shí)，內(nèi)回路穩(wěn)定性降低，外回路穩(wěn)定性增強(qiáng)，反之相反。負(fù)號(hào)表示前饋調(diào)節(jié)方向與虛假水位方向相反。 下面分別對(duì) 主 、副 回路 進(jìn)行 整定 。因?yàn)檎{(diào)節(jié)通道放大系數(shù)較大，副調(diào)節(jié)回路可等效為反饋回路的倒數(shù)。 單級(jí)三沖量 副回路 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖及仿真圖見圖 37 和圖 38， 內(nèi)回路經(jīng)過整定后，其控制過程非常快，為調(diào)節(jié)器為比例積分 特性， ? 和 iT 設(shè)置的較小，故 它 能快速動(dòng)作，則 副回路可以看成具有近似比例特性的快速隨動(dòng)系統(tǒng)。 圖 312為單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的仿真圖，圖 312 表明整定后的系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和抗干擾性。 圖 317 說明對(duì)應(yīng) 有前饋通道的 系統(tǒng)能夠抵抗蒸汽流量擾動(dòng)，系統(tǒng)最后達(dá)到穩(wěn)定值 0，而圖 318 說明對(duì)應(yīng)無(wú)前饋通道的系統(tǒng)不能夠抵抗蒸汽流量擾動(dòng)，系統(tǒng)穩(wěn)定值為 ，存在靜態(tài)偏差。當(dāng)給水被控對(duì)象 “ 虛假水位 ” 嚴(yán)重時(shí)，需加大蒸汽流量信號(hào)的作用強(qiáng)度，以改善控制過程品質(zhì)，此時(shí)可取 Dn ＞ 1，并通過試驗(yàn)來(lái)減小Gn， Dn / Gn 最好為整數(shù)（一般為 2，即 Gn =）。 主回路的仿真 主回路的整定是建立在副回路可以等效為一個(gè)快速比例環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上的。 前饋通路的 仿真 在串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)中，水位偏差完全由主調(diào)節(jié)器校正，使靜態(tài)水位值總是等于給定值 。 在 600s 和 800s 處分別加內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 34 入給水流量和蒸汽流量擾動(dòng)。下面具體分析串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)在給水流量擾動(dòng)和蒸汽流量擾動(dòng)下的抗干擾性能。 蒸汽流量擾動(dòng)是外擾，在串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)中當(dāng)蒸汽流量發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，蒸汽流量信號(hào)使給水調(diào)節(jié)閥一開始就向正方向移動(dòng)，保持給水量和蒸汽流量平衡，即蒸汽流量增加，給水調(diào)節(jié)閥開大，抵消了由于 “ 虛假水位 ” 引起的反方向動(dòng)作因而減少了水 位和給水流量的波動(dòng)幅度。但這種擾動(dòng)發(fā)生后，系統(tǒng)是通過反饋?zhàn)饔脕?lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的，所以系統(tǒng)調(diào)節(jié)會(huì)存在一定的遲延，不如調(diào)節(jié)前饋擾動(dòng)量及時(shí) 。而串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)則由主 、副兩個(gè) PI 調(diào)節(jié)器分別控制兩個(gè)回路。對(duì)于單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)，如蒸汽流量信號(hào)與給水流量信號(hào)不相等，則將選成水位的靜態(tài)偏差。主調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)和給水流量，蒸汽流量都作用到副調(diào) 節(jié)器 P12 上 ， 在一般的情況下，副調(diào)節(jié)器可采用比例調(diào)節(jié)器，以保證副回路的快速性。恰恰相反，在這里可以根據(jù)對(duì)象在外擾下 “ 虛假水位 ” 的嚴(yán)重程度來(lái)適內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 41 當(dāng)加強(qiáng)蒸汽流量信號(hào)的作用強(qiáng)度，從 而改變負(fù)荷擾動(dòng)下的水位控制品質(zhì)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 42 結(jié) 論 本文介紹了發(fā)電廠的概況和熱工自動(dòng)化在電廠中的應(yīng)用，說明了鍋爐水位控制的重要性，主要 掌握 了氣泡鍋爐給水控制對(duì)象 的動(dòng)態(tài)特性，分析了 給水流量擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特性、蒸汽流量擾動(dòng)下的水位的動(dòng)態(tài)特性和爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特性 。在 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng) 與 單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng) 的參數(shù)整定過程中，由于 串級(jí) 三沖量給水控制系統(tǒng) 主、副回路可以看成獨(dú)立工作的，而在 單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng) 中是相互影響的，因而 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng) 的參數(shù)更容易整定 。 最后，十分感謝論文評(píng)審組的各位 教授、老師，感謝你們?cè)诎倜χ?，抽出寶貴的時(shí)間，提出你們寶貴的意見，謝謝！ 。同時(shí)非常感謝我的指導(dǎo)老師 席東民 ，在設(shè)計(jì)過程中，他給我提供了大量的資料，并進(jìn)行耐心細(xì)致的指導(dǎo)，在對(duì)我的設(shè)計(jì)思路、仿真實(shí)驗(yàn)和結(jié)果上都提出了很好的建議，為我能夠及時(shí)完成設(shè)計(jì)提供了莫大的幫助。通過仿真證明 了串級(jí)三沖量 給水控制系統(tǒng) 能夠有效的克服“虛假水位”現(xiàn)象和內(nèi)擾， 副回路 能 快速消除給水流量擾動(dòng)，前饋通路用于補(bǔ)償蒸汽流量擾動(dòng)，克服 “ 虛假水位 ” 現(xiàn)象 。 由仿真圖可知，串級(jí)系統(tǒng) 的抗擾性能要好。這樣，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，水位穩(wěn)定值是靠主調(diào)節(jié)器 PI1來(lái)維持的。 總而言之， 單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)與串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)相比較，串級(jí)控制系統(tǒng)是 有兩個(gè)回路 ，以及當(dāng)蒸汽負(fù)荷改變時(shí)迅速調(diào)節(jié)給水流量 。因此， Gn 大小在單級(jí)和串級(jí)給水控制系統(tǒng)里產(chǎn)生的影響不一樣。 蒸汽流量擾動(dòng)是外擾，在三沖量給水控制系統(tǒng)中 當(dāng)蒸汽流量發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，蒸汽流量信號(hào)使給水調(diào)節(jié)閥一開始就向正方向移動(dòng)，保持給水量和蒸汽流量平衡，即蒸汽流量增加，給水調(diào)節(jié)閥開大，抵消了由于 “虛假水位 ”引起的反方向動(dòng)因而減少了水位和給水流量的波動(dòng)幅度 ， 就這一點(diǎn)來(lái)說串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)優(yōu)于單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng) 。 給水流量擾動(dòng)是內(nèi)擾，串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)中主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是校正水位，這比單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的工作更為合理。 圖 328 串級(jí)三沖量給水流量擾動(dòng)下 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖 圖 329 串 級(jí) 三沖量給水流量擾動(dòng)下 仿 真圖 圖 330 和圖 331 分別為有、無(wú)前饋裝置 串 級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)在蒸汽流內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 37 量擾動(dòng)下 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖，對(duì)應(yīng)仿真圖分別為圖 332 和 圖 333。調(diào)整后如圖 326 所示，在 600S 和 800s 處分別加入給水流量和蒸汽流量擾動(dòng)，如圖 327 超調(diào)為 45%， Ts 為內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 35 450s，顯然性能變好 ， 115, 11 ?? iT? s。 在負(fù)荷開始變化時(shí)，為使蒸汽流量信號(hào)更好地補(bǔ)償 “ 虛假水位 ” 現(xiàn)象，改善負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)過程的質(zhì)量，一般使蒸汽流 量信號(hào)大大高于給水流量信號(hào)，一般 K=2。 圖 321 串級(jí)三沖量 給水控制系統(tǒng) 主回路等效圖 根據(jù) 響應(yīng)曲線整定法中給出的計(jì)算等效主調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)， 30, ?? ?? ，可求得 1? 、 1iT 為 sT iGH 11?????????????? ?? )9911( 1)11(1 111 ???? sTW iT ? 主回路 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖及仿真圖見圖 322 和圖 323。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法，將 2? 、 2iT 取的很小，一般情況下積分時(shí)間 2iT ≤ s10 ，試探過程中，可以任意設(shè)置 Gn 值，就可以得到一個(gè)滿意的比例帶 2? 值 ： )11(1)( 222 sTsW iT ?? ? = 11(1 ) 2s? 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的 副回路 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖及仿真圖見圖 319 和圖320。所以前饋通道能夠抵抗蒸汽流量的擾動(dòng)，使系統(tǒng)性能良好。 圖 311 單級(jí)三沖量的 SINMULINK 結(jié)構(gòu)圖 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 圖 312 單級(jí)三沖量的仿真圖 單級(jí)三沖量 給水控制系統(tǒng)在 給水流量擾動(dòng)下 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖及仿真圖如圖313 和 314 所示，在給水流量的擾動(dòng)下，水位雖然有波動(dòng) ， 但是由于 內(nèi)回路特性抵抗了給水流量的擾動(dòng)，使系統(tǒng)最后達(dá)到穩(wěn)定值 0。 圖 39 單級(jí)三沖量主回路的等效 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 圖 310 單級(jí)三沖量主回路的等效仿真圖 蒸汽流量前饋環(huán)節(jié) 不在 控制 系統(tǒng)反饋回路之內(nèi)，因此它們的動(dòng)態(tài)特性及取值大小不會(huì)影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定值，故可以根據(jù)蒸汽流量擾動(dòng)時(shí)使水位不發(fā)生變化的原則來(lái)確定前饋環(huán)節(jié)的參數(shù)，因此 前饋裝置 Dn 的 整定 ， 根據(jù)無(wú)靜差原則得 ： ??? GD GGD nnn ?? 如圖 311 為單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖， 由于給定值為 ，水位測(cè)量變送器傳遞系數(shù) 為 ， 所以示波器輸出穩(wěn)定值為 100mm。一般取積 分時(shí)間 iT ≤10s，試探過程中，可以任意設(shè)置 Gn 值，得到一個(gè)滿意的比例帶 ? 值后，再次改變 Gn 值，改變時(shí)須使 Gn /? 保持不變，即保證內(nèi)回路的開環(huán)放大倍數(shù)不變。在試探時(shí)，給水流量反饋裝置的傳遞函數(shù)可設(shè)置為任意數(shù)值，以得到滿意的比例帶值。 這時(shí)有 ： GGGGDD nnKn ??? ?? 1?K 若 GD ?? ? ，則 ： GD Knn ? 1?K 單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的 MATLAB仿真 電廠水位對(duì)象研究中給水流量傳函和蒸汽流量傳函為： WD1(S)= ? ?? ?HSGS = )301( SS ?[ htmm/ ] WD2(S)= )( )(SDSH= S151 ? — [ htmm/ ] 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 水位測(cè)量變送器傳遞系數(shù)： H? =，給水變送器斜率： fK =2， 給水流量與蒸汽流量測(cè)量變送器傳遞系數(shù)： G? = D? =。則有 22222iiGTTn????? ??? 111 ii TT ???? ??? ? ??????11??iGHT 前饋通路的設(shè)計(jì) 前饋通路的簡(jiǎn)化圖見圖 36，通路中 Dn 的選擇是基于 “ 虛假水位 ” 情況而定的。 圖 35 主回路等效圖 把 )(1sWD 看成是被控對(duì)象，其余的環(huán)節(jié)可看成是等效調(diào) 節(jié)器。 式（ 35）表明，副回路的等效調(diào)節(jié)器也可看作一個(gè) PI 規(guī)律的調(diào)節(jié)器。 )()( )()( 22 sWKnsG ssW TZGGT ?? ??? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 若 )(2 sWT 采用型如 )11(122 sTi??的調(diào)節(jié)規(guī)律，則 )11()( )()( 222 sTKnsG ssW iZGGT ???? ??? （ 35） 式中 2? — 副調(diào)節(jié)器比例帶； 2iT — 副調(diào)節(jié)器積分時(shí)間。它主要是為了補(bǔ)償 “ 虛假水位 ” 現(xiàn)象。 根據(jù)水位在內(nèi)擾時(shí)動(dòng)態(tài)特性 1()DWs，整定外回路等效調(diào)節(jié)器的比例帶 外? ，即確定 Gn 的 值，在改變 Gn 值時(shí)，要保證已經(jīng)整定好的 / Gn? 比值不變。 圖 33 前饋通路 令 ()B D DW s n ?? ，而 ( ) 1/T G GW s n ?? ，那么完全補(bǔ)償條件為 ： )()( )()( 12 sWsW sWsW DT DB ?? 把 ()BWs和 ()TWs的值代入得 ： )( )(12 sW sWnn DDD GGD ??? ?? （ 34） 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 在式（ 34）中，負(fù)號(hào)是由前饋裝置極性開關(guān)實(shí)現(xiàn)， G? 、 D? 的值是變送器的斜率，一般是給定的。 另外， )(1sWD 的對(duì)象特性可用試驗(yàn)方法測(cè)得，它實(shí)際上就是在水位 G 擾動(dòng)下， HV的變化曲線，從曲線上可求出飛升速度 ? ，遲延時(shí)間 ? 。一般取積分時(shí)間 sTi 10? ，試探過程中，可以任意設(shè)置 Gn 值，得到一個(gè)滿意的比例帶 ? 值后，再次改變 Gn 值，改變時(shí)須使 /Gn ? 保持不變，即保證副回路的開環(huán)放大倍數(shù)不變。如果把調(diào)節(jié)器以外的環(huán)節(jié)等效地看作被控對(duì)象，那么被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性近似為比例環(huán)節(jié)。如果控制對(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，就可以考慮采用 PI