【正文】 本身的控制性能就差，同時還可能使主回路的控制性能惡化。 串級汽溫控制系統(tǒng)的整定在如圖23所示的串級系統(tǒng)中，因為兩個調(diào)節(jié)器串在一起，在一個系統(tǒng)中工作，相互之間或多或少的有些影響，因此在串級系統(tǒng)的整定要比簡單系統(tǒng)復雜些。利用級數(shù)展開和低階近似，惰性區(qū)的動態(tài)特征可表示為： （26）式中 如果控制對象及其導前區(qū)動態(tài)特性可以用式（24）、（25）來表示，而且有和，那么當 時（和分別為和分母中s項的系數(shù)），可以滿足主、副調(diào)節(jié)器按圖24分別整定的條件，而惰性區(qū)對象表示為 （27）這樣避免了由和計算出的麻煩，尤其用階躍響應實驗曲線整定主調(diào)節(jié)器時更為簡便。雖然整定的結果并不能保證串級系統(tǒng)在最佳的條件下工作，但是它可以使系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定性裕度，因而使整定后的串級系統(tǒng)具有正常運行的基本條件，在主、副調(diào)節(jié)器不能分別獨立整定時，這可以作為整定串級控制系統(tǒng)的一種使用方法。圖26 導前汽溫微分信號的雙回路汽溫控制系統(tǒng) 導前微分控制系統(tǒng)的分析對于如圖27所示的控制系統(tǒng)，當去掉導前汽溫的微分信號時，系統(tǒng)就成為單回路控制系統(tǒng)，如圖28（a）所示，控制對象的遲延、慣性較大。按等效為串級控制系統(tǒng)的整定方法來整定 采用導前汽溫微分信號的控制系統(tǒng)等效為串級控制系統(tǒng)方框圖見圖29。下面就對Smith預估補償?shù)脑磉M行更詳細地介紹。用衰減曲線法整定參數(shù)得， 加上Smith預估器用MATLAB進行仿真，其結構圖如圖34所示，其仿真曲線如圖35所示。它在Smith補償模型之外加了一個除法器，一個導前微分環(huán)節(jié)和一個乘法器。當主副控制器均為比例積分作用時，整個系統(tǒng)可以達到穩(wěn)態(tài)無余差。下面我們就從系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性方面進行分析設計，主汽溫的原理方框圖如圖41所示。提高了對大慣性、大遲延過程控制的有效性。于是代入傳遞函數(shù)進行仿真，當時間常數(shù)合適時控制品質很好，但當時間常數(shù)有所變動時，系統(tǒng)顯示了明顯的不適應，即它的魯棒性還不是很好。圖311 Simulink結構圖圖312 對象參數(shù)準確的情況下系統(tǒng)階躍給定響應曲線圖313 改變對象參數(shù)后的仿真圖第四章 主蒸汽溫度控制系統(tǒng)的設計與仿真在火電廠中，主汽溫這一調(diào)節(jié)對象是一個時變的、非線性、大滯后、大慣性的復雜控制對象，控制起來是相當不容易。由副控制器 與組成副隨動控制系統(tǒng)用于使觀測器輸出值與系統(tǒng)的輸出保持同步。 增益自適應補償方案圖38 增益自適應補償方案Smith預估補償控制實質上是PID調(diào)節(jié)器連續(xù)地向補償器傳送信號，作為輸入而產(chǎn)生補償器輸出。第一項為擾動對象只有時才產(chǎn)生控制作用，當時無控制作用。解決具有純遲延的過程控制是一個比較棘手的問題，對于閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的純遲延若單單采用上述的串級控制等方案是無法保證其控制質量，且響應速度也和很慢，如果在控制精度很高的場合，則須采取其他控制手段，例如補償控制，采樣控制等等。但是汽溫對象的惰性區(qū)傳遞函數(shù)的階次都是高于一階的（通常），那么，式（219）等號兩邊就只能作到近似相等，而不能實現(xiàn)完全補償。在動態(tài)時，調(diào)節(jié)器將根據(jù)的微分信號和與的給定值之間的偏差而動作；但在靜態(tài)時，的微分信號消失，過熱汽溫必然等于給定值。從圖25或式（213）的關系中可知，所造成的等效控制對象只能在控制對象原有的基礎上，通過選擇的參數(shù)使它比較有利于控制。③ 整定指標的選擇。如果控制對象惰性區(qū)的容積數(shù)目較多，同時又有主要擾動落在副回路以外的話，就可以考慮采用PID調(diào)節(jié)器。串級控制系統(tǒng)對進入副回路的擾動有很強的克服能力，為發(fā)揮這一特殊作用，在系統(tǒng)設計時，副參數(shù)的選擇應使得副回路盡可能多的包括一些擾動。當過熱汽溫升高時，增加，主調(diào)節(jié)器輸出減小，副調(diào)節(jié)器輸出增加，減溫水量增加，過熱汽溫下降。調(diào)節(jié)送風量可以改變流經(jīng)過熱器的煙氣量，即改變煙氣流速，達到調(diào)節(jié)過熱汽溫的目的。當汽溫低時，一般則關小上排二次風，開大下排二次風，以抬高火焰中心?！?0176。如果機組的負荷一定，將使高壓缸出力減小，減少高壓缸的蒸汽流量。由于該減溫器距末級過熱器的出口尚有較長距離，相對來說，它對出口汽溫的調(diào)節(jié)時滯較大，而且由于蒸汽流經(jīng)后幾級過熱器后，汽溫的變化幅度較大，誤差也大，所以很難保證出口蒸汽溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。汽溫過高會使金屬應力下降，將影響機組的安全運行；汽溫降低則會機組的循環(huán)的效率。此外，在低負荷、機組甩負荷或汽輪機跳閘時，保護再熱器不超溫，以保證機組的安全運行。副回路的給定值是由主回路控制器的輸出與前饋信號疊加形成。而且改變?nèi)魏我粋€輸入?yún)?shù)（擾動），其他的輸入?yún)?shù)都可能直接或間接的影響出口蒸汽溫度，這使得控制對象的動態(tài)過程十分復雜。在各種擾動下，汽溫控制對象是有煙池、慣性和自平衡能力的。如果過熱蒸汽溫度過高，容易損壞過熱器，也會使蒸汽管道、汽輪機內(nèi)某些零部件產(chǎn)生過大的熱膨脹而毀壞，影響機組的安全運行。根據(jù)已采用屏式過熱器的許多鍋爐運行實踐證明，它能夠在1000—1300℃煙溫區(qū)內(nèi)可靠工作，并具有良好的汽溫變化特性。在直流鍋爐中，情況有所不同，水冷壁上部都有一定的過熱度，相當于輻射過熱器，由于上部爐溫較低，所以可保證安全。（1）對流過熱器：布置在煙道內(nèi)，依靠熱煙氣對流傳熱的過熱器，稱為對流式過熱器。一般規(guī)定過熱器的溫度與規(guī)定值的暫時偏差不超過177。主蒸汽溫度與再熱蒸汽溫度的穩(wěn)定對機組的安全經(jīng)濟運行是非常重要的。輻射過熱器是放在爐頂或爐墻上的過熱器，它基本上只吸收爐膛內(nèi)火焰和煙氣的輻射熱。但是這種布置會使水冷壁管的吸熱高度降低,可能影響水循環(huán)的安全性。由于屏式過熱器具有過熱汽溫平穩(wěn)的特點，在現(xiàn)代大型鍋爐上廣泛地采用了這種過熱器。圖12 300MW機組過熱器系統(tǒng)圖1汽包；2前屏過熱器；3后屏過熱器；4頂棚過熱器；5側墻包覆過熱器；6后墻包覆過熱器；7低溫對流過熱器；8第一級減溫器；9第二級減溫器；10高溫對流過熱器 過熱蒸汽溫度控制的意義與任務鍋爐過熱蒸汽溫度是影響機組生產(chǎn)過程安全性和經(jīng)濟性的重要參數(shù)。燃燒器的運行方式與過熱汽溫的靜態(tài)關系在爐膛內(nèi)投入高度不同的燃燒器或改變?nèi)紵鞯臄[角會影響爐內(nèi)溫度分布和爐膛出口煙溫，因而也會影響過熱汽溫，火焰中心相對提高時，過熱汽溫將升高。.動態(tài)曲線圖如圖13（b）所示。主回路控制器接受二級減溫器入口蒸汽溫度偏差信號，經(jīng)控制運算后其輸出送至副回路。提高再熱汽溫對于提高循環(huán)熱效率是十分重要的，但受金屬材料的限制，目前一般機組的再熱蒸汽溫度都控制在560℃以下。當擺動火嘴控制指令接近下限而將失去調(diào)節(jié)余地時，該偏置量應該減小到零以便再熱汽溫偏高時噴水閥門接替擺動火嘴的減溫手段。當汽溫偏高時，開大調(diào)節(jié)門增加減溫水量；當汽溫偏低時，關小調(diào)節(jié)閥門減少減溫水量，或者根據(jù)需要將減溫器撤出運行。但是，由于噴水減溫設備簡單，操作方便，調(diào)節(jié)又靈敏，所以仍得到廣泛應用。目前使用的擺動式燃燒器上下擺動的轉角為177。（3）變化配風工況。采用煙氣旁路來調(diào)節(jié)再熱汽溫時，還會影響到過熱汽溫。但隨著工業(yè)技術的不斷更新，生產(chǎn)不斷強化，工業(yè)生產(chǎn)過程對工業(yè)參數(shù)提出了越來越嚴格的要求，并且由于生產(chǎn)過程中各參數(shù)間的關系復雜化及控制對象遲延和慣性的增大，都使得單回路控制系統(tǒng)顯得無能為力，因而產(chǎn)生了許多新的、較復雜的控制系統(tǒng)，如串級控制、導前微分控制、復合控制、分段控制、多變量控制等。副回路應該把生產(chǎn)系統(tǒng)的主要干擾包括在內(nèi)，應力求把變化幅度最大、最劇烈和最頻繁的干擾包括在副回路內(nèi)，以充分發(fā)揮副回路改善系統(tǒng)動態(tài)特性的作用，保證主參數(shù)的穩(wěn)定。（2）主調(diào)節(jié)器的選型 主調(diào)節(jié)器的任務是準確保持被調(diào)量符合生產(chǎn)要求。控制對象前區(qū)動態(tài)特性與整個控制對象的動態(tài)特性相比，應有較小的遲延和慣性。補償法 當控制對象導前區(qū)的動態(tài)特性與整個控制對象的動態(tài)特性相比，遲延和慣性不夠小時，控制系統(tǒng)經(jīng)整定后主、副回路的振蕩頻率差別不夠大，這時就不能 用“兩步整定法”整定，可以采用“補償法”整定調(diào)節(jié)器參數(shù)。因為和主汽溫的變化趨勢是一致的，切的變化比快的多，因此它能迅速反映的變化趨勢。 導前微分控制系統(tǒng)的整定按補償法進行整定根據(jù)前面對系統(tǒng)的分析方法，我們可以得出補償法的整定規(guī)則：整定微分器的參數(shù)（、）以形成一個等效對象，這個等效對象的動態(tài)特性等于（或近似等于）在動態(tài)時為導前區(qū)的特性，在靜態(tài)時為主汽溫的特性，而調(diào)節(jié)器(S)的參數(shù)（，）則按等效對象的特性整定（按一般單回路控制系統(tǒng)得到整定方法）。一般情況下，雙回路汽溫控制系統(tǒng)已能夠滿足生產(chǎn)上的要求，因此得到了廣泛的應用。至于分之中的僅僅將系統(tǒng)控制過程曲線在時間軸上推遲了一個，所以預補償完全補償了純遲延對過程的不利影響。而且對干擾 還可以無差的進行補償。因此，實施起來方便，適應性強。下面我們同樣以傳遞函數(shù) 為對象對改進型Smith預估器進行仿真研究，其Simulink結構圖如圖311所示，仿真圖如圖312所示。圖44 串級主蒸汽溫度控制系統(tǒng)在改變惰性區(qū)參數(shù)時Simulink結構圖圖45 串級主蒸汽溫度控制系統(tǒng)在改變惰性區(qū)參數(shù)時階躍給定響應曲線從仿真結果圖445種可以看出，在給定對象的情況下，所設計的系統(tǒng)能快速、準確地跟蹤設定值；當惰性區(qū)傳遞函數(shù)中的時間常數(shù)t由90改變?yōu)?0和延遲時間常數(shù)從50改變?yōu)?0時，曲線的形狀幾乎沒有發(fā)生改變，這就說明基于改進型Smith預估器對大慣性、純延遲系統(tǒng)具有較好的控制效果，提高了系統(tǒng)的魯棒性得以提高，使控制品質變好。 S. Forrest, Using genetic algorithms for controller design: Simultaneous stabilization and Eigenvalue placement in a region,Technical Report ,Department of Computer Science, College of Engineering, University of New Mexico, USA,1992[13] . Fogel, . Owens, amp。從Smith預估補償原理來看，預估器模型午已不適于掌握過程特性的精度有關。圖中設過程特性的比例增益，從圖310中可以看到，它與Smith補償器方案的區(qū)別在于主反饋回路，其它反饋通道傳遞函數(shù)不是1而是，即 圖310 改進型Smith預估器方框圖改進型Smith預估器方案比原Smith補償方案多了一個調(diào)節(jié)器，但其參數(shù)整定還比較簡單。乘法妻是將預估器的輸出乘以導前微分環(huán)節(jié)的輸出，然后送到調(diào)節(jié)器。但是它對模型的誤差十分敏感，當系統(tǒng)參數(shù)變化時，由于控制參數(shù)不能隨之而變化，不能對受控過程參數(shù)做出適時調(diào)整，從而時過程的品質指標惡化。Smith預估器補償原理圖如圖32所示。 兩種汽溫自動控制系統(tǒng)的比較前面討論了串級過熱汽溫控制系統(tǒng)和導前汽溫微分信號的雙回路過熱汽溫控制系統(tǒng)，他們在實際應用中一般都能滿足生產(chǎn)上的要求，但這兩種控制系統(tǒng)在控制質量、系統(tǒng)構成、整定調(diào)試等方面各有特點。只是由于微分信號的引入改變了控制對象的動態(tài)特性。一個信號是主汽溫經(jīng)變送器直接進入調(diào)節(jié)器的信號，另一個信號則是減溫器后的溫度經(jīng)微分器后送入調(diào)節(jié)器的信號。在第一次整定副調(diào)節(jié)器時，斷開主環(huán)，即按副回路單獨工作時的單回路系統(tǒng)來整定副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，記作。在此期間，主回路基本上不參加動作，由圖23得整定副回路時的方框圖，如圖24 （a）所示。由于串級系統(tǒng)中主、副回路是兩個相互獨立又密切相關的回路。調(diào)節(jié)器PI2根據(jù)信號控制減溫水閥，如果有某種擾動使汽溫比提早反映（例如：內(nèi)擾為噴水量W的自發(fā)性變化），那么由于PI2的提前動作，擾動引起的波動很快消除，從而使主汽溫基本不受影響。過?？諝饬康脑黾?，不但加速空氣預熱器的腐蝕，還有可能引起可燃物在尾部受熱面的堆積，導致尾部受熱面再燃燒。此外，當送入爐膛的低溫再循環(huán)煙氣量改變時，還使爐膛溫度發(fā)生變化，爐內(nèi)輻射吸熱與對流吸熱的比例將改變，從而使汽溫發(fā)生變化。 為了保持爐膛火焰的均勻分布，此時四組燃燒器的傾角應一致并同時動作?；鹧嬷行奈恢媒档蜁r，則過熱汽溫降低。由于一般組合過熱器汽溫特性都呈對流特性，所以當鍋爐負荷降低時，汽溫也下降，這時減溫水就應減小，對于定壓運行的單元機組，由于蒸汽失去汽溫調(diào)節(jié)手段，因而主汽溫就不能保持規(guī)定值，故鍋爐不宜在此情況下做定壓運行，而應采用滑壓運行，以保證過熱蒸汽有足夠的過熱度。煙氣側的調(diào)節(jié)，使通過改變鍋爐內(nèi)輻射受熱面和對流受熱面的吸熱量分配比例的方法（例如調(diào)節(jié)燃燒器的傾角，采用煙氣再循環(huán)等）或改變流經(jīng)過熱器的煙氣量的方法（如調(diào)節(jié)煙氣擋板）來