【正文】 的影響。蒸汽溫度在減溫水量擾動(dòng)下的動(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)生變化，但要經(jīng)過較長(zhǎng)的過熱器管道才能使出口汽溫發(fā)生變化，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。主回路的控制由PID1來(lái)完成。 再熱汽溫控制系統(tǒng) 再熱汽溫控制的任務(wù)為了提高大容量、高參數(shù)機(jī)組的循環(huán)效率，并防止汽輪機(jī)末級(jí)蒸汽帶水，需采用中間再熱系統(tǒng)。每側(cè)的再熱汽溫有兩個(gè)測(cè)量信號(hào)，當(dāng)擺動(dòng)火嘴在自動(dòng)控制狀態(tài)時(shí)，噴水減溫的再熱汽溫設(shè)定在擺動(dòng)火嘴控制系統(tǒng)設(shè)定值的基礎(chǔ)上加上根據(jù)擺動(dòng)火嘴控制指令經(jīng)函數(shù)發(fā)生器給出的偏置量，意在當(dāng)擺動(dòng)火嘴有調(diào)節(jié)與低時(shí)抬高噴水減溫控制系統(tǒng)設(shè)定值以確保噴水減溫閥門關(guān)死。 噴水減溫調(diào)節(jié)操作簡(jiǎn)單，只要根據(jù)汽溫的變化適當(dāng)?shù)淖兏鄳?yīng)的減溫水調(diào)節(jié)閥門開度，改變進(jìn)入減溫器的減溫水量即可達(dá)到調(diào)節(jié)過熱汽溫的目的。故而有可用能的損失。擺動(dòng)式燃燒器的調(diào)溫幅度較大，調(diào)節(jié)靈敏，設(shè)備簡(jiǎn)單，投資費(fèi)用少，并且沒有功率損耗。而切換成前墻或靠近前墻的噴燃器運(yùn)行時(shí)，則火焰中心位置離過熱器相對(duì)的遠(yuǎn)些，爐膛出口煙溫就相對(duì)的低些。由于高溫對(duì)流煙道中煙氣的溫度很高，煙氣擋板極易變形或燒壞，故這一方法只用于布置在鍋爐尾部對(duì)流煙道中的低溫過熱器或低溫再熱區(qū)段，而在我國(guó)目前的超高壓機(jī)組中，則僅用于低溫再熱器區(qū)段。 串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)是各種復(fù)雜控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，由于其控制簡(jiǎn)單而得到廣泛應(yīng)用。通常串級(jí)控制系統(tǒng)是被用來(lái)克服對(duì)象的容積遲延和慣性。（1）副調(diào)節(jié)器的選型副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是要快速動(dòng)作以迅速消除進(jìn)入副回路內(nèi)的擾動(dòng)，而且副參數(shù)并不要求無(wú)差，所以一般都選P調(diào)節(jié)器，也可采用PD調(diào)節(jié)器，但這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，在一般情況下，采用P調(diào)節(jié)器就足夠了，如果主、副回路頻率相差很大，也可以考慮采用PI調(diào)節(jié)器。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。兩個(gè)調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)步驟分別為（1）和（2）中求得的參數(shù)，否則應(yīng)根據(jù)重復(fù)步驟（2）、（3），直到出現(xiàn)兩次整定結(jié)果基本相同為止。這個(gè)系統(tǒng)引入了導(dǎo)前汽溫的微分信號(hào)作為調(diào)節(jié)器的補(bǔ)充信號(hào)，以改善控制質(zhì)量。所以，在控制對(duì)象慣性遲延較大的情況下導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的雙回路汽溫控制系統(tǒng)是控制品質(zhì)遠(yuǎn)比單回路控制系統(tǒng)好。而有導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的雙回路控制系統(tǒng)的兩個(gè)回路在參數(shù)整定時(shí)相互影響，不容易掌握從儀表硬件結(jié)構(gòu)上看，采用導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的雙回路系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單。 （36）由式（36）可見，對(duì)于隨動(dòng)控制經(jīng)預(yù)估補(bǔ)償，其特征方程中已消去了項(xiàng)，即消除了純遲延對(duì)系統(tǒng)控制品質(zhì)的不利影響。由圖37可看出被調(diào)量對(duì)干擾的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： （37） 圖37 實(shí)現(xiàn)完全抗干擾的史密斯補(bǔ)償器若要完全不受干擾的影響，則只要上式中分子為零，即由此可以得到新增反饋環(huán)節(jié)為 (38)再寫出上述系統(tǒng)中被調(diào)量對(duì)設(shè)定值的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 （39）將（38）式代入（39）式后可以得到一個(gè)很有意義的結(jié)論，即 （310）這就是說(shuō)如果完全滿足式（38），則系統(tǒng)可完全跟蹤設(shè)定值。但本方案對(duì)于對(duì)象參數(shù)的變化不敏感，且不需要時(shí)滯環(huán)節(jié)。且設(shè)，即使調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間等于模型的時(shí)間常數(shù)，則可簡(jiǎn)化為：這樣，反饋回路上出現(xiàn)了一個(gè)一階濾波器，其中只有一個(gè)整定參數(shù)，實(shí)質(zhì)上只有中的比例增益需要整定。圖42 串級(jí)主蒸汽溫度控制系統(tǒng)Simulink結(jié)構(gòu)圖圖43 串級(jí)主蒸汽溫度控制系統(tǒng)階躍給定響應(yīng)曲線現(xiàn)把惰性區(qū)傳遞函數(shù)中的時(shí)間常數(shù)t由90改變?yōu)?0和延遲時(shí)間常數(shù)從50改變?yōu)?0時(shí)，控制系統(tǒng)的Simulink結(jié)構(gòu)圖和仿真結(jié)果圖如圖445所示。這個(gè)設(shè)計(jì)使我對(duì)書本專業(yè)知識(shí)有了進(jìn)一步的理解，從實(shí)際應(yīng)用上重新學(xué)習(xí)了專業(yè)知識(shí)，使我能夠把所學(xué)過的理論知識(shí)合理的運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中，對(duì)我們大學(xué)期間所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了綜合。 . Walsh, Artificial intelligence through simulated evolution(New York:Wiley,1966)[14] Thomas Kailath, Linear Systems, ,1980：3045[15] Kemin Zhou, John C. Doyle。因此，無(wú)論是模型的精度或者運(yùn)行條件的變化都將影響控制效果。為了保證系統(tǒng)輸出相應(yīng)無(wú)余差，要求兩個(gè)調(diào)節(jié)器均PI為動(dòng)作調(diào)節(jié)器。這三個(gè)環(huán)節(jié)的作用量要根據(jù)模型和過程輸出信號(hào)之間的比值來(lái)提供一個(gè)自動(dòng)校正預(yù)估器增益的信號(hào)。適應(yīng)性不強(qiáng)，也就是魯棒性非常差。圖32 Smith預(yù)估補(bǔ)償控制原理圖在圖32中是對(duì)象除去純遲延環(huán)節(jié)以后的傳遞函數(shù)，是Smith預(yù)估補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)，假若系統(tǒng)中無(wú)此補(bǔ)償器，則由調(diào)節(jié)器輸出到被調(diào)量之間的傳遞函數(shù)為：上式表明，受到控制作用之后的被調(diào)量要經(jīng)過純遲延之后才能返回到調(diào)節(jié)器。把采用導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的雙回路控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)看待 時(shí)，其等效主、副調(diào)節(jié)器均為PI調(diào)節(jié)器。這個(gè)新的控制對(duì)象的輸入仍然是減溫水流量信號(hào)，但輸出信號(hào)為，等效控制對(duì)象的傳遞函數(shù)可以根據(jù)方框圖求得。在時(shí)間和相位上，后一個(gè)信號(hào)超前于主信號(hào)（主汽溫信號(hào)），因此把這種系統(tǒng)稱為導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)。（2）根據(jù)整定主調(diào)節(jié)器?？砂磫位芈废到y(tǒng)的整定方法整定副調(diào)節(jié)器。如果在某種干擾作用下，主參數(shù)的變化進(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)的變化傳到主回路后，又迫使主參數(shù)變化幅度增大，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”。另外，PI2的給定值受調(diào)節(jié)器PI1的影響，后者根據(jù)改變的給定值，從而保證負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，仍能保持X滿足要求。第二章 過熱汽溫控制系統(tǒng)的基本方案目前，過熱汽溫的控制方案很多，而且隨著自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，新的控制方法不斷出現(xiàn)，汽溫控制的質(zhì)量也不斷提高。由此，改變?cè)傺h(huán)煙氣量，可以同時(shí)改變流過過熱器的煙氣流量和煙氣含熱量，因而可以調(diào)節(jié)汽溫。當(dāng)燃燒器傾角已達(dá)到最低極限值時(shí)，再熱汽溫仍然高于額定值時(shí)，再熱器事故噴水減溫器將自動(dòng)投入運(yùn)行，以保持汽溫和保護(hù)再熱器。改變火焰中心位置的方法有：（1）調(diào)整噴燃器的傾角。噴水減溫調(diào)節(jié)主蒸汽溫度在經(jīng)濟(jì)上是有一定損失的。 從蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)汽溫 汽溫調(diào)節(jié)通常采用噴水減溫作為主要調(diào)節(jié)手段。為了提高再熱汽溫在外擾下的調(diào)節(jié)品質(zhì)，控制回路設(shè)計(jì)了機(jī)組負(fù)荷和送風(fēng)量經(jīng)函數(shù)發(fā)生器給出的前饋信號(hào)。二級(jí)過熱器蒸汽溫度控制是鍋爐出口蒸汽溫度的最后一道控制手段，為了保證汽輪機(jī)的安全運(yùn)行，要求盡可能提高鍋爐出口蒸汽溫度的調(diào)節(jié)品質(zhì)。該系統(tǒng)是在一個(gè)串級(jí)雙回路控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入前饋信號(hào)和防超溫保護(hù)回路而形成噴水減溫控制系統(tǒng)。圖13 在擾動(dòng)下溫度的變化曲線煙氣側(cè)熱量擾動(dòng)下蒸汽溫度對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性當(dāng)燃料量、送風(fēng)量或煤種等發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起煙氣流速和煙氣溫度的變化，從而改變了傳熱情況，導(dǎo)致過熱器出口溫度的變化。過?？諝庀禂?shù)與過熱汽溫的靜態(tài)關(guān)系過剩空氣量改變時(shí)，燃燒生成的煙氣量改變，因而所有對(duì)流受熱面吸熱隨之改變，而且對(duì)離爐膛出口較遠(yuǎn)的受熱面影響顯著。另外它還有保護(hù)屏式過熱器和對(duì)流過熱器受熱面的作用。為了保持各屏間的節(jié)距，可將相臨兩屏中的若干對(duì)管子彎繞出來(lái)互相夾持在一起，而各屏本身的管子也應(yīng)夾持在同一平面上?，F(xiàn)代鍋爐對(duì)流過熱器多采用立式布置，因?yàn)檫@樣可以采用簡(jiǎn)單可靠的懸吊固定方法，而臥式過熱器的固定比較困難。 （3）汽溫對(duì)象在各種擾動(dòng)作用下（如負(fù)荷、工況變化等）反映出非線性、時(shí)變等特性，使其控制的難度加大。生產(chǎn)過程自動(dòng)化是保持生產(chǎn)穩(wěn)定、降低成本、改善勞動(dòng)成本、促進(jìn)文明生產(chǎn)、保證生產(chǎn)安全和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要手段，是20世紀(jì)科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步的特征，是工業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志之一。通常，高參數(shù)電廠都要求保持過熱汽溫在540℃的范圍內(nèi)。大容量鍋爐的對(duì)流過熱器布置在煙溫很高的區(qū)域內(nèi)，其蒸汽溫度和管壁的熱負(fù)荷都很高。其結(jié)構(gòu)特征為幾排拉稀的管屏。低溫過熱器采用逆流布置，以便獲得較大的傳熱溫差，從而節(jié)約鋼材。這就是說(shuō)負(fù)荷增加時(shí)每千克燃料的輻射放熱百分率減少，而在爐膛后的對(duì)流熱區(qū)中，由于煙溫和煙速的提高，每千克燃料的對(duì)流放熱百分率將增大。因此在生產(chǎn)實(shí)踐中，通常把對(duì)流式過熱器與輻射式過熱器結(jié)合使用，還增設(shè)屏式過熱器，且對(duì)流方式下吸收的熱量比輻射方式下吸收的熱量多，綜合而言，過熱器出口汽溫是隨流量D的增加而升高的。過熱器設(shè)計(jì)成兩級(jí)噴水減溫方式，除可以有效減小過熱蒸汽溫度在基本擾動(dòng)下的延遲，改善過熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)品質(zhì)外，第一級(jí)噴水減溫還具有防止屏式過熱器超溫、確保機(jī)組安全運(yùn)行的作用。 二級(jí)減溫控制系統(tǒng)的主回路的被控量為二級(jí)過熱器的出口蒸汽溫度，該蒸汽溫度與主回路的給定值進(jìn)行比較，形成二級(jí)過熱器出口蒸汽溫度偏差信號(hào)，主回路的給定值由運(yùn)行人員手動(dòng)設(shè)定，對(duì)于300MW機(jī)組在正常負(fù)荷時(shí)，給定值一般為540℃。在鍋爐A，B側(cè)末級(jí)再熱器出口聯(lián)箱上各裝有兩個(gè)出口蒸汽溫度測(cè)點(diǎn)，可由運(yùn)行人員在OIS上手動(dòng)選擇每側(cè)的某一測(cè)點(diǎn)或兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均值作為本次再熱汽溫控制使用。所謂蒸汽側(cè)的調(diào)節(jié)，是指通過改變蒸汽的熱焓來(lái)調(diào)節(jié)溫度。噴水減溫器調(diào)節(jié)汽溫的特點(diǎn)是，只能使蒸汽減溫而不能升溫。改變火焰的中心位置可以改變爐內(nèi)輻射吸熱量和進(jìn)入過熱器的煙氣速度，因而可以調(diào)節(jié)過熱汽溫。擺動(dòng)式燃燒器可用于過熱蒸汽的調(diào)溫，也可用于再熱蒸汽的調(diào)溫。改變煙氣量即改變煙氣流速的方法有：（1）采用煙氣再循環(huán)。因?yàn)檫^多的送風(fēng)量不但增加了送、吸風(fēng)機(jī)是耗電量，降低了電廠的經(jīng)濟(jì)性，而且增大了排煙熱損失，降低鍋爐熱效率。若采用單回路控制主汽溫(即將作為主信號(hào)反饋到調(diào)節(jié)器PI1,PI1直接去控閥門開度)無(wú)法取得滿意的控制品質(zhì)。一般應(yīng)使副回路的頻率比主回路的頻率高的多，當(dāng)副回路的時(shí)間常數(shù)加在一起超過了主回路時(shí)，采用串級(jí)控制就沒有什么效果了。圖23 串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖兩部整定法 當(dāng)串級(jí)系統(tǒng)中副回路的控制過程比主回路快的多時(shí)，可按下述步驟分別獨(dú)立整定主、副調(diào)節(jié)器參數(shù)。因此在式（27）假定下 （28）式中：為控制對(duì)性階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)曲線上與的比值，它實(shí)際往往無(wú)法由實(shí)驗(yàn)曲線上直接獲得（如在過汽溫對(duì)象中）。 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)在溫度控制系統(tǒng)中，常用的一種便是導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)加入導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)后，調(diào)節(jié)器將同時(shí)接受兩個(gè)輸入信號(hào)，系統(tǒng)也成了雙回路結(jié)構(gòu)。整定步驟和前面已討論過的串級(jí)控制系統(tǒng)相同。當(dāng)采用簡(jiǎn)單回路控制時(shí)，如圖31所示圖31 單回路控制系統(tǒng)控制器的傳遞函數(shù)為，對(duì)象的傳遞函數(shù)為時(shí)，從設(shè)定值作用至被控變量的閉環(huán)傳遞函數(shù)是： （31）擾動(dòng)作用至被控變量的閉環(huán)傳遞函數(shù)是： （32）如果分母中的項(xiàng)可以除去，情況就大有改善，遲延對(duì)閉環(huán)極點(diǎn)的不利影響將不復(fù)存在。圖34 史密斯預(yù)估器控制的系統(tǒng)Simulink結(jié)構(gòu)圖把對(duì)象傳遞函數(shù)中的遲延時(shí)間由50s改為40s，再次進(jìn)行仿真得到的仿真曲線如圖36所示。除法器是將過程的輸出值除以模型的輸出值。觀測(cè)補(bǔ)償器控制方案僅適用于隨動(dòng)控制系統(tǒng)，不適用于定值控制系統(tǒng)；當(dāng)?shù)哪：艽髸r(shí)，本控制方案與單回路控制系統(tǒng)相同。惰性區(qū)傳遞函數(shù)為導(dǎo)前區(qū)傳遞函數(shù)為圖41 主汽溫控制原理方框圖其中；。提高了電廠主蒸汽溫度控制系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷(模型變化)的適應(yīng)性，使系統(tǒng)具有了較好的魯棒性。更重要的是我們學(xué)到了很多為人處世的道理，為我們將來(lái)走上社會(huì)做了充分的準(zhǔn)備。但很快發(fā)現(xiàn)對(duì)純延遲過程系統(tǒng)的控制是個(gè)非常復(fù)雜的問題，單純的串級(jí)控制是無(wú)法滿足的，通過查閱各種文獻(xiàn)資料，選擇了添加Smith預(yù)估補(bǔ)償器，Smith針對(duì)純延遲控制有很好的改善作用，使控制品質(zhì)大大提高。從圖31313的仿真曲線我們可以看出改進(jìn)型的Smith預(yù)估器穩(wěn)定性比較好，各方面的性能都不錯(cuò)，當(dāng)我們改變對(duì)象的參數(shù)時(shí)（遲延時(shí)間由55s改為40s）系統(tǒng)的性能沒有發(fā)生大的變化，穩(wěn)定性還是比較好，可見改進(jìn)型的Smith預(yù)估器有相當(dāng)好的適應(yīng)性，魯棒性比較好。由主控制器與、組成的主隨動(dòng)控制系統(tǒng)，用于使觀測(cè)器輸出值跟蹤設(shè)定值。但是這個(gè)結(jié)論對(duì)改善史密斯補(bǔ)償器的抗干擾能力還是有指導(dǎo)意義的。對(duì)于定值控制，由式（35）可知，閉環(huán)傳遞函數(shù)由兩項(xiàng)組成。 第三章 大遲延控制系統(tǒng)在熱工過程控制中，有的過程控制（對(duì)象特性）具有較大的純延遲，使得被調(diào)量不能及時(shí)反映系統(tǒng)所承受的擾動(dòng)，且當(dāng)過程控制通道或測(cè)量環(huán)節(jié)存在延遲時(shí)候，會(huì)降