【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 示。因此主回路也就可以表示為圖 16 可見(jiàn)，主回路也可看作是一個(gè)單回路系統(tǒng)。如果被控對(duì)象以給水流量變化 W作為輸入而以水位測(cè)量變送單元的輸出電壓 HV 作為對(duì)象的輸出，那么內(nèi)回路的傳遞函數(shù)1( )WW?? 就相當(dāng)于主回路調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)，所以主回路的等效調(diào)節(jié)器是一個(gè)具有比例特性的調(diào)節(jié)器。 它的等效比例帶： * ww? ? ?? 。 圖 15 圖 14的近似方框圖 圖 16 三沖量給水控制系統(tǒng)的主回路等效方框圖 H W + + ｗ 熱工控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 7 根據(jù)以上的分析，在整定主回路時(shí)，應(yīng)用試驗(yàn)方法求得到對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線。對(duì)象的輸入信號(hào)為給水流量變化 /Wt h（ ） ，輸出信號(hào)為水位測(cè)量變送單元的輸出 HV /V mm（ ） ，從階躍響應(yīng)曲線上求得遲延時(shí)間 ? s（ ） 和響應(yīng)速度 ? ? ?11. / .V s t h??????，據(jù)響應(yīng)曲線法可得下述計(jì)算公式： *? ??? 則： WW? ? ??? 或： W W??? ?? 由此可見(jiàn)，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。但是對(duì)內(nèi)回路來(lái)說(shuō)，增加 W? 就增加了內(nèi)回路的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)，因而增加了內(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 ? 以保持內(nèi)回路的穩(wěn)定性。 前饋通道 的整定 對(duì)于圖 13所示的單級(jí)三沖量 給水控制系統(tǒng)，當(dāng)反饋回路經(jīng)過(guò)正確整定，確定了給水流量反饋裝置的傳遞系數(shù) W? 及調(diào)節(jié)器參數(shù) ? 和 iT 的數(shù)值后，系統(tǒng)的方框圖就可以用圖 17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)，因此，它們的動(dòng)態(tài)特性即取值大小不會(huì)影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，故可以根據(jù)蒸汽流量 D擾動(dòng)時(shí)使水位 H不發(fā)生變化的原則來(lái)確定前饋環(huán)節(jié)的參數(shù)。 D? D? 1ww??0 ()WWs+ 0 ()DWs=0 得 D? （ s） = — 00()()W W DDWWsWs??? 由此可見(jiàn)，前饋環(huán)節(jié)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的比例環(huán)節(jié)，而是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)，要從物理上實(shí)現(xiàn)上式所表征的動(dòng)態(tài)特性在技術(shù)上也是困難的。 但是由于控制系統(tǒng)中已有了反饋控制，而且也容許汽包水位在一定范圍內(nèi)變化，因此蒸汽流量前饋環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)可以取比較簡(jiǎn)單的近似形式，以便于實(shí)現(xiàn)。 實(shí)踐證明，前饋環(huán)節(jié)只要取用比例特性，就能使在負(fù)荷變化時(shí)的水位保持在允許范圍內(nèi)，通常都用蒸汽流量信號(hào)和給水流量信號(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 熱工控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8 D? D? = WW?? 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 W? ，則 : DW??? 即蒸汽流量前饋裝置的傳遞系數(shù) D? 等于給水流量反饋裝置的傳遞系數(shù) W? 。 圖 17 由圖 13簡(jiǎn)化的三沖量給水控制系統(tǒng)方框圖 三沖量給水控制系統(tǒng)參數(shù)的整定 實(shí)例 已知條件： 單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)方框圖如圖 11所示，控制對(duì)象的特性參數(shù)為： 圖 13 單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的原理框圖 VD W H H2 H1 D 熱工控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9 37 ( / )mm s t h? ??? ? ?； 30w s? ? ； 12 ( / )K mm t h ??? ； 2 15Ts? 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： 11( ) (1 )T iWs Ts??? 控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為：0 ( ) 0 .0 3 7() ( ) ( 1 ) ( 1 3 0 )w wwHsWs Q s s s s s??? ? ??? 20 2( ) 3 .6 0 .0 3 7() ( ) 1 1 1 5d d KHsWs Q s T s s s s?? ? ? ? ??? 給水流量與蒸汽流量的測(cè)量變送器的傳遞函數(shù)為： 10. 075 ( / )wd m A t h?? ?? ? ? 水位的測(cè)量變送器的傳遞函數(shù)為： 3h m A m m? ??? 給水流量反饋裝置和蒸汽流量前饋裝置都用比例環(huán)節(jié)，即： ()wwWs?? ； ()ddWs?? 試整定 ? 、 iT 、 W? 、 D? 。 解 ： （ 1） W? 的整定值 根據(jù)圖 16所示的主回路的等效方框圖可列出主回路的特征方程為 : 01 )( ?? soWWW H W??? 即 ： 0111 ????? ? ssWW ????? 代入具體數(shù)值后得： 2 ????Wss ? 設(shè) ? 為相應(yīng)的阻尼系數(shù) ,則 : ?? ?W 取整定指標(biāo) ?? 則 ?? )3 4 ( 2 ???W? （ 2）求調(diào)節(jié)器參數(shù) ? 、 iT 的整定值。 調(diào)節(jié)器的參數(shù)可根據(jù)系統(tǒng)的內(nèi)回路來(lái)整定，內(nèi)回路方框圖如圖 14所示。在這個(gè)回路中，除調(diào)節(jié)器外的其余部分近似為比例環(huán)節(jié)。如果按這個(gè)特點(diǎn)來(lái)求調(diào)節(jié)器的參數(shù)，那么 ? 和 iT 都可以取盡可能小的數(shù)值也不可能發(fā)生振蕩。但實(shí)際上各環(huán)節(jié)都有慣性甚至非線性，因此內(nèi)回路是會(huì)出現(xiàn)振蕩的，調(diào)節(jié)器的參數(shù)只能用試驗(yàn)方法確定。 試驗(yàn)時(shí)，先設(shè)置好 W? 值（令 W? ? ），并令 iT =10s ，然后設(shè)置一個(gè)較大的 ? 值（例如 ? 50%? ），觀察內(nèi)回路的動(dòng)態(tài)過(guò)程，逐漸減小 ? 值至內(nèi)回路開(kāi)始振蕩（ ? ＞ 時(shí)為止 ） ,熱工控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 此時(shí)的 ? 值即為調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。 試驗(yàn)結(jié)果： ? =30%， iT =6s （ 3）蒸汽流量前饋裝置 D? 的整定： 根據(jù)無(wú)靜差原則，有： D? = ??WD ww ???? 上述整定參數(shù)要經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)投試的檢驗(yàn)，如果在控制過(guò)程中主回路衰減率過(guò)高或過(guò)低時(shí)，應(yīng)改變給水流量反饋裝置的參數(shù) w? 值。例：當(dāng)主回路衰減率偏低時(shí)，應(yīng)增加 w? 值，反之則應(yīng)減小 w? 值。在調(diào)整 w? 值時(shí)，應(yīng)注意同時(shí)改變調(diào)節(jié)器的參數(shù) ? 值，使 w? /? 的比值不變，以保證內(nèi)回路能夠保持試驗(yàn)整定時(shí)所選定的穩(wěn)定裕量。 [3] 熱工控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11 第二章 給水調(diào)節(jié)對(duì)象動(dòng)態(tài)特性分析 給水 流量 擾動(dòng)對(duì)水位的影響 給水量的擾動(dòng)是給水自動(dòng)控制系統(tǒng)中影響汽包水位的主要擾動(dòng)之一，因?yàn)樗莵?lái)自控制側(cè)的擾動(dòng)，又稱內(nèi)擾。在給水流量 W 的階躍擾動(dòng)下，水位 H 的響應(yīng)曲線可以用圖 21 來(lái)說(shuō)明。若把汽包及水循環(huán)系統(tǒng)當(dāng)做單容水槽，水位的響應(yīng)曲線應(yīng)該如圖中的直線 1。但是在實(shí)際情況中，當(dāng)給水流量突然增加的時(shí)候，因?yàn)榻o水溫度低于汽包內(nèi)的飽和水溫度，當(dāng)它進(jìn)入汽包后吸收了原有的飽和水中的一部分熱 量，使鍋爐的蒸汽產(chǎn)量下降，水面以下的汽泡總體積 sV 也就相應(yīng)減小，導(dǎo)致水位下降。 sV 對(duì)水位的影響可以用圖中的曲線 2 表示。水位 H （即曲線 3）的實(shí)際響應(yīng)曲線是曲線 1 和曲線 2 的總和。這種分析方法是分別從兩個(gè)角度進(jìn)行分析的： ； 。 負(fù)荷擾動(dòng)對(duì)水位的影響 蒸汽流量擾動(dòng)主要來(lái)自汽輪發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷變化，屬外部擾動(dòng)。在汽機(jī)耗汽量 D 的階躍擾動(dòng)下，水位 H 的響應(yīng)過(guò)程可以用圖 22來(lái)說(shuō)明。當(dāng)汽機(jī)耗汽量 D 突然階躍增加時(shí)，如果只從物質(zhì)平衡的角度來(lái)講，一方面改變了汽包內(nèi)的物質(zhì)平衡狀態(tài)，使得水位下降，如圖22中的曲線 1。但當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量突然增加時(shí)，迫使鍋內(nèi)汽泡的增多，燃料量維持不變，汽包壓力 dp 下降，使水面以下的蒸汽泡膨脹，總體積 sV 增大，從而使得汽包水位的上升，如圖 22 的曲線 2 所示。因此汽包水位 H 的實(shí)際響應(yīng)曲線（圖 22 中圖 3 所示）是曲線 1 與曲線 2 疊加的結(jié)果。只有當(dāng)汽包體積與負(fù)荷適應(yīng)而不再變化時(shí)，水位的變化就僅由物質(zhì)平衡關(guān)系來(lái)決定，這時(shí)水位就隨負(fù)荷增大而下降，而這種反常的現(xiàn)象，通常被稱為“虛假水位”?！疤摷偎弧? 現(xiàn)象主要是來(lái)自于蒸汽量的變化，顯然蒸汽量是一個(gè)不可調(diào)節(jié)的量（對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)而言），但它是一個(gè)可測(cè)量，所以在系統(tǒng)中引入這些擾動(dòng)信息來(lái)改善調(diào)節(jié)品質(zhì)是非常必要的 。 燃料量擾動(dòng)對(duì)水位的影響 當(dāng)燃料量 B 擾動(dòng)時(shí)，必然會(huì)引起蒸汽量 D 的變化，燃料量增加會(huì)使?fàn)t膛熱負(fù)荷增加，鍋爐吸收更多的熱量蒸發(fā)強(qiáng)度增加，若此時(shí)，汽輪機(jī)所帶負(fù)荷不變，那么隨著爐膛熱負(fù)荷的增加，鍋爐出口壓力 提高，蒸汽流量就會(huì)相應(yīng)的增加上去，然后蒸汽量的變化就會(huì)造 dp熱工控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 12 圖 21 給水?dāng)_動(dòng)下的水位響應(yīng)曲線 圖 22 汽機(jī)耗汽量 D 階躍擾動(dòng)下的水位響應(yīng)曲線 熱工控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 成“虛假水位”的現(xiàn)象，即水位先上升，隨后再下降，響應(yīng)曲線如圖 23所示。但是燃料量 B 的增大只能使 D 緩慢增大，而且 dp 還慢 慢上升，它將使汽泡體積減小。因而，燃料量擾動(dòng)下的假水位比負(fù)荷擾動(dòng)下要緩和得多。 由以上分析可知，給水量擾動(dòng)下水位響應(yīng)過(guò)程具有純延遲；負(fù)荷擾動(dòng)下水位響應(yīng)過(guò)程具有假水位現(xiàn)象；燃料量擾動(dòng)也會(huì)出現(xiàn)假水位現(xiàn)象。所以在給水控制系統(tǒng)里常常引入 D 、B 信號(hào)作為前饋信號(hào)，以改善外部