【正文】 減曲線法計(jì)算公式 ? 規(guī)律 ? iT dT P PI PID s? ? ? — — — ? 規(guī)律 ? iT dT P PI PID s? ? ? — 2rt — — 3）按計(jì)算結(jié)果設(shè)置好調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)，作階 躍 擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過(guò)程，適當(dāng)修改調(diào)節(jié)器參數(shù)，到滿意為止。 與臨界比例帶法一樣，衰減曲線法也是利用了比例作用下的調(diào)節(jié)過(guò)程。從表 22可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于 ?? ，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)律是引入了積分作用，因此系統(tǒng)的穩(wěn)定性將下降， 仍然能得到 ?? 的衰減 率，就須將 s? 放大 倍后作為比例積分調(diào)節(jié)器的比例帶值。對(duì)于三參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律，由于微分作用的引入提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，因此可將 s? 減小至 ? 后作為調(diào)節(jié)器比例帶設(shè)定值，同時(shí)積分時(shí)間與無(wú)微分作用下相比也適當(dāng)減小了。 （ 3） 經(jīng)驗(yàn)法 如果調(diào)節(jié)系統(tǒng)在運(yùn)行中經(jīng)常受到擾動(dòng)影響，那么要得到閉環(huán)系統(tǒng)確切的階 躍 響應(yīng)曲線就很困難，因此臨界比例帶法和衰減曲線法都不能得到滿意的 結(jié)果。 通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐，人們總結(jié)了一套參數(shù)整定的經(jīng)驗(yàn)，稱之為經(jīng)驗(yàn)法。經(jīng)驗(yàn)法可以說(shuō)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)試湊的方法，它首先根據(jù)經(jīng) 驗(yàn)設(shè)置一組調(diào)節(jié)器參數(shù)，然后將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，待系統(tǒng)穩(wěn)定后作階躍 擾動(dòng)試驗(yàn)， 觀察調(diào)節(jié)過(guò)程；如果過(guò)渡過(guò)程不令人滿意，則修改調(diào)節(jié)器參數(shù)，再作階躍 擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過(guò)程；反復(fù)上述試驗(yàn)，直到調(diào)節(jié)過(guò)程滿意為止。 經(jīng)驗(yàn)法整定具體步驟： 1） 將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間 iT 放到最大，微分時(shí)間置于最小。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置比例帶內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 30 ? 值。將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，穩(wěn)定后做 階 躍 擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過(guò)程，若過(guò)渡過(guò)程有希望的衰減率（ ~ ? ? ）則可，否則改變比例帶 ? 值，重復(fù)上述試驗(yàn)。 2） 將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間 iT 由最大調(diào)整到某一值，由于積分時(shí)間的引入使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，這時(shí)應(yīng)將比例帶 ? 值適當(dāng)增大，一般為純比例作用的 倍。做 階 躍 擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過(guò)程，修改積分時(shí)間重復(fù)試驗(yàn)，直到滿意為止。 3） 保持積分時(shí)間不變，改變比例帶，看調(diào)節(jié)過(guò)程有無(wú)改善，若有改善則繼續(xù)修改比例帶，如無(wú)改善則反方向修改比例帶，直到滿意為止。保持比例帶不變修改積分時(shí)間，同樣反復(fù)試湊直到滿意為止。如此反復(fù)試湊，直到有一組合適的積分時(shí)間和比例帶。 4） 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 dT 由小到大地調(diào)整，觀察每次試驗(yàn)過(guò)程，在感到滿意時(shí)便停止。 （ 4） 動(dòng)態(tài)參數(shù)法 動(dòng)態(tài)參數(shù)法是在系統(tǒng)處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)下 ，作對(duì)象的階 躍 擾動(dòng)試驗(yàn)，根據(jù)記錄下的階躍 響應(yīng)曲線求取經(jīng)驗(yàn)一組特征參數(shù) ? 、 ? （無(wú)自衡能力對(duì)象）或 ? 、 ? 、 ? （有自衡能力對(duì)象），再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。 對(duì)于有自 平 衡能力對(duì)象，其單位階 躍 響應(yīng)曲線如圖 410（ a）所示。過(guò)響應(yīng)曲線拐點(diǎn) P 作切線交 穩(wěn)態(tài)值漸近線 C（ ? ）于 A，交時(shí)間軸與 C；過(guò) A 點(diǎn)作時(shí)間軸垂線并交于 B，則： , , /COC T C B AB C B??? ? ?。 對(duì)無(wú)自 平 衡能力對(duì)象，其單位階 躍 響應(yīng)曲線如圖 410（ b）所示。作響應(yīng)曲線直線段的漸近線交時(shí)間軸于 C，過(guò)直線段上任一點(diǎn) A 作時(shí)間垂線并交于 B，則 ,/OC AB CB???? 。 圖 410 有無(wú)自平衡能力對(duì)象飛升曲線 在取得對(duì)象的單位階 躍 響應(yīng)曲線后，通過(guò)在曲線上作圖，求出對(duì)象的特征參數(shù) ? 、? 、 ? 或 ? 、 ? ，然后按表給出經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器整定參數(shù)。 生產(chǎn)實(shí)踐表明，對(duì)象特征參數(shù) ? 和 ? 的乘積反映了控制難易的程度； ?? 越 大，對(duì)內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 31 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)于采用比例積分調(diào)節(jié)，積分作用的加入使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，因此比例帶 ? 為純比例作用時(shí)的比例帶值的 倍；對(duì)于采用比例積分微分調(diào)節(jié)，則因微分作用提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此比例帶 ? 可為純比例作用比例帶的 倍。 表 43 動(dòng)態(tài) 參數(shù)法計(jì)算公式（ ?? ） 規(guī)律 ? iT dT P PI PID ?? ?? ?? — ? 2? — — ? 積分作用主要用于消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，且希望被調(diào)量波動(dòng)一個(gè)周期后消除穩(wěn)態(tài)誤差的作用應(yīng)基本結(jié)束；就是說(shuō)積分時(shí)間 iT 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 iT 應(yīng)與 ? 成正比；有微分作用加入時(shí)， iT 可適當(dāng)減少一些。一般地，在對(duì)象慣性和遲延都較大時(shí)，需加入微分控制作用，即微分時(shí)間dT 的值也應(yīng)根據(jù)遲延時(shí)間 ? 來(lái)確定 [4]。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 32 第五章 330MW 單元機(jī)組 機(jī)爐 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)解 耦 設(shè)計(jì) 機(jī)組動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 研究對(duì)象為 330MW 單元機(jī)組，鍋爐為高溫 、 亞臨界壓力 、 中間再熱 、 自然循環(huán) 、單爐膛前后對(duì)沖燃燒 、 燃煤粉汽包鍋爐 ，汽 輪機(jī)為單軸 、 三缸 、 兩排汽 、 再熱 、 凝汽沖動(dòng)式。 則單元機(jī)組可簡(jiǎn)化為一個(gè)兩個(gè)輸入兩個(gè) 輸出的對(duì)象，如圖 51所示。 圖 51 單元機(jī)組控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 在 100%負(fù)荷運(yùn)行工況時(shí)的數(shù)學(xué)模型如下： NE = G11（ s） G12（ s） uT PT G21（ s） G22（ s） uB （ 51） 其中， NE是功率， PT是汽壓， UT是汽機(jī)調(diào)節(jié)汽門開(kāi)度， UB是鍋爐燃料量 （ 52） ?????????????????????????116064001127372116668891194984222221212211SSGSSSGSSGSSSG內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 33 解耦前的 MATLAB仿真 100%的工況下的數(shù)學(xué)模型解耦前系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如 圖 51 所示。 圖 52 解耦前 系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖 下面對(duì)其進(jìn)行仿真，結(jié)果如下： 圖 53 UT 作用功率的輸出曲線 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 34 圖 53 UT 作用主汽壓的輸出曲線 當(dāng)閥門開(kāi)度的加大，首先會(huì)利用蓄熱使功率有個(gè)暫時(shí)的增加，隨后達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值，而主汽壓會(huì)下降最后趨于穩(wěn)定值。 圖 54 UB 作用功率的輸出曲線 圖 55 UB作用主汽壓的輸出曲線 燃料量的加大時(shí)，會(huì)使主汽壓和功率因慣性而緩慢的增加，最終趨于穩(wěn)定。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 35 圖 56 UB和 UT 作用功率的輸出曲線 圖 57 UB和 UT 作用主汽壓的輸出曲線 由以上的 仿真結(jié)果可以看出 系統(tǒng)在輸入與輸出之間存在著關(guān)聯(lián)與耦合，功率和機(jī)前壓力受燃料量和閥門開(kāi)度的相互影響，使控制的難度加大，下一節(jié)通過(guò) 低頻段預(yù)補(bǔ)償法設(shè)計(jì)實(shí)常數(shù)預(yù)補(bǔ)償陣 Kp，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靜態(tài)解耦 來(lái)消除和削弱這種相互間的關(guān)聯(lián)和耦合。 靜態(tài) 解耦設(shè)計(jì)后 MATLAB仿真 低頻段預(yù)補(bǔ)償法設(shè)計(jì) Kp。低頻段預(yù)補(bǔ)償法是在 s=0 條件下，設(shè)計(jì)實(shí)常數(shù)預(yù)補(bǔ)償陣 Kp，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靜態(tài)解耦，因此在低頻段實(shí)現(xiàn)近似解耦。 由 Kp= 1G? 可以得到常系數(shù)補(bǔ)償陣為： ?????? ?? 01 (53) 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 36 解耦后 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如 圖 58所示，對(duì)其進(jìn)行仿真。 圖 58 解耦后系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖 解耦后仿真結(jié)果： 圖 59 UT 作用功率的輸出曲線 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 37 圖 510 UT 作用主汽壓的輸出曲線 當(dāng)閥門開(kāi)度的加大，使功率增加后達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值，而主汽壓會(huì)下降最后趨于穩(wěn)定值，但是主汽壓下降偏大。 圖 511 UB作用功率的輸出曲線 圖 512 UB作用主汽壓的輸出曲線 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 38 圖 513 UB和 UT 作用功率的輸出曲線 圖 514 UB和 UT 作用主汽壓的輸出曲線 由以上的仿真結(jié)果可知，通過(guò)采用 靜態(tài) 解耦 ， 耦合程度明顯減弱， 便于控制，為進(jìn)一步改善控制品質(zhì)對(duì)解耦系統(tǒng)進(jìn)行 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定。 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定 后 MATLAB 仿真 鍋爐、汽機(jī)控制器分別為 G G2，傳遞函數(shù)的表達(dá)式為： ???????????STkSGSTkSGipip22211111()()11()( （ 54） 采用 經(jīng)驗(yàn) 法對(duì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)進(jìn)行整定，得到： G1的調(diào)節(jié)器參數(shù)為： KP1= 8 ， Ti1=90 G2的調(diào)節(jié)器參數(shù)為： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 39 KP2= ， Ti2=200 加入 PI 調(diào)節(jié)器后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖 如下 。 圖 515 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定后系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖 仿真試驗(yàn)結(jié)果 如下， 當(dāng) SPN 給予階躍信號(hào) ， 壓力 定值 時(shí) ： 圖 516 功率響應(yīng)輸出曲線 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 40 圖 517 主汽壓響應(yīng)輸出曲線 當(dāng) SPP 給予階躍信號(hào) ， 功率 定值時(shí)： 圖 518 功率響應(yīng)輸出曲線 圖 519 主汽壓響應(yīng)輸出曲線 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 41 由以上模擬仿真結(jié)果可見(jiàn)，單元機(jī)組在功率定值擾動(dòng)下相應(yīng)的主汽壓力 PT 及輸出功率 NE存在 較小的 超調(diào)和很小的振蕩。而在壓力定值擾 動(dòng)下，輸出功率的波動(dòng) 也很小。最終，輸出功率和主汽壓力都很快回到原定的穩(wěn)定狀態(tài) ，輸出功率將較快地平穩(wěn)跟蹤電網(wǎng)負(fù)荷的變化。 通過(guò)以上分析可知，該協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)經(jīng)靜態(tài)解耦設(shè)計(jì)后，耦合程度明顯減弱且系統(tǒng)穩(wěn)定。符合控制系統(tǒng)的要求。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 42 結(jié) 論 本 設(shè)計(jì)通過(guò) 解耦理論方法 對(duì) 單元機(jī)組 機(jī)爐 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 進(jìn)行了設(shè)計(jì) 。首先確定了系統(tǒng)輸入與輸出變量的配對(duì)關(guān)系，構(gòu)成以機(jī)跟爐或爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，按照機(jī)爐對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，構(gòu)成不同的簡(jiǎn)化解耦補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，以消除在控制變量或給定值擾動(dòng)時(shí)，回路之 間的交叉干擾。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用了靜態(tài)解耦對(duì)受控對(duì)象傳遞函數(shù)靜態(tài)增益矩陣實(shí)現(xiàn)解耦。對(duì)于大型單元機(jī)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的解耦與此方法大致相同，只不過(guò)耦合的更多，但 多變量控制系統(tǒng)，可以通過(guò)變量的配對(duì)選擇，就能降低各回路之間的耦合。然而若經(jīng)配對(duì)選擇仍存在嚴(yán)重的耦合，則需要考慮解耦設(shè)計(jì)，解耦設(shè)計(jì)的基本原理 是通過(guò) ，用 低頻段預(yù)補(bǔ)償法設(shè)計(jì)實(shí)常數(shù)預(yù)補(bǔ)償陣 抵消存在于各回路之間的關(guān)聯(lián)，以實(shí)現(xiàn) 靜態(tài)解耦 。從而可以近似的解決問(wèn)題， 而且更好的是能在實(shí)際中找到相關(guān)問(wèn)題，將學(xué)到的知識(shí)能應(yīng)用到實(shí)際中去，才能感受 所學(xué)知識(shí)的重要性。 由于 知識(shí)有限、 經(jīng)驗(yàn) 不足， 本設(shè)計(jì)有些不理想之處，而且 難免有一些漏洞，希望各位老師 理解并 指出錯(cuò)誤，我將虛心地接受并加以改進(jìn)。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化及參數(shù)的最佳整定還有待于工作后結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況做進(jìn)一步的改善。