【正文】 （49）可由下式求得補償器傳遞函數(shù)（410）等效對象傳遞函數(shù)為 （411） 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)解耦的設計 機組動態(tài)數(shù)學模型國產(chǎn)300MW單元機組是現(xiàn)在的主流機型，它的鍋爐和汽機是相對獨立的主設備，但是必須把他們作為整體，考慮協(xié)調(diào)控制，共同響應外界負荷需要。它是一個復雜的多變量強耦合控制對象，存在著大滯后、多擾動、時變等特性。研究單元機組實發(fā)功率和主汽壓之間的解耦補償，實現(xiàn)機組的協(xié)調(diào)控制有助于機組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，意義重大。本設計就是研究這方面的問題，根據(jù)所給的單元機組數(shù)學模型，使用串聯(lián)解耦中的串聯(lián)后補償對系統(tǒng)進行解耦，其中設計技術(shù)條件、技術(shù)參數(shù)如下：300MW燃煤機組動態(tài)數(shù)學模型為 （412） 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)方案采用圖46所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，屬于以爐跟機為基礎的協(xié)調(diào)控制方式。圖47 補償鍋爐側(cè)擾動的爐跟機協(xié)調(diào)系統(tǒng)結(jié)合對圖42所示系統(tǒng)的分析可知，該系統(tǒng)采用了串聯(lián)后補償單向解耦的方案。系統(tǒng)解耦的等效框圖如圖47所示。圖48 串聯(lián)后補償單向解耦結(jié)構(gòu)框圖按照式（47）給出的解耦條件有（413）由于與與特性的相似性，可以近似的認為兩者的極點可以對消，即 （414） 因該機組運行特性要求輸出功率基本穩(wěn)定，而運行過程中的主要擾動來自鍋爐側(cè)，故只考慮了單向解耦。鍋爐側(cè)擾動不致對輸出功率產(chǎn)生嚴重影響，由鍋爐控制器消除。 等效對象的傳遞函數(shù)參照圖44所示的系統(tǒng)框圖，實現(xiàn)單向解耦以后的系統(tǒng)框圖（圖47）可以等效為圖48所示的形式。圖49 圖48所示系統(tǒng)的等效框圖其中，等效對象傳遞函數(shù)矩陣為 （415）代入燃煤機組動態(tài)模型所示的傳遞函數(shù)，有 數(shù)學模型的解耦設計仿真300MW單元機組數(shù)學模型為：300MW燃煤機組的數(shù)學模型為： 化解后為 未解耦前的SIMULINK圖及仿真曲線1．功率給定值做階躍擾動下的SIMULINK圖，如圖410所示。其仿真曲線如圖411和圖412所示。由圖411可見功率輸出曲線在階躍后趨于平穩(wěn)，存在著較大的穩(wěn)態(tài)誤差。圖410 解耦前系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖圖411 功率給定值作階躍擾動下的功率輸出曲線圖412 功率給定值作階躍擾動下主汽壓的輸出曲線，且其超調(diào)為29℅比較大，存在著明顯的耦合。根據(jù)圖411和圖412的曲線走勢可知當功率給定值做階躍擾動時主汽門開度增加，首先機組會利用鍋爐的蓄熱使功率暫時的增加，隨后達到新的穩(wěn)態(tài)值，而主汽壓力會隨著主汽門開度的增加而下降，但最后會趨于穩(wěn)定。2．主蒸汽壓力給定值做階躍擾動時的SIMULINK圖，如圖413所示。圖413 解耦前系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖其仿真曲線如圖414和圖415所示。圖414 主蒸汽壓力給定值做階躍擾動時功率的輸出曲線圖415 主蒸汽壓力給定值做階躍擾動時主汽壓的輸出曲線根據(jù)對圖414和圖415的曲線分析可知在主蒸汽壓力給定值做階躍擾動時系統(tǒng)的功率輸出階躍增加，且其超調(diào)20℅比較大，存在著明顯的耦合；系統(tǒng)的主蒸汽壓力階躍增加，且存在著穩(wěn)態(tài)誤差。圖414和圖415的曲線分析可知當主蒸汽壓力給定值做階躍擾動時鍋爐側(cè)給煤量增加，會使主汽壓和功率因慣性而緩慢的增加，最終趨于穩(wěn)定。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聯(lián)與耦合，功率和主蒸汽壓力受燃料量和主汽門開度的相互影響，使控制的難度加大，以下將通過串聯(lián)后補償結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)進行解耦，從而消除和削弱這種相互間的關聯(lián)和耦合。 解耦后的SIMULINK圖及仿真曲線1．功率給定值做階躍擾動下的SIMULINK圖，如圖416所示。圖416 解耦后系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖其仿真曲線如圖417和圖418所示。由圖417和圖418可見當功率給定值做階躍擾動時功率輸出階躍增加，,穩(wěn)態(tài)誤差有所減小，而主汽壓有所下降。圖417 功率給定值做階躍擾動下的功率輸出曲線圖418 功率給定值做階躍擾動下的主汽壓輸出曲線2．主蒸汽壓力給定值做階躍擾動時的SIMULINK圖，如圖419所示。圖419 解耦后系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖其仿真曲線如圖420和圖421所示。由圖420和圖421可見當主蒸汽壓力給定值做階躍擾動時功率輸出曲線有小的波動，系統(tǒng)無超調(diào)，解耦效果較明顯；主汽壓輸出曲線有一個階躍的增加，最后趨于平穩(wěn)，存在著明顯的穩(wěn)態(tài)誤差。圖420 主蒸汽壓力給定值做階躍擾動時的功率輸出曲線圖421 主蒸汽壓力給定值做階躍擾動時的主汽壓輸出曲線對單向解耦前后的兩組曲線進行比較。如圖422所示。（a） (b) 圖422 解耦前后主蒸汽壓力給定值做階躍擾動時的功率輸出曲線(a)解耦前 (b)解耦后由圖422可知，超調(diào)由20℅變?yōu)闊o超調(diào)，對系統(tǒng)進行單向解耦后，使耦合程度明顯減弱，便于控制，但是輸出曲線在穩(wěn)態(tài)誤差方面存在著不足。 （a） (b)圖423 解耦前后主蒸汽壓力給定值做階躍擾動時的主汽壓輸出曲線(a)解耦前 (b)解耦后由圖423可知，超調(diào)由25℅℅，輸出曲線在穩(wěn)態(tài)誤差方面存在著不足，為了進一步改善控制品質(zhì)對解耦后系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)器參數(shù)整定。 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定后的SIMULINK圖及仿真曲線由于使用了單向解耦環(huán)節(jié)，并取。這樣就可近似地把機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)作為鍋爐和汽機兩個獨立的調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行整定。機爐控制器分別為G1和G2，傳遞函數(shù)的表達式為： （416）根據(jù)衰減曲線法利用比例作用下產(chǎn)生的4：1衰減振蕩（）過程時的調(diào)節(jié)器比例帶及過程衰減周期，根據(jù)經(jīng)驗公式計算出調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)。衰減曲線法的具體步驟是：（1）置調(diào)節(jié)器的積分時間；微分時間；比例帶為一稍大的值；將系統(tǒng)投入閉環(huán)運行。（2）在系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)后作階躍擾動試驗，應觀察控制過程。，應逐步減小比例帶值，并再次試驗，直到過渡過程曲線出現(xiàn)4：1的衰減過程。在曲線上求取時的振蕩周期，按表41計算出調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)。表41 衰減曲線法計算公式（）規(guī)律P——PI —PID（3）按計算結(jié)果設置好調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)，作階躍擾動試驗，觀察調(diào)節(jié)過程，適當修改調(diào)節(jié)器參數(shù)，到滿意為止。得到G1的調(diào)節(jié)器參數(shù)為KP1= ，Ti1=80(s)對于鍋爐調(diào)節(jié)回路，得到調(diào)節(jié)器G2的一組參數(shù)為 KP2= , Ti2= 78(s)加入調(diào)節(jié)器后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖424。1. 功率給定值做階躍擾動下的SIMULINK圖，如圖424所示。圖424 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定后系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖其仿真如圖425和圖426所示。圖425 功率給定值做階躍擾動下的功率輸出曲線圖426 功率給定值做階躍擾動下的主汽壓輸出曲線由圖425和圖426可見當功率給定值做階躍擾動時功率輸出階躍增加，最終穩(wěn)定在1MW,穩(wěn)態(tài)誤差基本消除，而主汽壓有所下降，在波動后恢復到初值。加入調(diào)節(jié)器后系統(tǒng)的控制品質(zhì)有了一定程度的改善。2．主蒸汽壓力給定值做階躍擾動時的SIMULINK圖，如圖427所示。圖427 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定后系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖其仿真如圖428和圖429所示。圖428 主蒸汽壓力給定值做階躍擾動下的功率輸出曲線圖429 主蒸汽壓力給定值做階躍擾動下的主汽壓輸出曲線，穩(wěn)態(tài)誤差基本消除，調(diào)節(jié)時間變短，圖429有明顯的波動，但其波動幅度較小，在可控范圍之內(nèi)。加入調(diào)節(jié)器后系統(tǒng)解耦效果明顯提高。為了進一步優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對所給參數(shù)進行進一步整定，對衰減曲線進行進一步調(diào)整。如圖430和431所示。圖430 功率調(diào)節(jié)回路中調(diào)節(jié)器為純比例作用下的結(jié)構(gòu)圖圖431 圖427的衰減曲線根據(jù)衰減曲線法利用比例作用下產(chǎn)生的4：1衰減振蕩（）過程時的調(diào)節(jié)器比例帶及過程衰減周期。由圖430和431可得 （417）圖430和431所得的調(diào)節(jié)器比例帶和過程衰減周期按表41計算出調(diào)節(jié)器各個參數(shù)。 （418）圖432 鍋爐調(diào)節(jié)回路中調(diào)節(jié)器為純比例作用下的結(jié)構(gòu)圖圖433 圖449的衰減曲線由圖432和圖433可得 （419）圖432和433所得的調(diào)節(jié)器比例帶和過程衰減周期按表41計算出調(diào)節(jié)器各個參數(shù)。（420）得到G1的調(diào)節(jié)器參數(shù)為：KP1= ，Ti1=(s)對于鍋爐調(diào)節(jié)回路，得到調(diào)節(jié)器G2的一組參數(shù)為： KP2= ，Ti2=135(s)調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)整后的SIMULINK圖及仿真曲線。1. 調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)整后功率給定值做階躍擾動下的SIMULINK圖，如圖434所示。其仿真如圖435和圖436所示。圖434 調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)整后系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖 圖435 調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)整后功率給定值做階躍擾動下的功率輸出曲線圖436 調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)整后功率給定值做階躍擾動下的主汽壓力輸出曲線可見當功率給定值做階躍擾動時功率輸出圖435與圖425相比較可得其調(diào)節(jié)時間縮短。2．調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)整后主蒸汽壓力給定值做階躍擾動時的SIMULINK圖，如圖437所示。圖437 調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)整后系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖其仿真如圖438和圖439所示。圖438 調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)整后主蒸汽壓力給定值做階躍擾動下的功率輸出曲線圖438與圖428相比超調(diào)量減小，調(diào)節(jié)時間減小。圖439 調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)整后主蒸汽壓力給定值做階躍擾動下的主汽壓輸出曲線可見當主蒸汽壓力給定值做階躍擾動時功率輸出圖438和主蒸汽壓力輸出圖439分別與圖428和圖429相比較可得其穩(wěn)態(tài)誤差基本消除，超調(diào)量進一步減小，且調(diào)節(jié)時間變短?？梢娡ㄟ^設置調(diào)節(jié)器并對其參數(shù)進行整定后，穩(wěn)態(tài)誤差基本消除，使耦合程度進一步減弱。圖440 解耦后和調(diào)節(jié)器參數(shù)整定后主蒸汽壓力給定值做階躍擾動時的功率輸出曲線 (a)解耦后的主蒸汽壓力給定值做階躍擾動時的功率輸出曲線(b)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定后的主蒸汽壓力給定值做階躍擾動時的功率輸出曲線由圖440可知，可見通過設置調(diào)節(jié)器并對其參數(shù)進行整定后，穩(wěn)態(tài)誤差基本消除，使耦合程度進一步減弱。圖441 解耦后和調(diào)節(jié)器參數(shù)整定后主蒸汽壓力給定值做階躍擾動時的主汽壓輸出曲線 (a)解耦后的主蒸汽壓力給定值做階躍擾動時的