【正文】 程，適當(dāng)調(diào)整，直到獲得滿意的過渡過程。（1）先整定副調(diào)節(jié)器 2()TWs。在第一次整定副調(diào)節(jié)器時(shí)，斷開主環(huán)，即按副回路單獨(dú)工作時(shí)的單回路系統(tǒng)來整定副調(diào)節(jié)器 2()TWs的參數(shù)，記作 ??21()TWs。（2）根據(jù) ??21()Ts整定主調(diào)節(jié)器 1()Ts。由圖 35 可以寫出串級(jí)控制系統(tǒng)的特征方程為 201 012()() ()0TT mmWss? ? （311）可得此時(shí)等效控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為 *202212()()()Tmsss? （312）按照單回路系統(tǒng)整定方法求出主調(diào)節(jié)器參數(shù)，記作 ??1()TWs。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手（3）據(jù)（2）得到的 ??1()TWs，再整定副調(diào)節(jié)器 2()TWs，由圖 36 寫出串級(jí)控制系統(tǒng)的特征方程為 （313?????????01 1021202 ???smTmT）可得此時(shí)等效控制對(duì)象為 （314??????sss1m022m0*02?）然后根據(jù)單回路系統(tǒng)的整定方法求出副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，記為 ??2()TW。圖 36 串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖的等效變換（4）如果 ??2()TWs的參數(shù)值與第（ 1）步得到 ??21()TWs的參數(shù)值基本相同，那么整定就告完成。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) 2()T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。 串級(jí)溫度控制系統(tǒng)的仿真以某廠 300MW 機(jī)組主汽溫為被控對(duì)象為例：惰性區(qū)傳遞函數(shù)為： 500129sWe??? (314)導(dǎo)前區(qū)傳遞函數(shù)為： 80235s? (315)其中主調(diào)節(jié)器為 PI 調(diào)節(jié)器，即 ??1Tis?????????。 用衰減曲線法整定參數(shù)得，δ=；T i=60。副調(diào)節(jié)器為 P 調(diào)節(jié)器，在這里 δ = 3，反饋通道比例系數(shù)均為1，在無擾動(dòng)的情況下，輸入為單位階躍信號(hào)，用 MATLAB 進(jìn)行仿真，其結(jié)構(gòu)圖如圖 37 所示，其仿真曲線如圖 38 所示。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手圖 37 串級(jí)汽溫控制系統(tǒng) Simulink 結(jié)構(gòu)圖圖 38 串級(jí)主蒸汽溫度控制系統(tǒng)階躍給定響應(yīng)曲線由圖可知衰減比為 8：1，系統(tǒng)雖然穩(wěn)定，但系統(tǒng)超調(diào)且具有較大延遲。這是因?yàn)闅鉁貙?duì)象中的純滯后環(huán)節(jié)造成的，若采用串級(jí)系統(tǒng)，則必須改進(jìn)加入消除大延遲的方案。 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)。這種控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：只用了一個(gè)調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器的輸入取了兩個(gè)信號(hào)。一個(gè)信號(hào)是主汽溫經(jīng)變送器直接進(jìn)入調(diào)節(jié)器的信號(hào)，另一個(gè)信號(hào)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(hào)。在時(shí)間和相位上，后一個(gè)信號(hào)超前于主信號(hào)，因此把這種系統(tǒng)稱為導(dǎo)前微分控制系統(tǒng) [6]。又因?yàn)樗袃蓚€(gè)信號(hào)直接送入到調(diào)節(jié)器，所以也稱這樣的系統(tǒng)為具有導(dǎo)前微分信號(hào)的雙沖量控制系統(tǒng)。微分作用能反映輸出量的變化趨勢(shì)，因而能提前反映輸出量的變化，把這種作用用于控制系統(tǒng)，能改善控制性能。 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的組成及原理. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手采用導(dǎo)前微分信號(hào)的過熱汽溫控制系統(tǒng)如圖 39 所示。這個(gè)系統(tǒng)引入了導(dǎo)前汽溫 2?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。因?yàn)?2?和主汽溫 1的變化趨勢(shì)是一致的，切 2?的變化比 1快的多，因此它能迅速反映 1的變化趨勢(shì)。引入了 2的微分信號(hào)后。將有助于調(diào)節(jié)器的動(dòng)作快速性。在動(dòng)態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器將根據(jù) ?的微分信號(hào)和 1與 的給定值之間的偏差而動(dòng)作；但在靜態(tài)時(shí)，2?的微分信號(hào)消失，過熱汽溫 ?必然等于給定值。如果不采用導(dǎo)前信號(hào) 2?的微分信號(hào)，則在靜態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器將保持 12()?等于給定值，而不能保持 1等于給定值。由圖 39 所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖我們可以畫出導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)控制系統(tǒng)的原理方框圖，如圖 310 所示。它包括兩個(gè)閉合的控制回路：由控制對(duì)象的導(dǎo)前區(qū) 02()Ws，導(dǎo)前汽溫變送器 2r?、微分器 ()dWs、調(diào)節(jié)器 ()TWs、執(zhí)行器 ZK和減溫水調(diào)節(jié)閥 K?組成的副回路（導(dǎo)前補(bǔ)償回路） ；由控制對(duì)象的惰性區(qū) 01()s、主汽溫變送器 1r?和副回路組成的主回路。圖 39 導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的雙回路汽溫控制系統(tǒng)貲嚼餼鞔 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的分析對(duì)于如圖 310 所示的控制系統(tǒng)，當(dāng)去掉導(dǎo)前汽溫的微分信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)就成為單回路控制系統(tǒng)，如圖 311(a）所示，控制對(duì)象 ??0012()()Wss?的遲延、慣性較大。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)。但對(duì)于這個(gè)雙回路系統(tǒng)作適當(dāng)?shù)牡刃ё儞Q后，發(fā)現(xiàn)仍可把它當(dāng)作一個(gè)單回路系統(tǒng)來處理，如圖 311（b）所示。只是由于微分信號(hào)的引入改變了控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。這個(gè)新的控制對(duì)象的輸入仍然是減溫水流量. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手信號(hào) BW，但輸出信號(hào)為 *1?，等效控制對(duì)象的傳遞函數(shù)可以根據(jù)方框圖求得。其中： * 2100211()()dBsWs?????????? （317）圖 310 采用導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的雙回路汽溫控制系統(tǒng)原理框圖a)——單回路系統(tǒng)方框圖；b)——雙回路系統(tǒng)的等效方框圖圖 311 采用微分信號(hào)改變控制對(duì)象特性的方框圖在靜態(tài)時(shí)，微分器輸出為零，所以等效控制對(duì)象的輸出；在動(dòng)態(tài)過程中，等效控制對(duì)象的輸出中除了主汽溫信號(hào)外，還疊加了導(dǎo)前汽溫的微分信號(hào)。由于等效對(duì)象的輸出的慣性遲延比控制對(duì)象小得多，因而等效對(duì)象的輸出的慣性. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手遲延小得多。因此加入導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的作用可以理解為改變了控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，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。 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的整定按補(bǔ)償法進(jìn)行整定根據(jù)前面對(duì)系統(tǒng)的分析方法，我們可以得出補(bǔ)償法的整定規(guī)則：整定微分器 ??dWs的參數(shù)（ DK、 T）以形成一個(gè)等效對(duì)象，這個(gè)等效對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性等于（或近似等于）在動(dòng)態(tài)時(shí)為導(dǎo)前區(qū)的特性，在靜態(tài)時(shí)為主汽溫的特性，而調(diào)節(jié)器 T(S)的參數(shù)（ ?， i）則按等效對(duì)象的特性整定（按一般單回路控制系統(tǒng)得到整定方法） 。下面分析如何通過調(diào)整微分器的參數(shù)來獲取等效對(duì)象的特性。設(shè)主汽溫對(duì)象的傳遞函數(shù)為 00021()())nKWssTs??? （318）導(dǎo)前區(qū)汽溫對(duì)象的傳遞函數(shù)為 202()1)nsTs?? （319）則等效對(duì)象的傳遞函數(shù)為 ??2* 202202022 2()()()dnKWssWWsTs??????????? （320）由上式可得 012()()dKss????????12?? （321） 可見微分器的參數(shù)時(shí)根據(jù)控制對(duì)象的惰性區(qū)來整定的，用控制對(duì)象惰性區(qū)傳遞函數(shù)的求法，由 102/?。則式（321）可寫為： 112()()Dd nKTsWTs??????????? (322)假設(shè)汽溫對(duì)象惰性區(qū)得傳遞函數(shù)時(shí)一階的（即 ?） ，則有. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手 11122DKTsKTss???????? （323）比較等式兩邊的對(duì)應(yīng)項(xiàng)可得 DT＝ 1 K＝ 2??微分器按此組參數(shù)整定，則等效對(duì)象的傳遞函數(shù)為： 2*00()1)nWsTs?? （324）則實(shí)現(xiàn)了完全補(bǔ)償?shù)念A(yù)定目的。但是汽溫對(duì)象的惰性區(qū)傳遞函數(shù)的階次都是高于一階的（通常 12n?） ，那么，式（322）等號(hào)兩邊就只能作到近似相等，而不能實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償。下面推導(dǎo) 1時(shí)，微分器參數(shù)的確定方法。將式（322 ）等號(hào)的兩邊展開為冪級(jí)數(shù)的形式：等式左邊為 ??23DDDKTsTss????… （325）等式右邊為 ????1 1211 122!n nKKTssTs???????????????????? （326）令等式兩邊 s的低階項(xiàng)（二階以下項(xiàng)）的系數(shù)相等。由此可以確定微分器的整定參數(shù) 12DnK???? 12DnT?? （327）按式（327 ）求得的 ??dWs參數(shù)僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)象的近似補(bǔ)償，即使 *002()KsW? （328）在確定了等效對(duì)象的傳遞函數(shù)之后，對(duì)于調(diào)節(jié)器 ()Ts的參數(shù) ?和 iT應(yīng)按等效對(duì)象 *0()s來整定（按一般單回路系統(tǒng)的整定方法） ，其原理框圖如圖 312 所示。貲嚼餼鞔. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手圖 312 補(bǔ)償法整定框圖補(bǔ)償法是整定雙回路系統(tǒng)的一種很實(shí)用的方法，用該方法整定系統(tǒng)時(shí)，可以不考慮內(nèi)外回路之間的相互影響。 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的仿真仍以某廠 300MW 機(jī)組主汽溫為被控對(duì)象為例：惰性區(qū)傳遞函數(shù)為： 500129sWe??? (329)導(dǎo)前區(qū)傳遞函數(shù)為： 80235s? (330)令 ， , ， 的值都為 1。經(jīng)過整定可得：ZK?1??2 127??s.)(Wd (331)其中調(diào)節(jié)器為 PI 調(diào)節(jié)器，用補(bǔ)償法整定得 δ=16， Ti=56。在無擾動(dòng)的情況下，輸入為單位階躍信號(hào)，用 MATLAB 進(jìn)行仿真，其結(jié)構(gòu)圖如圖 313 所示，其仿真曲線如圖 314 所示 313 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)系統(tǒng) Simulink 結(jié)構(gòu)圖. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手圖 314 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)階躍給定響應(yīng)曲線由圖可知，應(yīng)用導(dǎo)前微分控制的系統(tǒng)也能達(dá)到穩(wěn)定，調(diào)節(jié)器對(duì)給定的變化響應(yīng)速度比串級(jí)控制系統(tǒng)要快，系統(tǒng)性能也不錯(cuò)，對(duì)大滯后系統(tǒng)有較好的調(diào)節(jié)作用，是一種不錯(cuò)的控制方案。 兩種自動(dòng)控制系統(tǒng)的比較及控制方案選擇前面討論了串級(jí)過熱汽溫控制系統(tǒng)和導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的雙回路過熱汽溫控制系統(tǒng)，他們?cè)趯?shí)際應(yīng)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(zhì)量、系統(tǒng)構(gòu)成、整定調(diào)試等方面各有特點(diǎn)。時(shí)，其等效主、副調(diào)節(jié)器均為 PI 調(diào)節(jié)器。但對(duì)于實(shí)際的串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)，為了提高副回路的快速跟蹤性能，副調(diào)節(jié)器應(yīng)采用 P 或 PD 調(diào)節(jié)器，而主調(diào)節(jié)器應(yīng)采 PI 或 PID 調(diào)節(jié)器。因此，采用導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的雙回路系統(tǒng)的副回路，其快速跟蹤和消除干擾的性能不如串級(jí)系統(tǒng)；在主回路中，串級(jí)系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器可具有微分作用，故控制品質(zhì)也比雙回路系統(tǒng)好，特別對(duì)于慣性、延遲較大的系統(tǒng)，雙回路系統(tǒng)的控制質(zhì)量不如串級(jí)系統(tǒng)。、副兩個(gè)控制回路的工作相對(duì)比較獨(dú)立，因此系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)的整定、調(diào)試直觀、方便。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。，采用導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的雙回路系統(tǒng)較為簡單。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(yīng)用。若被控對(duì)象的遲延較大，外擾頻繁，而且要求有較高的控制質(zhì)量，則應(yīng)采用串級(jí)控制系統(tǒng)。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手綜上分析，本次設(shè)計(jì)采用串級(jí)溫度控制系統(tǒng)，而氣溫對(duì)象具有較大的延遲，我們要在串級(jí)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，消除大滯后的影響，對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)速度加以改善。第 4 章 主蒸汽溫度控制系統(tǒng)的改進(jìn)與仿真在鍋爐機(jī)組的運(yùn)行過程中，氣溫對(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)過程控制通道或測量環(huán)節(jié)存在延遲時(shí)候，會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性；另外純遲延會(huì)導(dǎo)致被控制量的最大動(dòng)態(tài)偏差增大，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)質(zhì)量下降，而且 /cTt之比越大越不容易控制。對(duì)于閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的純遲延若單單采用上述的串級(jí)控制等方案是無法保證其