【正文】 動(dòng)態(tài)性能分析： 穩(wěn)態(tài) 是 控制系統(tǒng)能夠運(yùn)行的首要條件，因此只有當(dāng)動(dòng)態(tài)過程收斂時(shí)，研究系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能才有意義。 圖 54 主回路等效圖 根據(jù)第四章的參數(shù)整定過程 ， 帶入數(shù)據(jù)可以求得 ： 11?????????????? ??iGHT sssTW iT )66/1()6611( 1)11(1 111 ?????? ? 主 回路 SINMULINK 結(jié)構(gòu)圖及仿真圖 見圖 55和圖 56。 閥門 系數(shù) fK =2 t/h/%，給水量及蒸汽流量變送器斜率 DG ?? ? = ， 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 40 水位變送器 ：在最大的水位波動(dòng)范圍 ? 150 mm 內(nèi)，變送器輸出電壓是 0～ 10V，所以， 水位變送器斜率 H? =3010=（ V/mm） 副回路的仿真 由 第四章的分析結(jié)果 可知 ， 可以把 副 回路作為一般的回路來(lái)分析 ， 由于執(zhí)行器、調(diào)節(jié)閥和 Gn 都可以認(rèn)為是一個(gè)比例環(huán)節(jié)，將 第四章 圖 44 中的 KZ、 Gn 、 G? 看作被控對(duì)象 K ，這樣副回路由調(diào)節(jié)器 )(2 SWT 和廣義被控對(duì)象 K=KZ fK Gn G? 組成 ， 所以可進(jìn)一步等效為圖 51： 圖 51 等效方框圖 由圖我們可以算得： K = fZKK GGn? =10 2 1 = 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法，將 2? 、 2iT 取的很小 ，一般 情況下積分時(shí)間 2iT ≤ s10 ，試探過程中，可以任意設(shè)置 Gn 值，就可以得到一個(gè)滿意的比例帶 2? 值 : )11(1)( 222 sTsW iT ?? ? = sss )(10)211( ??? 副回路 SINMULINK 結(jié)構(gòu)圖及仿真圖 見圖 52和圖 53。為此，利用 MATLAB仿真工具和 VB開發(fā)界面，建立 DEH仿真平臺(tái)，在不干擾生產(chǎn)的情況下，對(duì) DEH系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行分析研究， 從而避免了對(duì)系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整的盲目性，使 DEH系統(tǒng)各部分的動(dòng)態(tài)過程完整地呈現(xiàn)出來(lái)。尤其是自動(dòng)化儀表發(fā)展如此之快，使這些仿真控制系統(tǒng)不得不進(jìn)行設(shè)備的更新改造，其經(jīng)濟(jì)損失是顯而易見的。 由式（ 44）可得量的關(guān)系 GGDD nKn ?? ? 在負(fù)荷開始變化時(shí)，為使蒸汽流量信號(hào)更好 地 補(bǔ)償虛假水位現(xiàn)象，改善負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)過程的 質(zhì)量，一般使蒸汽流量信號(hào)大大高于給水流量信號(hào)，即令 1?K 。 一般取 Gn =1，則只需整定 1? 、 2? 、 1iT 和 2iT 。它的示意圖如圖 45所示，其中 )/(1 GGn? 為等效副回路。由 于 內(nèi)回路快速隨動(dòng)，故副調(diào)節(jié)器也可用純比例 型調(diào)節(jié)器。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 35 圖 44 副回路等效圖 把調(diào)節(jié)閥和普通管道系統(tǒng)作為被調(diào)對(duì)象，則作為 fK 以外的環(huán)節(jié)都作為等效調(diào)節(jié)器。主 回路參數(shù)整定是把副回路等效成一個(gè)比例環(huán)節(jié)，然后用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行整定；前饋通路的 Dn 選擇是基于“虛假水位”而定的。 主、副回路調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇原則： （ 1）主參數(shù)控制質(zhì)量要求不十分嚴(yán)格，同時(shí)在對(duì)副參數(shù)的要求也不高的情況下，為使兩者兼顧而采用串級(jí)控制方式時(shí)，主、副調(diào)節(jié)器均可采用比例控制。就是說純 微 分 作用的調(diào)節(jié)器是不能單獨(dú)使用的，微分作用要與比例作用或比例積分作用相結(jié)合，形成比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律或比例微分積分調(diào)節(jié)規(guī)律。 微分調(diào)節(jié)規(guī)律是調(diào)節(jié)器輸出的控制作用與其偏差輸入信號(hào)的變化速度成正比。比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律要比純積分調(diào)節(jié)規(guī)律優(yōu)越得內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 34 多。然而比例調(diào)節(jié)不能保證系統(tǒng)無(wú)差。這三種基本調(diào)節(jié)規(guī)律就是比例調(diào)節(jié)規(guī)律、積分調(diào)節(jié)規(guī)律、微分調(diào)節(jié)規(guī)律。 這個(gè)系統(tǒng)中使用了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，構(gòu)成串級(jí)控 制系統(tǒng)。因此應(yīng)采用以蒸汽流量 D 為前饋信號(hào)的前饋控制，從而能夠根據(jù)對(duì)象在外擾 下虛假水位的嚴(yán)重程度來(lái)適當(dāng)加強(qiáng)蒸汽流量信號(hào)的作用強(qiáng)度，以改善蒸汽負(fù)荷擾動(dòng)下的 水位控制品質(zhì)。其中主要的擾動(dòng)為給水流量 W、鍋爐蒸發(fā)量 D、汽包壓力、爐膛熱負(fù)荷等，其對(duì)水位的影響各不相同。汽包水位過高，會(huì)影響汽包內(nèi)汽水分離裝置的正常工作，造成出口的蒸汽水分 含量 過多，導(dǎo)致過熱器管壁結(jié)垢而被燒壞，也使過熱蒸汽溫度急劇變化，直接影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。 3． 當(dāng)給水流量信號(hào) WI 和蒸汽流量信號(hào) DI 兩個(gè)信號(hào)中由于變送器故障而失去一個(gè)信號(hào)，或變送器特性發(fā)生變化， DI 和 WI 平衡關(guān)系失去時(shí)，主調(diào)節(jié)器由于積分作用可內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 31 補(bǔ)償失去平衡的電流，使系統(tǒng)暫時(shí)維持工作；而單級(jí)系統(tǒng)當(dāng) DI 或 WI 因產(chǎn)生故障而失去時(shí)，則無(wú)法控制水位在額定值，因此，串級(jí)系統(tǒng)的安全性較好。主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是校正水位，這比單級(jí)三沖量給水 控制系統(tǒng)的工作更為合理，故串級(jí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量比單級(jí)系統(tǒng)要好一些。但是，在系統(tǒng)參數(shù)整定時(shí)，內(nèi)外回路相互關(guān)聯(lián)相互影響，不容易確定參數(shù)，從而得不到希望的調(diào)節(jié)效果，且負(fù)荷變化時(shí)水位靜態(tài)值是根據(jù) “ 靜態(tài)對(duì)比 ” 來(lái)進(jìn)行整定的。三沖量給水系統(tǒng)又分為單級(jí)三沖量和串級(jí)三沖量給水系統(tǒng)。 雙沖量控制系統(tǒng)能消除內(nèi)擾，有效補(bǔ)償外擾引起的水位變化，克服 “ 虛假水位 ”的影響，改善了控制質(zhì)量，但由于給水流量對(duì)水位的影響，其延遲要比蒸發(fā)量對(duì)水位影響大，用水位作為反饋信號(hào)去控制不及時(shí)，使得動(dòng)態(tài)偏差增 大。當(dāng)給水流量自發(fā)變化時(shí)，要等到汽包水位變化后，才有信號(hào)輸入控制器。水位的第二次升高值是調(diào)節(jié)器接受虛假水位信號(hào)后產(chǎn)生的誤動(dòng)作造成的。 圖 41 單沖量單回路自動(dòng)調(diào)節(jié) 這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是不能適應(yīng)較大的負(fù)荷擾動(dòng)。在鍋爐負(fù)荷升高到一定程度，即泵流量較大時(shí)，為了不使泵在下限特性右邊區(qū)域工作，也需適當(dāng)提高上水通道阻力，以使泵出口壓力提高，這樣給水調(diào)節(jié)門又保證了泵在下限特性左邊安全區(qū) 工作。這樣在所需的相同的泵出口壓力條件下，可使泵進(jìn)入上限特性右邊的安全工作區(qū)工作，如圖 314內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 中，泵工作點(diǎn)由 1a 移到 1b 點(diǎn)。 圖 313 正端輸入跟蹤線路原理圖 （ a）原理電路圖；（ b）原理框圖 如果在信 號(hào)跟隨電路中客觀需要加入一些其他信號(hào)，例如圖 311 中，串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)要求副調(diào)節(jié)器給定信號(hào)跟隨給水流量信號(hào) W，在 PI1 調(diào)節(jié)的積分器后又加入了蒸汽流量信號(hào) D，即中間加入了附加信號(hào)，仍能使從動(dòng)信號(hào)跟隨主動(dòng)信號(hào)。若 A 是變化量，則 B 信號(hào)跟隨 A 信號(hào)變化，始終保持 B 與 A 相等。 最簡(jiǎn)單的 原理圖如圖 312所示。系統(tǒng)的切換在 25%內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 負(fù)荷左右進(jìn)行。兩套控制系統(tǒng)的切換是根據(jù)鍋爐負(fù)荷（蒸汽流量）的大小進(jìn)行的。于是出現(xiàn)了低負(fù)荷時(shí)采用單沖量，高負(fù)荷時(shí)采用三沖量給水 控制系統(tǒng)，如圖 311 所示。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 調(diào)節(jié)閥的切換與截門的切換密切配合，截門應(yīng)在調(diào)節(jié) 閥投入工作之前打開。 當(dāng) b 信 號(hào) 降 為 零 時(shí) ， 小 閥 門 回 路 的 乘 法 器 輸 出00 ????? cac baU 小 。這是因?yàn)?KJ 斷開，限速組件≦的輸出信號(hào) b為 0，則大閥回路中乘法器輸出 010 0 ????? ac baU大。 從圖 310 可以看出，在低負(fù)荷時(shí)，繼電器接點(diǎn) KJ 斷開，定值組件 GH 發(fā) 出 10V的階躍信號(hào)，經(jīng)過加法器，直接送到小閥回路中的乘法器，即 10?b V。 兩個(gè)乘法器的輸入輸出關(guān)系為 kmnmU ???? 110101 krrmnrrmU ?????? 21221202 10)( 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 加法器 ? 的輸出為 krrmkmmUUmm2121102021 ??????? = krrmkm ??? 2121 )1( krmkrmrm ???? 22111 )1( 因?yàn)? 111 rmW? ；222 rmW? ；1rmW? 所以 kWkWW ???? 21 )1( 例如，當(dāng)流量較小， GH 1m =，可得到 ???n ； ?? nk 21 WWW ?? 即從大孔板測(cè)量值取 60%，從小孔板測(cè)量 值 取 40%，構(gòu)成給水流量測(cè)量信號(hào)。 現(xiàn)把實(shí)現(xiàn)式（ 15）的線路原理說明如下： 當(dāng) 1m ≥ GH 值時(shí)，比例組件輸入為負(fù)值，反向截止使輸出 N=0，由乘法器中 10nk? ，得到 0?k 。 圖 39 給水流量測(cè)量信號(hào)系統(tǒng) 在圖 39中， 1W 經(jīng)過大孔板的給水流量； 2W 經(jīng)過小孔板的給水流量； ?內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 1r 大孔板、流量變送器、 I/U 轉(zhuǎn)換及開方器合在一起的測(cè)量系統(tǒng)總的系數(shù)； 2r ?小孔板等測(cè)量系統(tǒng)總的系數(shù)； W 最后測(cè)得的給水流量信號(hào)，它如用指示表表示出來(lái)，系數(shù)值用 1r （即按大孔板測(cè)量范圍作為指示儀表的測(cè)量范圍）； k 0～ 1 變化的系數(shù)。當(dāng)給水流量大于 25%時(shí)， k 值由 1 向零逐漸變小，當(dāng)流量達(dá)到 30%時(shí) 0?k ，這時(shí)旁路給水流量信號(hào)消失，轉(zhuǎn)入主給水管路的給水流量測(cè)量。在鍋爐啟停及低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，用旁路孔板 2測(cè)量給水量，高負(fù)荷時(shí)用主管路孔板 1測(cè)量給水量。上面的一路為主給水，在高負(fù)荷時(shí)使用；下面一路為流量較小的旁路給水，鍋爐啟停過程中及低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)用它供水；中間一路為輔助給水，當(dāng)主給水管路發(fā)生故障或因水壓過低而主給水供不應(yīng)求時(shí)使用。所以，對(duì)給水流量測(cè)量信號(hào)可以只采用溫度校正，其校正回路如圖 36 所示 。當(dāng)被測(cè)過熱蒸汽的壓力和溫度偏離設(shè) 計(jì)值時(shí)，蒸汽的密度變化很大，這就會(huì)給流量測(cè)量造成誤差，所以要進(jìn)行壓力和溫度的校正。1 bsa pkkHH ??? ?? bsa pkkH 21)( ??? ?? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 則式（ 31）可以改寫為 )(21 bb bpf ppkkh ???? （ 33） 按式（ 33）可設(shè)計(jì)出較為簡(jiǎn)便的水位自動(dòng)校正線路，如圖 34所示。計(jì)算和試驗(yàn)表明，密度與汽包之間的函數(shù)曲線可以看出 sa ?? ? 與 bp 的關(guān)系在較大范圍內(nèi)可以近似地認(rèn)為是線性關(guān)系，即 39。密度 a? 與環(huán)境溫度有關(guān)，一般可取 50℃時(shí)水的密度。通?？梢圆捎靡韵路椒ㄟM(jìn)行壓力校正。為了實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)控制，要求這些信號(hào)能夠自動(dòng)地進(jìn)行壓力、溫度校正。為了保證泵在低負(fù)荷內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 時(shí)出口有足夠的流量，防止給水泵產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，安裝了再循環(huán)管路。 汽動(dòng)泵電動(dòng)泵混合型給水系統(tǒng)共有三臺(tái)主給水泵，其中兩臺(tái)是可變速的汽動(dòng)泵，它們?cè)诟哓?fù)荷時(shí)使用 。為了檢修方便，在主給水管路上又安裝了總的電動(dòng)截門 7。全廠所有的給水泵都連在給水母管上；而每臺(tái)鍋爐的給水調(diào)節(jié)則用各 自連接在給水母管上的給水調(diào)節(jié)門進(jìn)行。 從各種擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特性可估計(jì)到水位調(diào)節(jié)的一些缺點(diǎn)：由于存在延遲，等到水位偏離規(guī)定值后再去進(jìn)行調(diào)節(jié)，水位必然會(huì)有較大的變化（尤其是水位反應(yīng)快的內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 鍋爐），水位的偏差也大；在負(fù)荷變化時(shí)，由于“虛假水位”現(xiàn)象，水位將迅速變化，這種變化幅度不可能用調(diào)節(jié)給水量來(lái)減小。隨著汽包壓力的升高，汽水混合物中汽泡的比例將減小，又使得汽水總?cè)莘e下降；其次，在汽壓升高時(shí)，汽的比容變小，水的比容變大，總的效果是汽水混合物的比容變化不大。汽 輪機(jī)甩負(fù)荷擾動(dòng)下的“虛假水位”現(xiàn)象是相當(dāng)嚴(yán)重的，這給組成水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)帶來(lái)了困難。水位實(shí)際變化曲線是 H1和 H2 之和。 水位在給水?dāng)_動(dòng)下的傳遞函數(shù)可表示為： )1(1)( ssssWHsW h ?????? ?????? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 其擾動(dòng)傳遞函數(shù)方框圖如圖 23 所示，可近似認(rèn)為是一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)的并聯(lián)或串聯(lián)的兩種形式。 事實(shí)上也就是因?yàn)榻o水溫度遠(yuǎn)低于省煤器的溫度，即給水有一定的過冷度，水進(jìn)入省煤器后，使一部分汽變成了水，特別是沸騰式省煤器，給水減輕了省煤器內(nèi)的沸騰度，省煤器內(nèi)汽泡總 容積 減少，因此，進(jìn)入省煤器內(nèi)的水首先用來(lái)填補(bǔ)省煤器中因汽泡破滅容積減少而降低的水位，經(jīng)過一段遲延甚 至水位下降后，才能因給水不斷從省煤器進(jìn)入汽包而使水位上升。影響水位變化的原因是很多的，其中鍋爐的蒸發(fā)量和給水流量的變化是主要的，其它還 有爐膛熱負(fù)荷、汽包壓力的變化等原因。因此