【正文】 從圖 58 可看出，系統(tǒng)能夠收斂于固定值， 所以我們計(jì)算下圖 的性能指標(biāo)。 修改參數(shù) 后主回路 的 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖 如圖 57 所示： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 43 圖 57 主回路的 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖 修改參數(shù)后的主回路仿真圖如圖 58 所示 ： 圖 58 主回路的仿真圖 修改參數(shù)后的主回路的仿真曲線是一波半，顯示出很好的控制特性， 并能穩(wěn)定在穩(wěn)定 值 1， 這是因?yàn)樵谶M(jìn)行參數(shù)整定的時(shí)候， 為了不降低副回路控制過程的快速性，同時(shí)要減小副調(diào)節(jié)器的比例帶 2? ， 為了配合方便， Dn / Gn 最好為整數(shù)（一般為 2，即 Gn =） ，而在一般情況下 ， 若要求在負(fù)荷不變的情況下，水位無靜差， 給水流量信號的 分壓系數(shù) Gn 一般都取為 1。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 42 圖 55 主回路的 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖 圖 56 主回路的仿真圖 上圖中縱坐標(biāo)的 eHH 表示 相對水位， 也就是期望達(dá)到的 穩(wěn)定水位，這里穩(wěn)定 值設(shè) 為 1。它的示意圖如圖 54所示，其中 )/(1 GGn? 為等效副回路。 圖 52 副回路的 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 41 圖 53 副回路的仿真圖 由仿真曲線 可知，將副回路整定成快速隨動(dòng)系統(tǒng)。 串級三沖量 給水控制 系統(tǒng) 的 仿真 系統(tǒng)參數(shù)： 給水流量傳函 ： )201( )1()( )()(1 sssssW SHsW D ????? ?? 蒸汽流量傳函 ： ssssTKsD sHsW D )( )()( 222 ??????? ? 負(fù)荷從 0～ 100t/h 變化時(shí)，開方器輸出 0～ 100mA 調(diào)節(jié)器輸出從 0～ 10mA 變化時(shí)，閥門開度變化 0%～ 100%，即執(zhí)行器放大系數(shù) 100 1 0 % /10zK mA?? 。這對 DEH系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行中參數(shù)的整定、修改起到了預(yù)測和指導(dǎo)作用。在火電廠中，DEH(汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng) )是汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的神經(jīng)中樞，該系統(tǒng)性能只能通過動(dòng)態(tài)過程才能反映出來。 MATLAB是Mathworks公司于 1982年推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件，它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便的、界面友好的用戶環(huán)境。以往的仿真控制系統(tǒng)主要是物理和半物理仿真，建立這樣的仿真控制系統(tǒng)投資大，安裝和維護(hù)費(fèi)用也大。 這時(shí)有 GGGGDD nnKn ??? ?? 1?K 若 GD ?? ? ，則 GD Knn ? 1?K 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 39 第五章 串級三沖量給水控制系統(tǒng)的仿真 MATLAB 概述 火電廠是高度重視安全生產(chǎn)的企業(yè)之一，控制系統(tǒng)一旦投入運(yùn)行，是不允許無關(guān)人員隨便亂動(dòng)的。負(fù)號表示前饋調(diào)節(jié)方向與虛假水位方向相反。則有 22222iiGTTn????? ??? 111 ii TT ???? ??? ? ??????11??iGHT 前饋通路的設(shè)計(jì) 前饋通路的簡化圖見圖 46， 通路中 Dn 的選擇是基于“虛假水位”情況而定的。 1111iiHGGTTn???????? （ 43） G? 和 H? 為已知，所以回路只要整定 Gn 、 1? 和 1iT 的問題，用以下 經(jīng)驗(yàn) 公式整定： ???? ??iT 所以 ???? ??11????iGGHTn 由式（ 42）和式（ 43）兩式可知： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 37 GGnn????121?? 即當(dāng) Gn 增加時(shí)，內(nèi)回路穩(wěn)定性降低，外回路穩(wěn)定性增強(qiáng)，反之相反。 圖 45 主回路等效圖 把 )(1 sWD 看成是被控對象，其余的環(huán)節(jié)可看成是 等效調(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 36 主回路的整定是建立在副回路可以等效為一個(gè)快速比例環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上的。 式（ 41）表明，副回路的等效調(diào)節(jié)器也可看作一個(gè) PI規(guī)律的調(diào)節(jié)器。當(dāng)給水被控對象“虛假水位”嚴(yán)重時(shí)，需加大蒸汽流量信號的作用強(qiáng)度，以改善控制過程品質(zhì)，此時(shí)可取 1?Dn ，并通過試驗(yàn)來減小Gn， Dn / Gn 最好為整數(shù)（一般為 2，即 Gn =）。 )()( )()( 22 sWKnsG ssW TZGGT ?? ??? 若 )(2 sWT 采 用 型 如 )11(122 sTi??的調(diào)節(jié)規(guī)律，則 )11()( )()( 222 sTKnsG ssW iZGGT ???? ??? （ 41） 式中 2? 副調(diào)節(jié)器比例帶； 2iT 副調(diào)節(jié)器積分時(shí)間。 副回路 可看作一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，如圖 44所示。它主要是為了補(bǔ)償“虛假水位”現(xiàn)象。 串級三沖量給水控制系統(tǒng)的參數(shù)整定 主、副調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定 在串級三沖量給水控制系統(tǒng)中，副回路是一個(gè) PI 調(diào)節(jié)器 2()TWs，一般用試探法整定副回路的 2/ Gn? 和 2iT 。 （ 2）要求主參數(shù)波動(dòng)范圍很小，且不允許有余差（穩(wěn)態(tài)誤差）， 此時(shí)副調(diào)節(jié)器可采用比例控制，主調(diào)節(jié)器采用比例積分控制。比例作用貫徹于整個(gè)調(diào) 節(jié) 過程之中，積分作用則體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過程的后期，用于消除靜態(tài)偏差，微分調(diào)節(jié)作用則體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過程的初期。 微分作用的引入使系統(tǒng)控制過程的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性都得以提高，但它不能像積分作用那樣消除穩(wěn)態(tài)偏差。這樣經(jīng)過一段時(shí)間后，偏差將積累成一個(gè)較大的值。微分調(diào)節(jié)作用的大小僅與偏差信號的變化速度有關(guān)，而與偏差值大小無關(guān)。因此與采用純 比例調(diào)節(jié)器相比，比例積分調(diào)節(jié)器的比例帶應(yīng)適當(dāng)加大，以補(bǔ)償積分作用造成的穩(wěn)定性下降。因此工程中很少采用純積分調(diào)節(jié)器，廣泛采用的是比例積分調(diào)節(jié)器。但是，具有積分調(diào)節(jié)規(guī)律的調(diào)節(jié)器不能完全消除偏差。積分作用可以實(shí)現(xiàn)無 差調(diào)節(jié)，只要偏差存在，積分控制作用一直增加；換言之，只有偏差為零時(shí)，積分作用才停止變化，這表明系統(tǒng)達(dá)到再次穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，被調(diào)量的偏差必然為零。 比例調(diào)節(jié)規(guī)律的特點(diǎn)是控制及時(shí)，控制作用貫穿整個(gè)調(diào)節(jié)過程，因此它是基本的調(diào)節(jié)作用。三種調(diào)節(jié)規(guī)律的組合可設(shè)計(jì)出多種調(diào)節(jié)規(guī)律的調(diào)節(jié)器，如比例調(diào)節(jié)器、比例積分調(diào)節(jié)器、比例積分微分調(diào)節(jié)器等。 串級三沖量給水控制系統(tǒng)的 SAMA 圖 下圖為串級三沖量給水控制系統(tǒng)的 SAMA 圖 ： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 33 圖 43 串級三沖量給水控制系統(tǒng)的 SAMA圖 調(diào)節(jié)器的選 擇 調(diào)節(jié)規(guī)律是指調(diào) 節(jié)器輸出信號與其輸入信號之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，從理論上說可有各種形式的函數(shù)關(guān)系，然而在實(shí)踐中總結(jié)出三種基本調(diào)節(jié)關(guān)系，廣為采用。 為保證被調(diào)量無靜差，主調(diào)節(jié)器采用 PI控制規(guī)律，副調(diào)節(jié)器采用 PI或 P控制規(guī)律，副調(diào)節(jié)器接受三個(gè)輸入信號，信號之間有靜態(tài)配合問題，但系統(tǒng)的靜態(tài)特性由主調(diào)節(jié)器決定，因此蒸汽流量信號并不要求與給水流量信號相等。 圖 42 串級三沖量給水控制系統(tǒng)原理方框圖 這個(gè)系統(tǒng)有三個(gè)回路， Ⅰ為副回路 ， 包括 給水量 W、副調(diào)節(jié)器 )(2 sWT 、執(zhí)行器放大系數(shù) ZK 、 閥門系數(shù) fK 、給水 流量變送器斜率 G? 和給水流 量分壓系數(shù) Gn ； Ⅱ?yàn)橹骰芈?，包括 水位被控對象 )(1 sWD 、水位變送器斜率 H? 、主調(diào)節(jié)器 )(1 sWT 和副 回路 ；Ⅲ位前饋通路 ，包括 蒸汽流量變送器斜率 D? 和 蒸汽流量分壓系數(shù) Dn 、副 回路和被控對象 )(2 sWD 。 采用串級控制系統(tǒng)將具有更好的控制品質(zhì)，調(diào)試整定也比較方便，故在大型汽包爐上可采用串級三沖量給水控制系統(tǒng)。 另外 ，控制對象在蒸汽負(fù)荷擾動(dòng)（外擾）時(shí)，存在“虛假水位”現(xiàn)象，應(yīng)此在擾動(dòng)的初始階段，調(diào)節(jié)器將 使 給水流量 向與 負(fù)荷變化相反的方向變化，加劇了鍋爐的進(jìn)、出流量的不平衡。其中給水流量和蒸汽流量是影響汽包水位的 2種主要擾動(dòng)，前者來自調(diào)節(jié)側(cè)，稱為內(nèi)擾 ，后者來自負(fù)荷側(cè)，稱為外擾。 汽包水位 H是汽包中儲(chǔ)水量和水面下汽包容積的綜合體現(xiàn) ，不僅受汽包儲(chǔ)水量變化的影響，還受汽水混合物 中 汽包容積變化的影響。汽包水位過低，可能破壞鍋爐水循環(huán)，導(dǎo)致 水冷壁管被燒壞。 串級三沖量給水控制系統(tǒng) 給水控制系統(tǒng)概況 鍋爐的汽包水位能夠間接反映鍋爐蒸汽負(fù)荷與給水量之間的平衡關(guān)系，維持汽包水位正常是保證鍋爐和汽輪機(jī)安全運(yùn)行的必要條件。 4． 串級系 統(tǒng)還可以接入其他沖量信號（如燃料信 號等）形成多參數(shù)的串級系統(tǒng)。對于虛假水位較嚴(yán)重的被控對象，這一點(diǎn)就顯得更有意義。 2． 在負(fù)荷變化時(shí)，水位靜態(tài)值是靠主調(diào)節(jié)器 1PI 來維持的，并不要求進(jìn)入副調(diào)節(jié)器的蒸汽流量信號 的作用強(qiáng)度按所謂“靜態(tài)配合 ”來進(jìn)行整定。副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是當(dāng)給水?dāng)_動(dòng)時(shí)，迅速動(dòng)作使給水量不變；當(dāng)蒸汽流量擾動(dòng)時(shí)，副調(diào)節(jié)器迅速改變給水量，保持給水量和蒸汽量平衡。所以，又出現(xiàn)了串級三沖量給水系統(tǒng)，此系統(tǒng)更進(jìn)一步完善了結(jié)構(gòu)，提高了控制質(zhì)量。給水量發(fā)生變化時(shí)，流量信號自然要比水位信號快得多，從而大大 的改善了控制質(zhì)量。所謂單級三沖量給水系統(tǒng)，是指系統(tǒng)中用了一個(gè)調(diào)節(jié)器，而調(diào)節(jié)器的輸入有三個(gè)，因此得名。 總之， 通過對給水控制系統(tǒng)的對象的動(dòng)態(tài)性能分析可以看出 ， 采用單回路控制系統(tǒng) 是不能滿足生產(chǎn)對控制品質(zhì)的要求，所以電站汽包鍋爐的給水控制普遍采用三沖量給水控制方案。所以這種 系統(tǒng)尚不能迅速消除給水流量的自發(fā)擾動(dòng)，也不能及時(shí) 體現(xiàn) 控制效果。 因此，當(dāng)調(diào)節(jié)對象的滯后時(shí)間和飛升速度較大時(shí)，調(diào)節(jié)過程將出現(xiàn)很大的動(dòng)態(tài)偏差?？刂破鞑拍茌敵鲂盘柛淖兛刂崎y開度，以抵消給水流量的自發(fā)擾動(dòng)。當(dāng)給水控制閥開度不變時(shí)，若給水泵出口壓力 、 管道阻 力 或汽包壓力變化 ， 將引起控內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 30 制閥前后的差壓變化，從而引起給水流量變化。另外，由于采用比例調(diào)節(jié)規(guī)律有靜差存在，鍋爐在大負(fù)荷時(shí)，水位保持低值，而在小負(fù)荷時(shí)，水位則保持高值，這種特性對鍋爐設(shè)備的運(yùn)行是不利的。由于水位回升很快， 往往使水位的升高值比第一次“虛假水位”下降值大。在蒸汽流量突然減少時(shí)，調(diào)節(jié)器本應(yīng)減小給水量以保持物質(zhì)的平衡，但由于“虛假水位”的存在使得水位 H下降，調(diào)節(jié)器根據(jù)這一信號，使給水量增加，甚至可能把調(diào)節(jié)閥門開到最大。 低參數(shù)小容量的鍋爐，相對于負(fù)荷來說，其水容積大 ，“虛假水位”現(xiàn)象不十分嚴(yán)重，對象的飛升速度比較小，對調(diào)節(jié)質(zhì)量要求不高，可采用圖 41所示的單沖量 單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，采用比例調(diào)節(jié)規(guī)律，就 能可靠地運(yùn)行。如圖 314 泵工作點(diǎn)由 2a 移至 2b 點(diǎn)。由于兼用改變泵轉(zhuǎn)速和上水通道阻力兩種方式調(diào)節(jié)給水量，增加了全程給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。 圖 314 給水泵安全特 性示意圖 由于給水泵有最低轉(zhuǎn)速 minn 的要求，在給水泵已接近 minn 時(shí)就不能以繼續(xù)降低轉(zhuǎn)速的方式來調(diào) 節(jié)給水量。為了滿足上限特性要求，在鍋爐負(fù)荷很低時(shí)，必須打開再循環(huán)門，以增加通過泵的流量。這是因?yàn)殡娐分杏蟹e分器和負(fù)反饋，并形成閉合回路，最后總能使比較器輸入信號代數(shù)和為零，始終使加法器輸出（即副調(diào)的給定值）跟蹤給水流量 W 值，保證副調(diào)節(jié)器入口偏差為零，從而保證無擾切換。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 如果主動(dòng)信號 A 從比較器正相輸入端輸入，為滿足閉環(huán)回路應(yīng)是負(fù)反饋的要求，則應(yīng)加一反向器，如圖 313 所示。 圖 312中閉環(huán)電路部分還應(yīng)符合負(fù)反饋原則。圖中比較器 E 可看成 是放大倍數(shù)為 ? 的放大器，故在（ A— B）信號很小的情況下，有： ???? )( BAD dtBABD d t ?????? ? )( 0)( ????? 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