【正文】 45。感謝電力學(xué)院的每一位老師，四年來是你們的孜孜教誨使我茁壯成長。凌呼君老師是我畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)教師，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)是在他的精心指導(dǎo)下完成的，我不僅從他那里學(xué)到了許多書本上的知識(shí)，而且還學(xué)到了他治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，勤于思索，敢于創(chuàng)新的精神，我想這更會(huì)使我受益終生的。使我對(duì)火力發(fā)電廠中單元機(jī)組的運(yùn)行及控制有了一定的了解，并深刻體會(huì)到了自動(dòng)化控制在火電廠實(shí)際運(yùn)行所發(fā)揮的巨大作用，加深了對(duì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)基本原理的認(rèn)識(shí)。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)場實(shí)際運(yùn)行情況做進(jìn)一步的改善。從而可以近似的解決問題，而且更好的是能在實(shí)際中找到相關(guān)問題，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。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，只不過耦合的更多，但多變量控制系統(tǒng)，可以通過變量的配對(duì)選擇，就能降低各回路之間的耦合。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。符合控制系統(tǒng)的要求。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。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)給予階躍信號(hào)，壓力定值時(shí)：圖516 功率響應(yīng)輸出曲線圖517 主汽壓響應(yīng)輸出曲線當(dāng)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)輸出曲線由以上模擬仿真結(jié)果可見，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。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。由Kp=可以得到常系數(shù)補(bǔ)償陣為： (53)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。 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。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。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)汽門開度，UB是鍋爐燃料量 （52） 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。 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。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)間應(yīng)與成正比；有微分作用加入時(shí)，可適當(dāng)減少一些。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，；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。圖410 有無自平衡能力對(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)。對(duì)無自平衡能力對(duì)象，其單位階躍響應(yīng)曲線如圖410（b）所示。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。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)間由小到大地調(diào)整，觀察每次試驗(yàn)過程，在感到滿意時(shí)便停止。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。做階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過程，修改積分時(shí)間重復(fù)試驗(yàn)，直到滿意為止。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)過程，若過渡過程有希望的衰減率（）則可，否則改變比例帶值，重復(fù)上述試驗(yàn)。 經(jīng)驗(yàn)法整定具體步驟：1） 將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間放到最大，微分時(shí)間置于最小。 通過長期實(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。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)間與無微分作用下相比也適當(dāng)減小了。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)過程。在曲線上求取時(shí)的振蕩周期或時(shí)的上升時(shí)間，按表42計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。應(yīng)逐步減小比例帶值，并再次試驗(yàn)，直到過渡過程曲線出現(xiàn)4:1的衰減過程，對(duì)于的調(diào)節(jié)過程也是一樣的做上述試驗(yàn)，直到出現(xiàn)10:1的衰減過程。衰減曲線法的具體步驟是：1） 置調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間，微分時(shí)間，比例帶為稍大的值；將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行。表41 臨界比例帶法計(jì)算公式（）規(guī) 律PPIPID ———臨界比例帶法在實(shí)際應(yīng)用中有一定的局限性，有些生產(chǎn)過程根本不允許產(chǎn)生等幅振蕩，如火力發(fā)電廠鍋爐汽包水位控制；此外，某些慣性較大的單容對(duì)象用比例調(diào)節(jié)器又很不容易產(chǎn)生等幅振蕩過程，得不到臨界狀態(tài)下的調(diào)節(jié)器比例帶即振蕩周期，則無法應(yīng)用臨界比例帶法。 3） 根據(jù)記錄曲線的振蕩周期此狀態(tài)下調(diào)節(jié)器比例帶為，然后按表41計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。 2） 將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，待系統(tǒng)穩(wěn)定后逐漸減小比例帶，直到進(jìn)入等幅振蕩狀態(tài)。這時(shí)控制系統(tǒng)處于邊界穩(wěn)定狀態(tài)，記下此狀態(tài)下的比例帶值，即臨界比例帶以及振蕩周期，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)，可以看出臨界比例帶法無須知道對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行參數(shù)整定。不過計(jì)算分析不必要求達(dá)到精確的結(jié)果，而是利用一些經(jīng)驗(yàn)性圖表，先略估計(jì)調(diào)節(jié)器參數(shù)的取值范圍，從而給現(xiàn)場整定提供參考。但是現(xiàn)場整定也要在正確的理論指導(dǎo)下才能有效進(jìn)行并解決所能發(fā)現(xiàn)的問題，若事先不經(jīng)過任何理論計(jì)算和分析，盲目地實(shí)踐可能會(huì)延誤時(shí)機(jī)，甚至帶來麻煩。由于這些原因，各種計(jì)算結(jié)果只能是近似的，只宜作參考依據(jù)。但問題是計(jì)算方法要以控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性為依據(jù)，而動(dòng)態(tài)特性測取時(shí)含有不精確性，更難以處理的是在工況變動(dòng)時(shí)，對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性可能發(fā)生變化。從理論上看，通過計(jì)算來整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)是可行的辦法。顯然，如果控制對(duì)象的運(yùn)行方式不當(dāng)，或者系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案不合理，測量儀表和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)選型不當(dāng)，安裝質(zhì)量不高等，則無論怎樣整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，也不能滿足調(diào)節(jié)質(zhì)量的要求。本次設(shè)計(jì)將采用此方法。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。因而靜態(tài)解耦也稱之為零頻解耦。 靜態(tài)解耦是對(duì)受控對(duì)象傳遞函數(shù)靜態(tài)增益矩陣實(shí)現(xiàn)解耦。因此，工程實(shí)現(xiàn)時(shí)，對(duì)解耦網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行必要的簡化是至關(guān)重要的。 靜態(tài)解耦按照以上解耦網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)表達(dá)式，可以實(shí)現(xiàn)多變量系統(tǒng)受控對(duì)象的解耦。單向解耦是使經(jīng)過補(bǔ)償?shù)牡刃?duì)象傳函矩陣成為一個(gè)三角陣，使補(bǔ)償器的數(shù)量減少。設(shè)此對(duì)象的傳遞矩陣為： （48）令： 由此可得： 圖49 和差補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)W12與W22有相似特性，變化方向相同時(shí)，選k1可使W12k1W22=0；當(dāng)W21與W11有相似特性，變化方向相反時(shí)，選k2可使W21+k2W11=0。采用和差補(bǔ)償法解耦，不需采用補(bǔ)償裝置，而是利用對(duì)象各通道傳遞函數(shù)的特點(diǎn)，對(duì)各通道的傳遞函數(shù)進(jìn)行加減運(yùn)算，使等效對(duì)象的傳遞矩陣成為對(duì)角矩陣。其二，補(bǔ)償環(huán)節(jié)是按被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型，根據(jù)零極點(diǎn)對(duì)消的原則設(shè)計(jì)出來的。 （47） 考慮到解耦作用在于消除交叉通道間的關(guān)聯(lián)，因此，可令A(yù)的對(duì)角線元素， I為單位矩陣。反饋解耦回路等效成串聯(lián)解耦網(wǎng)絡(luò)后，系統(tǒng)框圖如圖48所示。因此，反饋解耦回路不僅能消除各通道間的相互關(guān)聯(lián)，同時(shí)還能抑制系統(tǒng)的內(nèi)擾，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)擾的不變性原理。對(duì)于系統(tǒng)調(diào)節(jié)器而言，等效對(duì)象為： （46）其中， （2）反饋補(bǔ)償法采用反饋補(bǔ)償法的解耦控制系統(tǒng)框圖如圖47所示。以補(bǔ)償器的輸出CC2作為系統(tǒng)的輸出，可得到等效對(duì)象的傳遞函數(shù)矩陣為： 圖46 串聯(lián)后補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)構(gòu)圖有解耦條件可得到補(bǔ)償器傳遞函數(shù)為： 應(yīng)當(dāng)指出，上述解耦是補(bǔ)償器輸出CC2對(duì)定值擾動(dòng)x與內(nèi)擾u的全解耦。推導(dǎo)補(bǔ)償環(huán)節(jié)R12和R21的傳遞函數(shù)時(shí)，以先通過簡單的框圖交換，把系統(tǒng)化為圖42所示的結(jié)構(gòu)，有 =R12/R22 =R21/R11由方法1可得完全解耦的串聯(lián)前補(bǔ)償器、表達(dá)式為式： = R12/R22= G12/G11 （45） = R21/R11= G21/G22進(jìn)一步可得帶調(diào)節(jié)器的串聯(lián)前補(bǔ)償器R1R21表達(dá)式為式：