【正文】 的控制系統(tǒng)框圖與全解耦串聯(lián)補償解耦法系統(tǒng)框圖相同，見圖 34，只是該解耦的補償矩陣為下三角陣，這里不詳細介紹。 單 向 解耦 單向解耦是使經(jīng)過補償?shù)牡刃ο髠骱仃嚦蔀橐粋€三角陣，使補償器的數(shù)量減少。239。1WkW WkWyy ???????????211222222112 xxWkW Wk （ 313） 當 W12 與 W22 有相似特性，變化方向相同時，選 k1可使 W12k1W22=0；當 W21與 W11 有相似特性，變化方向相反時，選 k2可使 W21+k2W11=0。2 yyky ?? 由此可得： ??? ???????????112212111139。 圖 37 和差補償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 設此對象的傳遞矩陣為： ?????????? 211121 WWyy ???2212WW ??????21xx （ 312） 令： 21139。采用和差補償法解耦，不需采用補償裝置，而是利用對象各通道傳遞函數(shù)的特點，對各通道的傳遞函數(shù)進行加減運算，使等效對象的傳遞矩陣成為對角矩陣。其二，補償環(huán)節(jié)是按被控對象數(shù)學模型，根據(jù)零 極點對消的原則設計出來的。 ????eijeij WW0 … ji ji?? （ 310） 考慮到解耦作用在于消除交叉通道間的關聯(lián)，因此，可令 A 的對角元素 0?ija ， I 為單位矩陣。反饋解耦回路等效成串聯(lián)解耦網(wǎng)絡后，系統(tǒng)框圖如圖 36所示。因此，反饋解耦回路不僅能消除各通道間的相互關聯(lián)，同時還能抑制系統(tǒng)的內(nèi)擾，實現(xiàn)對內(nèi)擾的不變性原理。對于系統(tǒng)調(diào)節(jié)器而言，等效為： ??????? 221100)( WWsW 其中 2221121121121111 G GGGGRGW ???? 1121122212212222 G GGGGRGW ???? （ 39） 反饋補償法 采用反饋補償法的解耦控制系統(tǒng)框圖如圖 35 所示。 以補償器的輸出 C C2作為系統(tǒng)的輸出，可 得到等效對象的傳遞函數(shù)矩陣為： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 20 ?????????????? 11)( 122122123111 RRWWWWsW ???2111GG ???2212GG 圖 34 串聯(lián)后補償?shù)慕Y(jié)構(gòu)圖 由解耦條件可得到補償器傳遞函數(shù)為： 112121 GGR ?? 221212 GGR ?? （ 38） 應當指出，上述解耦是補償器輸出 C C2對定值擾動 x 與內(nèi)擾 u 的全解耦。21 GGRRR ??? （ 36） 進一步可得帶調(diào)節(jié)器的串聯(lián)前補償器 R1 R21 表達式為式 (56)： 22111212 RGGR ??? 11222121 RGGR ??? （ 37） 3．串聯(lián)后補償結(jié)構(gòu) 在受控對象的輸出側(cè)串聯(lián)一個解耦網(wǎng)絡，可實現(xiàn)系統(tǒng)的全解耦。21R 表達式為式（ 54）： 1112221239。21 RRR ? 可得完全解耦的串聯(lián)前補償器 39。 圖 33 帶調(diào)節(jié)器的串聯(lián)前的補償結(jié)構(gòu)圖 推導補償環(huán)節(jié) 12R 和 21R 的傳遞函數(shù)時，可以先通過簡單的框圖交換，把系統(tǒng)化為圖 32 所示的結(jié)構(gòu)，有： 221239。這意味著當出現(xiàn)對象輸入擾動時，仍然會對其它回路產(chǎn)生影響，只能由各自調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)作用去消除。 系統(tǒng)的等效對象傳遞函數(shù)表示為： ???? 2111)( GGsW ???2212GG ???? 211R ??????? 2111121 WWR ???2212WW （ 31） 圖 32 串聯(lián)前補償結(jié)構(gòu)圖 實現(xiàn)完全解耦的條件為： 012121112 ???? GRGW 021222121 ???? RGGW （ 32） 由上式可解出補 償器的傳遞函數(shù)為： 222121111212GGRGGR???? （ 33） 實現(xiàn)解耦以后系統(tǒng)的等效對象傳遞函數(shù)為： ??????? )(0 0)()( 2211 SWSWsW （ 34） 在式（ 34） 中： 2221121111 )( GGGGsW ?? 2221122222 )( GGGGsW ?? （ 35） 由此，可以按照單變量系統(tǒng)設計出調(diào)節(jié)器 R11 和 R22。即： WC=We(除對角元素不為 0，其余都為 0) 串聯(lián)補償法可分為：（ 1） 串聯(lián)前補償結(jié)構(gòu)；（ 2）帶調(diào)節(jié)器的串聯(lián)前補償結(jié)構(gòu)； （ 3） 串聯(lián)后補償結(jié)構(gòu) 。解 耦方法一般有串聯(lián)補償法、反饋補償法和和差補償 法。 這種理論和方法物理概念清晰，使用的數(shù)學工具較少，與單變量控制理論緊密銜接，便于工程技術(shù)人員掌握，因而，在工業(yè)過程控制中應用比較廣泛。這些系統(tǒng)對過程模型精度方面的要求并不是很高的 [4] 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 17 第三章 多變量系統(tǒng)的解耦設計 概述 對于多變量控制系統(tǒng)，通過變量的配對選擇，可降低各回路間的耦合。分析受控過程的基本特性，掌握其內(nèi)在最主要、最本質(zhì)的特征，對于設計出合理的控制系統(tǒng)是十分重要的。 控制系統(tǒng)對模型精度的要求 同控制理論和算法對模型的要求是不同的。機組容量越大，相對的這種蓄熱能力越小。 3．根據(jù)以上機爐特性的基本特征，利用汽輪機調(diào)門開度 ?? 作為控制量，可以快速的改變機組的被控量 TP? 和 N? 。而在汽輪機控制量 ?? 的作用下，輸出被控量 TP? 和 N? 的響應則是一個快速的過程。通過對機爐內(nèi)在機理的分析，可以看出其動態(tài)特性方面的以下基本特征。 機爐動態(tài)特 性的基本特征 構(gòu)成單元機組受控對象的設備是鍋爐和汽輪發(fā)電機組兩大部分?？梢钥闯觯瑱C組增加負荷時，初始階段所需的蒸汽量主要是由于鍋爐釋放蓄熱量而產(chǎn)生的。因蒸汽流量在過渡過程中有暫時的增加，故輸出功率 N內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 16 相應也有暫時的增加。蒸汽流量的增加是因為鍋爐汽壓下降而釋放出一部分蓄熱，這只是暫時的。汽輪機調(diào)門開度階躍增加后，一開始進入汽輪機的蒸汽流量立刻成比例增加，同時汽壓 P 也隨之立刻階躍下降 P? （ P? 階躍下降的大小與蒸汽流量的階躍增量成正比，且與鍋爐的蓄熱量大小有關）。當蒸汽流量不變時，輸出電功率也趨于一個較高的新穩(wěn)態(tài)值，具有自平衡能力。當蒸汽流量與燃燒率達到新的平衡時，汽壓P 就趨于一個較高的新穩(wěn)態(tài)值，具有自平衡能力。增加鍋爐的燃燒率，必定使鍋爐蒸發(fā)受熱面的吸熱量增加，汽壓經(jīng)過延遲后逐漸升高。 2．把分布的傳熱過程，分布的管道阻力視為集中傳熱，集中管道阻力，即作為集中參數(shù)系統(tǒng)處理。這種合理簡 化的前提是： 1．送風量與燃料量相適應，保持燃燒穩(wěn)定； 2．引風量與送風量相適應，保持爐膛壓力； 3．給水量通過保持汽包水位進行控制，使給水流量與蒸汽流量相平衡； 4．主蒸汽溫度控制相對獨立。圖中，機組的輸出功率 N 和機前壓力 P 為被控量；主汽門調(diào)節(jié)閥開度 ? 和燃料量 B 為控制量。 汽包鍋爐單元機組可簡化為一個具有雙輸入雙輸出的被控對象。在輸入和輸出之間存在著交叉的關聯(lián)和耦合。 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)吸收了機跟爐、爐跟機控制的特點，提高了系統(tǒng)的控制品質(zhì) [2]。在爐跟機系統(tǒng)中，充分利用了機組內(nèi)部蓄熱能量，機組對負荷變化需求的響應性好，但是維持機爐能量的平衡 ，最終要由鍋爐輸入量的改變，保持機前壓力。其主要缺點是對機組負荷變化需求的響應速度慢。按控制方式的不同，這種簡單的機爐控制系統(tǒng)可分為機跟爐方式和爐跟機方式兩種。在燃煤汽包鍋爐 DEB 控制系統(tǒng)中，無論是直吹式或中間粉倉制粉系統(tǒng)，都采用熱量信號作為燃料量反饋，提供了一個在穩(wěn)態(tài)或動態(tài)工況下都適用的燃煤量工程測量方法。主要特點是采用能量平衡信號 PSP1/Pt 取代功率給定信號，作為控制回路的前饋信號， P1為汽機調(diào)速級后壓力，直接反映的是進汽流量也就是機組負荷， Pt 為機前壓力也就是自動主汽門前壓力， PS為機前壓力設定值， P1/Pt 與汽機調(diào)節(jié)閥開度成正比，無論什么原因引起的調(diào)節(jié)閥開度變化，該值都能做出靈敏的反映，無論在靜態(tài)還是動態(tài)， PSP1/Pt 可以表征定壓運 行或滑壓運行等不同運行工況下汽機的能量輸入（亦即汽機對鍋爐的能量需求），從而調(diào)節(jié)鍋爐的風 /煤輸入指令。 （ 1）按反饋回路分類： ① 汽輪機跟隨鍋爐為基礎的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) ② 鍋爐跟隨汽輪機為基礎的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) （ 2）按前饋回路分類： ① DIB：指令信號間接平衡 ② DEB：能量直接平衡系統(tǒng) 另一種分類方法是從能量平衡的觀點出發(fā)，把協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)劃分為直接能量平衡（ DEB）和間接能量平衡（ IEB）兩大類。 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的分類 目前，各種不同單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設計，都是從處理快速負荷響應和主要參數(shù)運行穩(wěn)定這一矛盾出發(fā)的，只是汽輪機、鍋爐控制系統(tǒng)的 任務及相互間的聯(lián)系信號不同，具體方案各異而已。 3．當選擇了鍋爐跟隨和手動方式時，運行員直接在汽輪機主控器上操作來增加 負荷，得到所需要的電功率。 1．當選擇協(xié)調(diào)運行方式時，電功率（需求負荷）為設定值，實測電功率和需求 負荷相比較，其偏差經(jīng)汽壓偏差修正，然后經(jīng) PI 處理去改變汽輪機調(diào)節(jié)汽門開度，達到消除功率偏差 的目的。 汽輪機入口壓力定值 根據(jù)機組負荷情況，可選擇定壓或滑壓運行，汽輪機入口壓力（或主汽壓力）的定值一般是負荷的函數(shù)（如圖 17 所示）。發(fā)生主 軸開關跳閘所引起的大幅度甩負荷，為維持汽輪機電廠用電或空負荷運行而導致的RUN BACK 稱 FCB。 （ 2） 輔機故障負荷 RUN BACK 是指機組的主要輔機發(fā)生故障時，自動將負荷 減到和主要輔機負載能力相適應的負荷水平。 2. 負荷定值控制 當機組能力和負荷需求不相適應時，應根據(jù)機組實際能力對負荷 定值做一定限制。當機組參加電網(wǎng)一次調(diào)頻，還要迭加上頻差部分的負荷指令，這時機組主控輸出為機組負荷需求指令，同時送往鍋爐和汽輪機主控。當機組切換到自動發(fā)電控制時，機組接受電網(wǎng)的自動調(diào)度信號。 4. 在協(xié)調(diào)控制方式運行時，鍋爐主控器也只能自動運行，它的輸出就是燃料量和風量調(diào)節(jié)的定值。當在自動時，運行員通過手動負荷設定器改變負荷定值。 1． 當所有依賴鍋爐主控器的控制回路都在自動時， 它可以手動；反之，鍋爐控制都在手動時，它不能手操，而只跟蹤燃料量。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)包括機組主控、鍋爐主控和汽輪機主控 ，下面作具體介紹。當機組負荷發(fā)生變化時，通過鍋爐調(diào)節(jié)器控制燃料量 [3]。 幾種不同的運行方式間可以靈活的進行切換，鍋爐出力受限制時，切至汽機跟隨方式；當汽機出力受限制時，切至鍋爐跟隨方式。負荷指令作為機組功率設定值。 圖 14 汽機跟隨方式 3．協(xié)調(diào)控制方式 鍋爐和汽機同時接受負荷指令，并按一定的策略去協(xié)調(diào)鍋爐 和汽機之間的控制。 汽機跟隨為基礎的協(xié)調(diào)的控制系統(tǒng)，可以在汽機調(diào)節(jié)器前，加入功率偏差的前饋信號，其原理是利用鍋爐的蓄能，同時允許汽壓在一定范圍內(nèi)波動。機前壓力改變后，按機前壓力與給定值的偏 差，通過汽機調(diào)節(jié)器改變汽輪機調(diào)節(jié)閥開度，從而改變機組功率。當汽壓偏差超過非線性模塊的不靈敏區(qū)時，汽機調(diào)節(jié)器發(fā)出的調(diào)節(jié)閥開度指令將受到限制。但是，這是以犧牲主蒸汽壓力為代價的，又因為在鍋爐側(cè)的調(diào)節(jié)作用下，主汽壓力的響應有較大慣性。如圖 13