熱工控制系統(tǒng)課堂第七章前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)

1、第七章第七章 前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)第六節(jié)第六節(jié) 帶沖擊負(fù)荷鍋爐的給水控制系統(tǒng)帶沖擊負(fù)荷鍋爐的給水控制系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 前饋控制系統(tǒng)的組成前饋控制系統(tǒng)的組成第二節(jié)第二節(jié) 前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)第三節(jié)第三節(jié) 復(fù)合控制系統(tǒng)特性分析復(fù)合控制系統(tǒng)特性分析第四節(jié)第四節(jié) 復(fù)合控制系統(tǒng)實(shí)例分析復(fù)合控制系統(tǒng)實(shí)例分析 三沖量給水控制系統(tǒng)三沖量給水控制系統(tǒng)第五節(jié)第五節(jié) 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)實(shí)例分析串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)實(shí)例分析第一節(jié)第一節(jié) 前饋控制系統(tǒng)的組成前饋控制系統(tǒng)的組成 如果干擾已經(jīng)發(fā)生，而被調(diào)參數(shù)還未變化時(shí)，調(diào)節(jié)器是不會(huì)如果干擾已經(jīng)發(fā)生，而被調(diào)參數(shù)還未變化時(shí)，調(diào)節(jié)器是不會(huì)

2、動(dòng)作的。即反饋控制總是落后于干擾作用。因此稱(chēng)之為動(dòng)作的。即反饋控制總是落后于干擾作用。因此稱(chēng)之為“不及時(shí)控不及時(shí)控制制”。 前兩章討論的串級(jí)、導(dǎo)前微分系統(tǒng)都是反饋控制，它是根據(jù)前兩章討論的串級(jí)、導(dǎo)前微分系統(tǒng)都是反饋控制，它是根據(jù)被調(diào)參數(shù)的偏差值來(lái)控制的。被調(diào)參數(shù)的偏差值來(lái)控制的。反饋控制的特點(diǎn)反饋控制的特點(diǎn): 必須在被調(diào)量與給定值的偏差出現(xiàn)后，調(diào)節(jié)器才能對(duì)其進(jìn)行必須在被調(diào)量與給定值的偏差出現(xiàn)后，調(diào)節(jié)器才能對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)補(bǔ)償干擾對(duì)被調(diào)量的影響。調(diào)節(jié)來(lái)補(bǔ)償干擾對(duì)被調(diào)量的影響。 在熱工控制系統(tǒng)中，由于被控對(duì)象通常存在一定的純滯后和在熱工控制系統(tǒng)中，由于被控對(duì)象通常存在一定的純滯后和容積滯后，因而從干

3、擾產(chǎn)生到被調(diào)量發(fā)生變化需要一定的時(shí)間。容積滯后，因而從干擾產(chǎn)生到被調(diào)量發(fā)生變化需要一定的時(shí)間。 從偏差產(chǎn)生到調(diào)節(jié)器產(chǎn)生控制作用以及操縱量改變到被控量從偏差產(chǎn)生到調(diào)節(jié)器產(chǎn)生控制作用以及操縱量改變到被控量（被調(diào)量）發(fā)生變化又要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間。（被調(diào)量）發(fā)生變化又要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間。 可見(jiàn)，這種反饋控制方案的本身決定了可見(jiàn)，這種反饋控制方案的本身決定了無(wú)法將干擾對(duì)被控量無(wú)法將干擾對(duì)被控量的影響克服在被控量偏離設(shè)定值之前的影響克服在被控量偏離設(shè)定值之前，從而，從而限制了這類(lèi)控制系統(tǒng)限制了這類(lèi)控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的進(jìn)一步提高控制質(zhì)量的進(jìn)一步提高。 考慮到偏差產(chǎn)生的考慮到偏差產(chǎn)生的直接原因是干擾作用的結(jié)果直接原

4、因是干擾作用的結(jié)果，如果直接按，如果直接按擾動(dòng)而不是按偏差進(jìn)行控制，也就是說(shuō)，當(dāng)干擾一出現(xiàn)調(diào)節(jié)器就擾動(dòng)而不是按偏差進(jìn)行控制，也就是說(shuō)，當(dāng)干擾一出現(xiàn)調(diào)節(jié)器就直接根據(jù)檢測(cè)到的干擾大小和方向按一定規(guī)律去進(jìn)行控制。直接根據(jù)檢測(cè)到的干擾大小和方向按一定規(guī)律去進(jìn)行控制。 結(jié)論：若系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器能根據(jù)結(jié)論：若系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器能根據(jù)干擾作用的大小和方向干擾作用的大小和方向就對(duì)被就對(duì)被調(diào)介質(zhì)調(diào)介質(zhì)進(jìn)行控制來(lái)補(bǔ)償干擾對(duì)被調(diào)進(jìn)行控制來(lái)補(bǔ)償干擾對(duì)被調(diào)量的影量的影響響, ,則這種控制就叫做則這種控制就叫做“前饋控制前饋控制”或或“擾動(dòng)補(bǔ)償擾動(dòng)補(bǔ)償”。 由于干擾發(fā)生后被控量還未顯示出變化之前，調(diào)節(jié)器就產(chǎn)生由于干擾發(fā)生后被控

5、量還未顯示出變化之前，調(diào)節(jié)器就產(chǎn)生了控制作用，這在理論上就可以把偏差徹底消除。了控制作用，這在理論上就可以把偏差徹底消除。 按照這種理論構(gòu)成的控制系統(tǒng)稱(chēng)為前饋控制系統(tǒng)，顯然，前按照這種理論構(gòu)成的控制系統(tǒng)稱(chēng)為前饋控制系統(tǒng)，顯然，前饋控制對(duì)于干擾的克服要比反饋控制系統(tǒng)及時(shí)得多。饋控制對(duì)于干擾的克服要比反饋控制系統(tǒng)及時(shí)得多。 當(dāng)被加熱水流量發(fā)生變化時(shí)，若蒸汽量不發(fā)生變化，而要使當(dāng)被加熱水流量發(fā)生變化時(shí)，若蒸汽量不發(fā)生變化，而要使出口溫度保持不變，就必須在被加熱水量發(fā)生變化的同時(shí)改變蒸出口溫度保持不變，就必須在被加熱水量發(fā)生變化的同時(shí)改變蒸汽量。這就是一個(gè)前饋控制系統(tǒng)。汽量。這就是一個(gè)前饋控制系統(tǒng)。y

6、(1)1)wdz（s）wd（s）wb（s）kbz+ 圖圖7 71 1 前饋控制原理框圖前饋控制原理框圖下面以換熱器為例說(shuō)明：下面以換熱器為例說(shuō)明：前饋控制系統(tǒng)的原理框圖如圖前饋控制系統(tǒng)的原理框圖如圖71所示：所示： 換熱器是用蒸汽的熱量加熱排管中的料液，工藝上要求料液換熱器是用蒸汽的熱量加熱排管中的料液，工藝上要求料液出口溫度一定。出口溫度一定。圖中，圖中， kb：測(cè)量變送器的變送系數(shù)；：測(cè)量變送器的變送系數(shù)；wdz(s)：干擾通道對(duì)象傳遞函數(shù)；：干擾通道對(duì)象傳遞函數(shù)；wd(s)： 控制通道對(duì)象傳遞函數(shù)；控制通道對(duì)象傳遞函數(shù)；wb(s)： 前饋控制裝置或前饋調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。前饋控制裝置或前饋

7、調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。第二節(jié)第二節(jié) 前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾完全補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵是確定前饋控制器（前饋調(diào)節(jié)器）實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾完全補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵是確定前饋控制器（前饋調(diào)節(jié)器）的控制作用，顯然的控制作用，顯然w wb b(s)(s)取決于對(duì)象控制通道和干擾通道特性。取決于對(duì)象控制通道和干擾通道特性。由圖由圖7-17-1得得: : szswswkswsydbbdz 理想的情況下，針對(duì)某種擾動(dòng)的前饋控制系統(tǒng)能夠完全補(bǔ)償理想的情況下，針對(duì)某種擾動(dòng)的前饋控制系統(tǒng)能夠完全補(bǔ)償因擾動(dòng)而引起的對(duì)被調(diào)量的影響。因擾動(dòng)而引起的對(duì)被調(diào)量的影響。y(1 1) )wdz（s）wd（s）wb（s）kbz+ 圖圖7 7

8、1 1 前饋控制原理框圖前饋控制原理框圖 式中式中z(s)z(s)是干擾，是干擾，y(s)y(s)是干擾引起的輸出。在理想的情況下，是干擾引起的輸出。在理想的情況下，經(jīng)過(guò)前饋控制以后，被調(diào)量不變，即實(shí)現(xiàn)了所謂經(jīng)過(guò)前饋控制以后，被調(diào)量不變，即實(shí)現(xiàn)了所謂“完全補(bǔ)償完全補(bǔ)償”，此，此時(shí)：時(shí)： 0swswswszsydbdz令令k kb b=1=1則有：則有： y sz swswswsdzbd所以所以, ,前饋控制器控制規(guī)律為：前饋控制器控制規(guī)律為： wswswsbd zd(7-1) 式（式（7 71 1）說(shuō)明前饋控制的控制規(guī)律）說(shuō)明前饋控制的控制規(guī)律完全是由對(duì)象完全是由對(duì)象特性決定特性決定的，它是的

9、，它是干擾通道和控制通道傳遞函數(shù)之商干擾通道和控制通道傳遞函數(shù)之商，式中式中負(fù)號(hào)表示控制作用的方向與干擾作用相反負(fù)號(hào)表示控制作用的方向與干擾作用相反。 如果如果w wd d(s)(s)和和w wdzdz(s)(s)可以很準(zhǔn)確測(cè)出，且可以很準(zhǔn)確測(cè)出，且w wb b(s)(s)完全和完全和式式(7-1)(7-1)確定的特性一致，則不論干擾信號(hào)是怎樣的形式，確定的特性一致，則不論干擾信號(hào)是怎樣的形式，前饋控制都能起到完全補(bǔ)償?shù)淖饔?，從而使被調(diào)量因干擾前饋控制都能起到完全補(bǔ)償?shù)淖饔茫瑥亩贡徽{(diào)量因干擾而引起的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)偏差均為零。而引起的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)偏差均為零。第三節(jié)第三節(jié) 復(fù)合控制系統(tǒng)特性分析復(fù)合控制

10、系統(tǒng)特性分析 正如前面所述，前饋控制能依據(jù)干擾值的大小在被調(diào)參正如前面所述，前饋控制能依據(jù)干擾值的大小在被調(diào)參數(shù)偏離給定值之前進(jìn)行控制，使被調(diào)量始終保持給定值。數(shù)偏離給定值之前進(jìn)行控制，使被調(diào)量始終保持給定值。這樣一個(gè)看起來(lái)相當(dāng)完美的控制方式也有其局限性。這樣一個(gè)看起來(lái)相當(dāng)完美的控制方式也有其局限性。 首先首先，表現(xiàn)在前饋控制系統(tǒng)中不存在被調(diào)量反饋，即對(duì)，表現(xiàn)在前饋控制系統(tǒng)中不存在被調(diào)量反饋，即對(duì)于補(bǔ)償結(jié)果沒(méi)有檢驗(yàn)的手段。因而，當(dāng)前饋?zhàn)饔貌](méi)有最后于補(bǔ)償結(jié)果沒(méi)有檢驗(yàn)的手段。因而，當(dāng)前饋?zhàn)饔貌](méi)有最后消除偏差時(shí)，系統(tǒng)無(wú)法得知這一信息而將作進(jìn)一步的校正。消除偏差時(shí)，系統(tǒng)無(wú)法得知這一信息而將作進(jìn)一步

11、的校正。 其次其次，由于實(shí)際工業(yè)對(duì)象存在著多個(gè)干擾，為了補(bǔ)償它，由于實(shí)際工業(yè)對(duì)象存在著多個(gè)干擾，為了補(bǔ)償它們對(duì)被調(diào)量的影響，勢(shì)必設(shè)計(jì)多個(gè)前饋通道，增加了投資費(fèi)們對(duì)被調(diào)量的影響，勢(shì)必設(shè)計(jì)多個(gè)前饋通道，增加了投資費(fèi)用和維護(hù)工作量。用和維護(hù)工作量。 此外此外，當(dāng)干擾通道的時(shí)間常數(shù)小于控制通道的時(shí)間常數(shù)，當(dāng)干擾通道的時(shí)間常數(shù)小于控制通道的時(shí)間常數(shù)時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償。時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償。 再者再者，前饋控制模型的精度也受到多種因素的限制，對(duì)，前饋控制模型的精度也受到多種因素的限制，對(duì)象特性受負(fù)荷和工況等因素的影響而產(chǎn)生偏移，必然導(dǎo)致象特性受負(fù)荷和工況等因素的影響而產(chǎn)生偏移，必然導(dǎo)致wd(s)和和wd

12、z(s)的變化的變化,因此一個(gè)事先固定的前饋模型不可能因此一個(gè)事先固定的前饋模型不可能獲得良好的控制質(zhì)量。獲得良好的控制質(zhì)量。 工程實(shí)際中，為克服前饋控制的局限性從而提高控制質(zhì)工程實(shí)際中，為克服前饋控制的局限性從而提高控制質(zhì)量，量，對(duì)一兩個(gè)主要擾動(dòng)采取前饋補(bǔ)償對(duì)一兩個(gè)主要擾動(dòng)采取前饋補(bǔ)償，而，而對(duì)其它儀器被調(diào)參對(duì)其它儀器被調(diào)參數(shù)變化的干擾采用反饋控制來(lái)克服數(shù)變化的干擾采用反饋控制來(lái)克服。以這種形式組成的系統(tǒng)稱(chēng)為前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。以這種形式組成的系統(tǒng)稱(chēng)為前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。 前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)既能發(fā)揮前饋調(diào)節(jié)控制及時(shí)的優(yōu)點(diǎn)既能發(fā)揮前饋調(diào)節(jié)控制及時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，又能又能保持反

13、饋控制對(duì)各種擾動(dòng)因素都有抑制作用的長(zhǎng)處保持反饋控制對(duì)各種擾動(dòng)因素都有抑制作用的長(zhǎng)處，因此得到，因此得到廣泛應(yīng)用。廣泛應(yīng)用。復(fù)合控制系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)復(fù)合控制系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn): :一、引入反饋控制后，前饋控制中的完全補(bǔ)償條件不變一、引入反饋控制后，前饋控制中的完全補(bǔ)償條件不變圖圖7 72 2為前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)的原理方框圖：為前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)的原理方框圖：wbwb（s s）wdzwdz（s s）wtwt（s s）wdwd（s s）y yx xz z+ +- -+ +圖圖7-2 7-2 復(fù)合控制系統(tǒng)原理方框圖復(fù)合控制系統(tǒng)原理方框圖由圖可得由圖可得, ,沒(méi)有加入反饋?zhàn)饔脮r(shí)完全補(bǔ)償條件為：

14、沒(méi)有加入反饋?zhàn)饔脮r(shí)完全補(bǔ)償條件為： wswswsbdzd 加上反饋后有：加上反饋后有： y swswswswsx sws wswswswsz stdtdbddztd11wbwb（s s）wdzwdz（s s）wtwt（s s）wdwd（s s）y yx xz z+ +- -+ +圖圖7-2 7-2 復(fù)合控制系統(tǒng)原理方框圖復(fù)合控制系統(tǒng)原理方框圖上式中上式中,x(s)=0,z(s)0,x(s)=0,z(s)0,應(yīng)用不變性原理有：應(yīng)用不變性原理有： ws wswswswsbddztd10即：即： wswswsbdzd 而如果不加前饋?zhàn)饔枚绻患忧梆佔(zhàn)饔? ,即若即若w wb b(s)=0(s)=0

15、，顯然：，顯然： szswswswsxswswswswsydtdzdtdt11由于由于w wdzdz(s)0(s)0，因此擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)輸出是有影響的，因此擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)輸出是有影響的 。二、復(fù)合控制系統(tǒng)補(bǔ)償控制的控制規(guī)律不僅與對(duì)象控制通二、復(fù)合控制系統(tǒng)補(bǔ)償控制的控制規(guī)律不僅與對(duì)象控制通道和干擾通道有關(guān)，還與反饋調(diào)節(jié)器的位置有關(guān)道和干擾通道有關(guān)，還與反饋調(diào)節(jié)器的位置有關(guān) 若復(fù)合控制系統(tǒng)的組成如圖若復(fù)合控制系統(tǒng)的組成如圖7 73 3所示，反饋調(diào)節(jié)器與所示，反饋調(diào)節(jié)器與圖圖7 72 2相比，不是放在前饋信號(hào)前面，而是放在它的后面，相比，不是放在前饋信號(hào)前面，而是放在它的后面，則有：則有： w wdzdz（

16、s s）w wt t（s s）w wd d（s s）y yx x- -+ +w wb b（s s）z z+ + + 圖圖7 73 3 復(fù)合控制系統(tǒng)原理方框圖之二復(fù)合控制系統(tǒng)原理方框圖之二 可得完全補(bǔ)償?shù)臈l件：可得完全補(bǔ)償?shù)臈l件： swswswswdtdzb由圖由圖7-37-3得：得： y sw swsw swsx swsw swswsw swsz stdtdbtddztd11wdzwdz（s s）wtwt（s s）wdwd（s s）y yx x- -+ +wbwb（s s）z z+ + + 圖圖7 73 3 復(fù)合控制系統(tǒng)原理方框圖之二復(fù)合控制系統(tǒng)原理方框圖之二 三、復(fù)合控制時(shí)，擾動(dòng)對(duì)輸出的影響

17、要比純前饋時(shí)小得多三、復(fù)合控制時(shí)，擾動(dòng)對(duì)輸出的影響要比純前饋時(shí)小得多 為便于比較，設(shè)系統(tǒng)為定值控制，即為便于比較，設(shè)系統(tǒng)為定值控制，即x(s)=0x(s)=0，專(zhuān)門(mén)討論擾動(dòng)，專(zhuān)門(mén)討論擾動(dòng)z(s)z(s)對(duì)系統(tǒng)的影響。因?yàn)榍梆伩刂撇豢赡芡耆a(bǔ)償，即對(duì)系統(tǒng)的影響。因?yàn)榍梆伩刂撇豢赡芡耆a(bǔ)償，即y(s)y(s)的第二的第二項(xiàng)不可能完全為零，令其為項(xiàng)不可能完全為零，令其為(s)(s)，那么，純前饋控制時(shí)：，那么，純前饋控制時(shí)： szsszswswswsydbdz1加入反饋后則：加入反饋后則： yssw swsz std11因?yàn)橐驗(yàn)?+w1+wt t(s)w(s)wd d(s)1(s)1，所以：，所以：

18、 y y1 1(s)(s)y y1 1(s)(s)對(duì)于其他未經(jīng)過(guò)補(bǔ)償?shù)臄_動(dòng)作用也有類(lèi)似的結(jié)果。對(duì)于其他未經(jīng)過(guò)補(bǔ)償?shù)臄_動(dòng)作用也有類(lèi)似的結(jié)果。四、前饋補(bǔ)償對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒(méi)有影響四、前饋補(bǔ)償對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒(méi)有影響 這一點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，因?yàn)榍梆仧o(wú)論加在什么位置，這一點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，因?yàn)榍梆仧o(wú)論加在什么位置，它都不構(gòu)成回路，系統(tǒng)的輸入輸出傳遞函數(shù)的分母它都不構(gòu)成回路，系統(tǒng)的輸入輸出傳遞函數(shù)的分母均保持不變，因而不會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。均保持不變，因而不會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第四節(jié)復(fù)合控制系統(tǒng)實(shí)例分析第四節(jié)復(fù)合控制系統(tǒng)實(shí)例分析 三沖量給水控制系統(tǒng)三沖量給水控制系統(tǒng)一、給水控制的任務(wù)一、給水控制的任務(wù) 汽包

19、鍋爐給水控制的任務(wù)是使給水量適應(yīng)鍋爐蒸發(fā)量，并使汽汽包鍋爐給水控制的任務(wù)是使給水量適應(yīng)鍋爐蒸發(fā)量，并使汽包中的水位保持在一定范圍內(nèi)。具體要求有以下兩個(gè)方面：包中的水位保持在一定范圍內(nèi)。具體要求有以下兩個(gè)方面： （1 1）維持汽包水位在一定范圍內(nèi)。汽包水位是影響鍋爐安全運(yùn)）維持汽包水位在一定范圍內(nèi)。汽包水位是影響鍋爐安全運(yùn)行重要因素。水位過(guò)高，會(huì)破壞汽水分離裝置的正常工作，嚴(yán)重時(shí)行重要因素。水位過(guò)高，會(huì)破壞汽水分離裝置的正常工作，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致蒸汽帶水增多，因而增加在過(guò)熱器管壁上和汽輪機(jī)葉片上的會(huì)導(dǎo)致蒸汽帶水增多，因而增加在過(guò)熱器管壁上和汽輪機(jī)葉片上的結(jié)垢，甚至使汽輪機(jī)發(fā)生水沖擊而損壞葉片；水位過(guò)

20、低，則會(huì)破壞結(jié)垢，甚至使汽輪機(jī)發(fā)生水沖擊而損壞葉片；水位過(guò)低，則會(huì)破壞水循環(huán)，引起水冷壁破裂水循環(huán)，引起水冷壁破裂 。 （2 2）保持穩(wěn)定的給水量。給水量不應(yīng)該時(shí)大時(shí)小地劇烈波動(dòng)）保持穩(wěn)定的給水量。給水量不應(yīng)該時(shí)大時(shí)小地劇烈波動(dòng), ,否則，將對(duì)省煤器和給水管道的安全運(yùn)行不利。否則，將對(duì)省煤器和給水管道的安全運(yùn)行不利。二、給水控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特征二、給水控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特征 影響水位的因素主要有：鍋爐蒸發(fā)量（負(fù)荷影響水位的因素主要有：鍋爐蒸發(fā)量（負(fù)荷d d），給水量），給水量g g，爐，爐膛熱負(fù)荷（燃燒率膛熱負(fù)荷（燃燒率m m），汽包壓力。），汽包壓力。 控制系統(tǒng)的物質(zhì)平衡方程為：控制系統(tǒng)的物質(zhì)平衡

21、方程為：dtdgddtgdtdhf 將上式進(jìn)一步變換得：將上式進(jìn)一步變換得：dgdtdhf 令令 ，則上式變?yōu)椋?，則上式變?yōu)椋?fccd hd tgd 容量系數(shù)是用來(lái)表征鍋爐的結(jié)構(gòu)系數(shù)的，而它的動(dòng)態(tài)特性則容量系數(shù)是用來(lái)表征鍋爐的結(jié)構(gòu)系數(shù)的，而它的動(dòng)態(tài)特性則往往用飛升速度或飛升時(shí)間來(lái)表征。往往用飛升速度或飛升時(shí)間來(lái)表征。 對(duì)于汽包爐來(lái)說(shuō)，由飛升速度的定義知：對(duì)于汽包爐來(lái)說(shuō)，由飛升速度的定義知：dydtzdhdthcgdhmaxmaxmaxmaxmax1 把擾動(dòng)量即水位變化量轉(zhuǎn)成用相對(duì)量表示的水位變化范圍，通把擾動(dòng)量即水位變化量轉(zhuǎn)成用相對(duì)量表示的水位變化范圍，通常的水位允許變化范圍為常的水位允許變

22、化范圍為 200mm200mm，這個(gè)范圍擾動(dòng)量的相對(duì)極限制為，這個(gè)范圍擾動(dòng)量的相對(duì)極限制為100%100%。上式中。上式中: :dhdtcgdmaxmax1 右邊一項(xiàng)表示汽包內(nèi)工質(zhì)的變化量，當(dāng)給水量右邊一項(xiàng)表示汽包內(nèi)工質(zhì)的變化量，當(dāng)給水量0 0，而蒸發(fā)，而蒸發(fā)量為最大時(shí)，變化量最大，因此有：量為最大時(shí)，變化量最大，因此有：dhdtcd maxmax1可見(jiàn)這時(shí)的擾動(dòng)量是下降的。故有：可見(jiàn)這時(shí)的擾動(dòng)量是下降的。故有： fhdhdc11maxmaxmaxmax式中式中:：dmax 鍋爐最大的蒸發(fā)量；鍋爐最大的蒸發(fā)量；hmax水位變化允許的范圍。水位變化允許的范圍。飛升時(shí)間飛升時(shí)間tata為：為：ta

23、1 對(duì)于蒸發(fā)量為對(duì)于蒸發(fā)量為100100 230t/h230t/h的單汽包爐，當(dāng)水位變化的單汽包爐，當(dāng)水位變化100mm100mm時(shí)時(shí)tata60-30s60-30s，對(duì)于蒸發(fā)量為更大的汽包爐，對(duì)于蒸發(fā)量為更大的汽包爐tata30s30s，它的意義在于當(dāng)，它的意義在于當(dāng)鍋爐在滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，如果突然停止供水，則由于蒸發(fā)量和給水量鍋爐在滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，如果突然停止供水，則由于蒸發(fā)量和給水量的不平衡造成水位迅速下降，在的不平衡造成水位迅速下降，在30s30s內(nèi)將下降內(nèi)將下降200mm200mm或者換句話(huà)說(shuō)，或者換句話(huà)說(shuō)，如果給水量減少如果給水量減少10 %10 %，經(jīng)過(guò)，經(jīng)過(guò)30s30s的時(shí)間，水位將

24、下降的時(shí)間，水位將下降20mm20mm。 下面分別討論各種擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性。下面分別討論各種擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性。（一）給水量擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性（一）給水量擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性h h1 12 22 21 1圖圖7-4 7-4 給水量擾動(dòng)時(shí)水位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)給水量擾動(dòng)時(shí)水位階躍響應(yīng)曲線(xiàn) 圖圖7-47-4中曲線(xiàn)中曲線(xiàn)1 1為沸騰式省煤器情形下水位動(dòng)態(tài)特性。曲線(xiàn)為沸騰式省煤器情形下水位動(dòng)態(tài)特性。曲線(xiàn)2 2則則是非沸騰式省煤器時(shí)的水位動(dòng)態(tài)特性。是非沸騰式省煤器時(shí)的水位動(dòng)態(tài)特性。水位在給水?dāng)_動(dòng)下的傳遞函數(shù)可表示為：水位在給水?dāng)_動(dòng)下的傳遞函數(shù)可表示為： 11hsg sststs s 水

25、位對(duì)象可近似認(rèn)為是一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)的形水位對(duì)象可近似認(rèn)為是一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)的形式。用一階近似表示時(shí)：式。用一階近似表示時(shí)： hsgsses.（二）蒸汽流量擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特性（二）蒸汽流量擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特性t2dth2(t)h1(t)h(t)h 圖圖7-57-5蒸汽量蒸汽量d d 擾動(dòng)下水位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)擾動(dòng)下水位階躍響應(yīng)曲線(xiàn) 如果只從物質(zhì)平衡的角度來(lái)如果只從物質(zhì)平衡的角度來(lái)看，蒸發(fā)量突然增加時(shí)，蒸發(fā)量看，蒸發(fā)量突然增加時(shí)，蒸發(fā)量高于給水量，汽包水位是無(wú)自平高于給水量，汽包水位是無(wú)自平衡能力的，所以水位應(yīng)該直線(xiàn)下衡能力的，所以水位應(yīng)該直線(xiàn)下降，如圖降，如圖7-57-

26、5中所示那樣。中所示那樣。 其原因負(fù)荷增加，在汽水循其原因負(fù)荷增加，在汽水循環(huán)回路中蒸發(fā)強(qiáng)度也將成比例增環(huán)回路中蒸發(fā)強(qiáng)度也將成比例增加，水面下汽包的容積增加得也加，水面下汽包的容積增加得也很快，此時(shí)燃燒量很快，此時(shí)燃燒量m m還來(lái)不及增還來(lái)不及增加，汽包中汽壓下降，汽泡膨脹，加，汽包中汽壓下降，汽泡膨脹，使汽泡體積增大而水位上升。使汽泡體積增大而水位上升。 但實(shí)際水位是先上升再下降，這種現(xiàn)象稱(chēng)為但實(shí)際水位是先上升再下降，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“虛假水位虛假水位”現(xiàn)現(xiàn)象，如圖中象，如圖中h(t)h(t)所示。所示。 如圖如圖7-5中曲線(xiàn)中曲線(xiàn)h2(t)所示。在開(kāi)始的一段時(shí)間所示。在開(kāi)始的一段時(shí)間h2(t)

27、的作用大于的作用大于h1(t)。當(dāng)過(guò)了一定時(shí)間后，當(dāng)汽泡容積和負(fù)荷相適應(yīng)而達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)過(guò)了一定時(shí)間后，當(dāng)汽泡容積和負(fù)荷相適應(yīng)而達(dá)到穩(wěn)定后，水位就要反映出物質(zhì)平衡關(guān)系而下降。后，水位就要反映出物質(zhì)平衡關(guān)系而下降。t2dth2(t)h1(t)h(t)h 圖圖7-57-5蒸汽量蒸汽量d d 擾動(dòng)下水位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)擾動(dòng)下水位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)因此，水位的變化應(yīng)是上述兩者之和因此，水位的變化應(yīng)是上述兩者之和, ,即：即： ththth21傳遞函數(shù)也為兩者之代數(shù)和：傳遞函數(shù)也為兩者之代數(shù)和： h sd skt ss221（三）爐膛負(fù)荷擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性（三）爐膛負(fù)荷擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性此處的爐膛負(fù)荷擾

28、動(dòng)即是指燃料量此處的爐膛負(fù)荷擾動(dòng)即是指燃料量m的擾動(dòng)。的擾動(dòng)。 燃料量增加時(shí)，鍋爐吸收更多的熱量，使蒸發(fā)強(qiáng)度增大，如燃料量增加時(shí)，鍋爐吸收更多的熱量，使蒸發(fā)強(qiáng)度增大，如果不調(diào)節(jié)蒸汽閥門(mén)，由于鍋爐出口汽壓提高，蒸汽流量也增大，果不調(diào)節(jié)蒸汽閥門(mén)，由于鍋爐出口汽壓提高，蒸汽流量也增大，這時(shí)蒸發(fā)量大于給水量，水位應(yīng)下降。這時(shí)蒸發(fā)量大于給水量，水位應(yīng)下降。 當(dāng)蒸發(fā)量與燃燒量相適應(yīng)時(shí)，水位便會(huì)迅速下降，這種當(dāng)蒸發(fā)量與燃燒量相適應(yīng)時(shí)，水位便會(huì)迅速下降，這種“虛假虛假水位水位”現(xiàn)象比蒸汽量擾動(dòng)時(shí)要小一些，但其持續(xù)時(shí)間卻更長(zhǎng)?，F(xiàn)象比蒸汽量擾動(dòng)時(shí)要小一些，但其持續(xù)時(shí)間卻更長(zhǎng)。 為了保證汽壓的穩(wěn)定，燃料量和蒸發(fā)量必

29、須保持平衡，所以這為了保證汽壓的穩(wěn)定，燃料量和蒸發(fā)量必須保持平衡，所以這兩者往往是一起變化的，只是先后的差別。兩者往往是一起變化的，只是先后的差別。 但由于在熱負(fù)荷增加時(shí)蒸發(fā)強(qiáng)度的提高，使汽水混和物中的但由于在熱負(fù)荷增加時(shí)蒸發(fā)強(qiáng)度的提高，使汽水混和物中的汽泡容積增加，而且這種現(xiàn)象必然先于蒸發(fā)量增加之前發(fā)生，從汽泡容積增加，而且這種現(xiàn)象必然先于蒸發(fā)量增加之前發(fā)生，從而使汽包水位先上升，引起虛假水位而使汽包水位先上升，引起虛假水位”現(xiàn)象。現(xiàn)象。 影響水位的因素除此之外，還有給水壓力，汽包壓力，汽輪影響水位的因素除此之外，還有給水壓力，汽包壓力，汽輪機(jī)調(diào)速汽門(mén)開(kāi)度，二次風(fēng)分配等。機(jī)調(diào)速汽門(mén)開(kāi)度，二次

30、風(fēng)分配等。不過(guò)這些因素幾乎都可以用不過(guò)這些因素幾乎都可以用d、m、g的變化體現(xiàn)出來(lái)。的變化體現(xiàn)出來(lái)。給水?dāng)_動(dòng)是內(nèi)擾，其他是外擾給水?dāng)_動(dòng)是內(nèi)擾，其他是外擾 。 三、給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求三、給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求 根據(jù)上述給水控制系統(tǒng)對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的分析，給水控制系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)上述給水控制系統(tǒng)對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的分析，給水控制系統(tǒng)應(yīng)符合以下基本要求：符合以下基本要求： 其次，由于對(duì)象在蒸汽量其次，由于對(duì)象在蒸汽量d d 擾動(dòng)下，水位階躍反應(yīng)曲線(xiàn)表現(xiàn)相擾動(dòng)下，水位階躍反應(yīng)曲線(xiàn)表現(xiàn)相互有互有“虛假水位虛假水位“現(xiàn)象，這種現(xiàn)象反應(yīng)速度比內(nèi)擾快，為了克服現(xiàn)象，這種現(xiàn)象反應(yīng)速度比內(nèi)擾快，為了克服”虛假水位虛假

31、水位“現(xiàn)象對(duì)控制的不利影響，應(yīng)考慮引入蒸汽流量的補(bǔ)償信現(xiàn)象對(duì)控制的不利影響，應(yīng)考慮引入蒸汽流量的補(bǔ)償信號(hào)。號(hào)。 首先，由于被控對(duì)象在給水量首先，由于被控對(duì)象在給水量g g 擾動(dòng)下的水位階躍反應(yīng)曲線(xiàn)擾動(dòng)下的水位階躍反應(yīng)曲線(xiàn)表現(xiàn)為無(wú)自平衡能力，且有較大的遲延，因此必須采用帶比例作表現(xiàn)為無(wú)自平衡能力，且有較大的遲延，因此必須采用帶比例作用調(diào)節(jié)器以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。用調(diào)節(jié)器以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 第三，給水壓力是有波動(dòng)的，為了穩(wěn)定給水量，應(yīng)考慮將給第三，給水壓力是有波動(dòng)的，為了穩(wěn)定給水量，應(yīng)考慮將給水量信號(hào)作為反饋信號(hào)，用于及時(shí)消除內(nèi)擾。水量信號(hào)作為反饋信號(hào)，用于及時(shí)消除內(nèi)擾。四、前饋反饋三沖量給水控制

32、系統(tǒng)四、前饋反饋三沖量給水控制系統(tǒng) 但由于流量但由于流量g g對(duì)水位對(duì)水位h h的影響，其遲延要比蒸汽量的影響，其遲延要比蒸汽量d d對(duì)對(duì)h h的影響要的影響要大，用大，用h h作為反饋信號(hào)去控制不夠及時(shí)，使得其動(dòng)態(tài)偏差增大。作為反饋信號(hào)去控制不夠及時(shí)，使得其動(dòng)態(tài)偏差增大。 前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)能補(bǔ)償由于外擾前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)能補(bǔ)償由于外擾d d引起的水位變化引起的水位變化，克服虛假水位的影響，改善了控制品質(zhì)，比單沖量反饋控制要，克服虛假水位的影響，改善了控制品質(zhì)，比單沖量反饋控制要優(yōu)越的多。優(yōu)越的多。 為了克服這一不足，引入另外一個(gè)反饋信號(hào)即給水流量信號(hào)為了克服這一不足，引入另外一個(gè)反饋信

33、號(hào)即給水流量信號(hào)，構(gòu)成一個(gè)新型的復(fù)合控制系統(tǒng)，稱(chēng)作前饋反饋三沖量給水，構(gòu)成一個(gè)新型的復(fù)合控制系統(tǒng)，稱(chēng)作前饋反饋三沖量給水控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)。（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 前饋反饋三沖量給水控制系統(tǒng)的原理框圖如圖前饋反饋三沖量給水控制系統(tǒng)的原理框圖如圖7-67-6所示，所示，因?yàn)橄到y(tǒng)中只用了一個(gè)調(diào)節(jié)器，而調(diào)節(jié)器的輸入有三個(gè)，因此稱(chēng)之因?yàn)橄到y(tǒng)中只用了一個(gè)調(diào)節(jié)器，而調(diào)節(jié)器的輸入有三個(gè)，因此稱(chēng)之為單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)。為單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)。 這種系統(tǒng)與雙沖量系統(tǒng)相比，多了一個(gè)流量反饋信號(hào)，給水量這種系統(tǒng)與雙沖量系統(tǒng)相比，多了一個(gè)流量反饋信號(hào)，給水量g g發(fā)生變化時(shí)，流量信號(hào)自然要比水位信號(hào)快得多

34、。發(fā)生變化時(shí)，流量信號(hào)自然要比水位信號(hào)快得多。 h hw wt t(s)(s)w wdzdz(s)(s)w wd1d1(s)(s)k kz zk kf fn nd dn ng g?g g?h h?d dv vh h- -h hn ng gv vg g- -+ +v vg g- -+ +t tv vt tg g+ + +h h1 1h h2 2v vd dd dn nd dv vd dv vg g圖圖7-67-6單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)原理框圖單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)原理框圖 圖中標(biāo)出的圖中標(biāo)出的為內(nèi)回路，為內(nèi)回路，iiii為主回路（外回路），為主回路（外回路），iiiiii為前饋通路。為前饋通路。

35、 （二）調(diào)節(jié)器正反作用開(kāi)關(guān)及入口信號(hào)接線(xiàn)極性（二）調(diào)節(jié)器正反作用開(kāi)關(guān)及入口信號(hào)接線(xiàn)極性 圖圖7-6中各信號(hào)接入調(diào)節(jié)器的極性：中各信號(hào)接入調(diào)節(jié)器的極性： 水位水位h h上升時(shí)（上升時(shí)（v vh h下降）調(diào)節(jié)器應(yīng)關(guān)小閥門(mén)，是負(fù)反饋，所以下降）調(diào)節(jié)器應(yīng)關(guān)小閥門(mén)，是負(fù)反饋，所以信號(hào)信號(hào)v vh h 的極性為的極性為“正接正接”；hwt(s)wdz(s)wd1(s)kzkfndng?g?h?dvh-hngvg-+vg -+tvtg+h1h2vddndvdvg圖圖7-6單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)原理框圖單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)原理框圖 圖中標(biāo)出的圖中標(biāo)出的為內(nèi)回路，為內(nèi)回路，ii為主回路（外回路），為主回路（外

36、回路），iii為前饋通路。為前饋通路。 當(dāng)蒸汽量當(dāng)蒸汽量d d 增大時(shí)增大時(shí)( (v vd d 也增大也增大) )n nd dv vd d也增大，調(diào)節(jié)器應(yīng)開(kāi)大閥也增大，調(diào)節(jié)器應(yīng)開(kāi)大閥門(mén)，所以門(mén)，所以n nd dv vd d 的極性應(yīng)是的極性應(yīng)是“正接正接”； 當(dāng)給水流量當(dāng)給水流量增大時(shí)（增大時(shí)（v vg g也增大）也增大） n ng gv vg g 也增大，調(diào)節(jié)器應(yīng)關(guān)也增大，調(diào)節(jié)器應(yīng)關(guān)小閥門(mén)，是負(fù)反饋，所以小閥門(mén)，是負(fù)反饋，所以n ng gv vg g的極性應(yīng)是的極性應(yīng)是“反接反接”。 內(nèi)部給定信號(hào)內(nèi)部給定信號(hào)vg vg 與水位信號(hào)與水位信號(hào)v vh h 相平衡，相平衡，v vh h 極性為極

37、性為“正正”，則則vgvg的的 極性為極性為“負(fù)負(fù)”。h hw wt t(s)(s)w wdzdz(s)(s)w wd1d1(s)(s)k kz zk kf fn nd dn ng g?g g?h h?d dv vh h- -h hn ng gv vg g- -+ +v vg- -+ +t tv vt tg g+ + +h h1 1h h2 2v vd dd dn nd dv vd dv vg g圖圖7-67-6單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)原理框圖單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)原理框圖 圖中標(biāo)出的圖中標(biāo)出的為內(nèi)回路，為內(nèi)回路，iiii為主回路（外回路），為主回路（外回路），iiiiii為前饋通路。為前饋通路

38、。 （三）控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性（三）控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性 參照?qǐng)D參照?qǐng)D7-67-6，設(shè)調(diào)節(jié)器采用，設(shè)調(diào)節(jié)器采用pi pi 調(diào)節(jié)規(guī)律，靜態(tài)時(shí)調(diào)節(jié)規(guī)律，靜態(tài)時(shí), ,輸入增量為輸入增量為0,0,輸出為定值，即有如下關(guān)系：輸出為定值，即有如下關(guān)系：0ggddghininiii上式可變?yōu)椋荷鲜娇勺優(yōu)椋?iin in ighddggk kg g 為將給定值電壓為將給定值電壓vgvg轉(zhuǎn)化成給定水位轉(zhuǎn)化成給定水位h hg g的轉(zhuǎn)換系數(shù)；的轉(zhuǎn)換系數(shù)；ih = -h h h為水位測(cè)量變送器傳遞系數(shù)，負(fù)號(hào)表示與為水位測(cè)量變送器傳遞系數(shù)，負(fù)號(hào)表示與vh變化方向變化方向相反；相反；ig = kghgi ig g = =g

39、gg g g g 為給水流量測(cè)量變送器的傳遞系數(shù)；為給水流量測(cè)量變送器的傳遞系數(shù)；所以上式可變?yōu)椋核陨鲜娇勺優(yōu)椋篽 hh hk kg gh hg gn nd dd dd d n ng gg gg gi id d = =d dd d d d 為蒸汽流量測(cè)量變送器的傳遞系數(shù)；為蒸汽流量測(cè)量變送器的傳遞系數(shù)；若忽略排污則有若忽略排污則有g(shù) gd d，上式變?yōu)椋?，上式變?yōu)椋?當(dāng)當(dāng)d=dd=d0 0，h=hh=hg g 時(shí)可得：時(shí)可得：g gh h hgkg hg (n ndg gd ngg gg d0（7-27-2）（7-17-1）h hh hk kg gh hg g（n nd dd dn ng g

40、g g）d d式式7-17-1與式與式7-27-2相減得：相減得：hhnnddgddgghggg0依據(jù)上式可有以下三個(gè)結(jié)論：依據(jù)上式可有以下三個(gè)結(jié)論： nnddgggg(1) (1) 時(shí)時(shí), ,h hhghg，為無(wú)差調(diào)節(jié)。，為無(wú)差調(diào)節(jié)。ggddnngg (2) (2) 時(shí)時(shí), ,越大越大, ,h h與與hghg負(fù)差值越大。這是一根向下負(fù)差值越大。這是一根向下特性曲線(xiàn)。特性曲線(xiàn)。ggddnngg (3) (3) 時(shí)時(shí), ,d d越大越大, ,h h與與hghg正差值越大。這是一根向上的正差值越大。這是一根向上的特性曲線(xiàn)。特性曲線(xiàn)。（四）控制系統(tǒng)的參數(shù)整定：（四）控制系統(tǒng)的參數(shù)整定：以給定值以給定

41、值v vg g為基值，考慮增量情況，為基值，考慮增量情況，v=vv=vh h+v+vd d ，這時(shí)可把它，這時(shí)可把它當(dāng)作一單回路來(lái)分析。如果把調(diào)節(jié)器分壓系數(shù)以外的環(huán)節(jié)看作是調(diào)當(dāng)作一單回路來(lái)分析。如果把調(diào)節(jié)器分壓系數(shù)以外的環(huán)節(jié)看作是調(diào)節(jié)對(duì)象節(jié)對(duì)象, ,那么廣義調(diào)節(jié)對(duì)象：那么廣義調(diào)節(jié)對(duì)象：內(nèi)回路等效圖如下內(nèi)回路等效圖如下: : 是一個(gè)近似的比例環(huán)節(jié)，因此調(diào)節(jié)器的比例帶和積分時(shí)間都可是一個(gè)近似的比例環(huán)節(jié)，因此調(diào)節(jié)器的比例帶和積分時(shí)間都可以取得很小，具體值可以通過(guò)試探法來(lái)決定，以保證內(nèi)回路不振蕩以取得很小，具體值可以通過(guò)試探法來(lái)決定，以保證內(nèi)回路不振蕩為目的。為目的。wsvsv skkdgtfzg內(nèi)*

42、g 一般取積分時(shí)間一般取積分時(shí)間t ti i=10s,=10s,試探過(guò)程中可任意設(shè)定試探過(guò)程中可任意設(shè)定ngng值值, ,得到一得到一滿(mǎn)意比例帶滿(mǎn)意比例帶,再次改變?cè)俅胃淖僴 ng g值值, ,改變時(shí)必須保持改變時(shí)必須保持n ng g/保持不變保持不變, ,即保即保證內(nèi)回路的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)不變。證內(nèi)回路的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)不變。 在試探時(shí)可將外回路開(kāi)路在試探時(shí)可將外回路開(kāi)路, ,切除水位信號(hào)切除水位信號(hào), ,使使v vh h=0,=0,設(shè)置設(shè)置t ti i和和/n/ng g值值, ,手動(dòng)操作給水閥門(mén)手動(dòng)操作給水閥門(mén), ,使給水量產(chǎn)生一個(gè)階躍變化后立即投使給水量產(chǎn)生一個(gè)階躍變化后立即投入自動(dòng)入自動(dòng), ,

43、觀察給水量過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)形狀觀察給水量過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)形狀, ,能快速穩(wěn)定即可。能快速穩(wěn)定即可。 主回路中主回路中 為快速副回路的等效環(huán)節(jié)，把為快速副回路的等效環(huán)節(jié)，把w wd1d1(s)(s)和和 ?h h看作一看作一個(gè)等效調(diào)節(jié)器所控制的對(duì)象，則：個(gè)等效調(diào)節(jié)器所控制的對(duì)象，則： 1 ngggwsvgwsdhhd外*g1主回路方框圖如下所示主回路方框圖如下所示: 從內(nèi)、外回路的比例帶來(lái)看，給水流量的分流系數(shù)從內(nèi)、外回路的比例帶來(lái)看，給水流量的分流系數(shù)n ng g對(duì)內(nèi)外回對(duì)內(nèi)外回路的影響正好是相反的，路的影響正好是相反的，n ng g若增大，主回路穩(wěn)定性增強(qiáng)，副回路則若增大，主回路穩(wěn)定性增強(qiáng)，副回路則

44、減弱，反之則情況相反。減弱，反之則情況相反。 另外，另外，w wd1d1(s)(s)的對(duì)象特性可用試驗(yàn)方法測(cè)得，它實(shí)際上就是的對(duì)象特性可用試驗(yàn)方法測(cè)得，它實(shí)際上就是水水位位在在g g 擾動(dòng)下，擾動(dòng)下，i ih h 的變化曲線(xiàn)，從曲線(xiàn)上可求出飛升速度的變化曲線(xiàn)，從曲線(xiàn)上可求出飛升速度，遲延，遲延 ，則：，則： 外nggg 而而 則是一個(gè)常數(shù)則是一個(gè)常數(shù), ,這是一個(gè)等效比例調(diào)節(jié)器，比這是一個(gè)等效比例調(diào)節(jié)器，比例帶：例帶： wngg內(nèi)1gg外*ngg swswswswnswnswdtdbggtddb12:1,完全補(bǔ)償?shù)臈l件為而令gg 前饋部分對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性沒(méi)有影響，因此在整定前饋通路時(shí)可以前饋部分對(duì)

45、系統(tǒng)穩(wěn)定性沒(méi)有影響，因此在整定前饋通路時(shí)可以獨(dú)立考慮：獨(dú)立考慮： 把把w wb b(s)(s)和和w wt t(s)(s)的值代入得：的值代入得： nnwswsdggddd gg21整定的實(shí)質(zhì)就是確定分壓系數(shù)整定的實(shí)質(zhì)就是確定分壓系數(shù)n nd d的值。的值。 由上式可知：由上式可知：ndnd為一復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)，一般按靜態(tài)特性整定，為一復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)，一般按靜態(tài)特性整定，即要求在負(fù)荷不同的情況下，水位均無(wú)靜差，如前，其條件為：即要求在負(fù)荷不同的情況下，水位均無(wú)靜差，如前，其條件為： ddggnngg通常有：通常有： dggg故：故： dgnnnnggddgg（3 3）根據(jù)無(wú)靜差要求，整定）根據(jù)無(wú)

46、靜差要求，整定n nd d 值，使值，使 。 （2 2）根據(jù)水位在內(nèi)擾時(shí)的動(dòng)態(tài)特性，整定外回路等效調(diào)節(jié)器）根據(jù)水位在內(nèi)擾時(shí)的動(dòng)態(tài)特性，整定外回路等效調(diào)節(jié)器的比例帶，即確定的比例帶，即確定n ng g值，在改變值值，在改變值n ng g時(shí)，要保證已整定好的比值時(shí)，要保證已整定好的比值/n/ng g不變。不變。 綜上所述，我們可以得出前饋反饋三沖量給水系統(tǒng)的整定綜上所述，我們可以得出前饋反饋三沖量給水系統(tǒng)的整定步驟：步驟： （1）按照迅速消除內(nèi)擾、穩(wěn)定給水量的要求用試湊法整定內(nèi)）按照迅速消除內(nèi)擾、穩(wěn)定給水量的要求用試湊法整定內(nèi)回路回路pi調(diào)節(jié)器的比例帶調(diào)節(jié)器的比例帶/ng值和積分時(shí)間值和積分時(shí)間t

47、i值。值。第五節(jié)串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)實(shí)例分析第五節(jié)串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)實(shí)例分析串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的原理圖如下圖串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的原理圖如下圖7-77-7所示所示 ： 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)。如圖示，這個(gè)系這個(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)。如圖示，這個(gè)系統(tǒng)也有三個(gè)回路：即統(tǒng)也有三個(gè)回路：即i i為副回路，為副回路，iiii為主回路，為主回路，iiiiii為前饋回路。為前饋回路。 圖圖7-7 7-7 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)原理框圖串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)原理框圖wt2(s)wdz(s)wd1(s)kzkfndng?g?h?dih-hngig-ig-+i

48、t2g+h1h2iddndidvgwt1(s)+下面討論主、副調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定問(wèn)題：下面討論主、副調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定問(wèn)題： 為保證被調(diào)量無(wú)靜差，主調(diào)節(jié)器采用為保證被調(diào)量無(wú)靜差，主調(diào)節(jié)器采用pipi控制規(guī)律，副調(diào)節(jié)器采控制規(guī)律，副調(diào)節(jié)器采用用pi pi 或或p p 控制規(guī)律，副調(diào)節(jié)器接受三個(gè)輸入信號(hào)，信號(hào)之間有靜控制規(guī)律，副調(diào)節(jié)器接受三個(gè)輸入信號(hào)，信號(hào)之間有靜態(tài)配合問(wèn)題，但系統(tǒng)的靜態(tài)特性由主調(diào)節(jié)器決定，因此蒸汽流量信態(tài)配合問(wèn)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(hào)并不要求與給水流量信號(hào)相等。號(hào)并不要求與給水流量信號(hào)相等。 副回路的作用主要為快速消除內(nèi)擾副回路的作用主要為快速消除內(nèi)擾，主

49、回路用于校正水位偏主回路用于校正水位偏差差，而，而前饋通路則用于補(bǔ)償外擾前饋通路則用于補(bǔ)償外擾，主要用于，主要用于克服虛假水位現(xiàn)象克服虛假水位現(xiàn)象。 （1 1）副回路與單級(jí)情況一樣，可看作是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，把調(diào)節(jié)）副回路與單級(jí)情況一樣，可看作是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，把調(diào)節(jié)閥和管道系統(tǒng)作為被調(diào)對(duì)象，則作為閥和管道系統(tǒng)作為被調(diào)對(duì)象，則作為k kf f 以外的環(huán)節(jié)都作為等效調(diào)以外的環(huán)節(jié)都作為等效調(diào)節(jié)器。節(jié)器。wssg snkwstggzt22*g圖圖7-7 7-7 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)原理框圖串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)原理框圖wt2(s)wdz(s)wd1(s)kzkfndng?g?h?dih-hngig-ig

50、-+it2g+h1h2iddndidvgwt1(s)+上式表明，副回路的等效調(diào)節(jié)器也可看作一個(gè)上式表明，副回路的等效調(diào)節(jié)器也可看作一個(gè)pi pi 規(guī)律的調(diào)節(jié)器。規(guī)律的調(diào)節(jié)器。 g222212*ggziinktt若若 的的pipi調(diào)節(jié)規(guī)律，則：調(diào)節(jié)規(guī)律，則： w st sti222111采用形如 *22211ggztisnkwsg st sg式中：式中：2 2為副調(diào)節(jié)器的比例帶；為副調(diào)節(jié)器的比例帶；t ti2i2為副調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間。為副調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間。 （2 2）主回路整定是建立在副回路可以等效為一個(gè)快速比例環(huán)）主回路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。把節(jié)基礎(chǔ)上。把w wd

51、1d1(s)(s)看成是被控對(duì)象，其余的環(huán)節(jié)可看成是等效調(diào)看成是被控對(duì)象，其余的環(huán)節(jié)可看成是等效調(diào)節(jié)器，則：節(jié)器，則：wsg sh snwsthggt11*gg圖圖7-7 7-7 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)原理框圖串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)原理框圖wdz(s)wd1(s)1/nggnd?h?dih-hig-+g+h1h2iddndidwt1(s)+若：若：wst sti111111 stnswigght11*111gg也是一個(gè)也是一個(gè)pipi規(guī)律的調(diào)節(jié)器：規(guī)律的調(diào)節(jié)器： ) 2( t=t) 1 ( 1*11*1iihggngg （3 3）前饋通路中）前饋通路中n nd d的選擇是基于的選擇是基于“虛假

52、水位虛假水位” ” 情況而定的。情況而定的。前饋通路中完全補(bǔ)償條件為：前饋通路中完全補(bǔ)償條件為：gggdddggdggddnwsnwsnwsws21211nnwswsdggddd gg21 若前饋通道的設(shè)計(jì)只考慮靜態(tài)補(bǔ)償，且若前饋通道的設(shè)計(jì)只考慮靜態(tài)補(bǔ)償，且w wd1d1(s) (s) 與與wd2wd2(s)(s)的靜態(tài)的靜態(tài)比值為一常數(shù)比值為一常數(shù)k k，則有：，則有： ggddnnkgg 其中其中k k是虛假水位現(xiàn)象決定的常數(shù)，虛假水位現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，是虛假水位現(xiàn)象決定的常數(shù)，虛假水位現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，k k值值大，反之大，反之k k值小。負(fù)號(hào)表示前饋調(diào)節(jié)方向與虛假水位方向相反。值小。負(fù)號(hào)表示前饋調(diào)

53、節(jié)方向與虛假水位方向相反。 在負(fù)荷開(kāi)始變化時(shí)在負(fù)荷開(kāi)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)為使蒸汽流量信號(hào)更好地補(bǔ)償虛假水位現(xiàn)象象, ,改善負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)過(guò)程質(zhì)量改善負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)過(guò)程質(zhì)量, ,一般使蒸汽流量信號(hào)大大高于給一般使蒸汽流量信號(hào)大大高于給水流量信號(hào)水流量信號(hào), ,即令即令k 1k 1。則：。則： 1 knnknggggddggg1k n dggdnk則若gg第六節(jié)帶沖擊負(fù)荷鍋爐的給水控制系統(tǒng)第六節(jié)帶沖擊負(fù)荷鍋爐的給水控制系統(tǒng) 承擔(dān)沖擊負(fù)荷鍋爐承擔(dān)沖擊負(fù)荷鍋爐, ,其給水控制系統(tǒng)主要任務(wù)是在適應(yīng)負(fù)荷要其給水控制系統(tǒng)主要任務(wù)是在適應(yīng)負(fù)荷要求的情況下求的情況下, ,盡可能降低

54、水位波動(dòng)盡可能降低水位波動(dòng), ,同時(shí)使給水量的波動(dòng)不過(guò)于劇烈。同時(shí)使給水量的波動(dòng)不過(guò)于劇烈。 在一個(gè)電網(wǎng)中在一個(gè)電網(wǎng)中, ,如存在帶沖擊負(fù)荷的設(shè)備（如大型軋鋼廠(chǎng)）如存在帶沖擊負(fù)荷的設(shè)備（如大型軋鋼廠(chǎng)）, ,它們將給電網(wǎng)帶來(lái)沖擊負(fù)荷。它們將給電網(wǎng)帶來(lái)沖擊負(fù)荷。 這就需要某些機(jī)組頻繁參與調(diào)峰這就需要某些機(jī)組頻繁參與調(diào)峰, ,而這種連續(xù)的周期性的大幅而這種連續(xù)的周期性的大幅度負(fù)荷升降會(huì)引起汽包壓力及過(guò)熱器壓力大幅度變化度負(fù)荷升降會(huì)引起汽包壓力及過(guò)熱器壓力大幅度變化, ,造成水位劇造成水位劇烈波動(dòng)烈波動(dòng), ,從而是虛假數(shù)位更為嚴(yán)重。從而是虛假數(shù)位更為嚴(yán)重。以下所介紹的系統(tǒng)能完成這一任務(wù)。以下所介紹的系

55、統(tǒng)能完成這一任務(wù)。 一、給水流量信號(hào)加慣性環(huán)節(jié)的三沖量給水控制系統(tǒng)一、給水流量信號(hào)加慣性環(huán)節(jié)的三沖量給水控制系統(tǒng) 這種系統(tǒng)與單級(jí)三沖量控制系統(tǒng)的區(qū)別在于它在給水流量反饋這種系統(tǒng)與單級(jí)三沖量控制系統(tǒng)的區(qū)別在于它在給水流量反饋回路中加了一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，所以在分析內(nèi)回路時(shí)有些不同。其回路中加了一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，所以在分析內(nèi)回路時(shí)有些不同。其原理方框圖如圖原理方框圖如圖7-87-8所示：所示： wt(s)wd2(s)wd1(s)kzkfndng?g?h?d-h-+ig-+g+h1h2dstg11圖圖7-8 7-8 給水流量加慣性的三沖量給水控制系統(tǒng)方框圖給水流量加慣性的三沖量給水控制系統(tǒng)方框圖 此時(shí)內(nèi)回路不再是一個(gè)可以等效的比例環(huán)節(jié)，而是一個(gè)比例微此時(shí)內(nèi)回路不再是一個(gè)可以等效的比例環(huán)節(jié)，而是一個(gè)比例微分環(huán)節(jié)，形如：分環(huán)節(jié)，形如： wst sndggg1 g 主回路中主回路中w wd1d1(s)(s)對(duì)象傳遞函數(shù)通常由慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)構(gòu)成，對(duì)象傳遞函數(shù)通常由慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)構(gòu)成，即即 ：wsts sd11則其等效對(duì)象則其等效對(duì)象 ：wss等效調(diào)節(jié)器：等效調(diào)節(jié)器： wsnthgggg 1 等效對(duì)象成為一個(gè)無(wú)遲延無(wú)慣性的純積分環(huán)節(jié)，其調(diào)節(jié)效果將等效對(duì)象成為一個(gè)無(wú)遲延無(wú)慣性的純積分環(huán)