畢業(yè)設(shè)計(jì)基于解耦理論的單元機(jī)組機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、引 言近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電力工業(yè)也在迅猛發(fā)展，不僅大容量、高參數(shù)的單元機(jī)組日益增多，而且電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式也發(fā)生了很大變化，要求單元機(jī)組應(yīng)具有大幅度的快速調(diào)峰能力，并具有更高的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)?；鹆Πl(fā)電廠的工藝過(guò)程是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換與平衡的過(guò)程。儲(chǔ)存在燃料(煤)中的化學(xué)能，通過(guò)鍋爐燃燒、傳熱，轉(zhuǎn)換成蒸汽的熱力勢(shì)能又通過(guò)汽輪機(jī)，將熱力勢(shì)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再通過(guò)發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，最后將電能傳輸給用戶(hù)。在每個(gè)能量轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)中，包含著能量轉(zhuǎn)換與能量?jī)?chǔ)存和釋放，如果將整個(gè)電站看作是一個(gè)能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，那么它的輸出能量(電能)與輸入能量(化學(xué)能)以及中間

2、蓄能應(yīng)是平衡的。因此，電力生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)能量輸入與輸出、儲(chǔ)存與釋放的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程。由于電廠熱工控制對(duì)象是復(fù)雜、時(shí)變動(dòng)態(tài)過(guò)程。存在非線(xiàn)性、大時(shí)延、強(qiáng)耦合及大干擾。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)就是為了適應(yīng)當(dāng)前的電力發(fā)展趨勢(shì)所實(shí)施的單元機(jī)組負(fù)荷控制方案。但是，鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)在響應(yīng)外界負(fù)荷時(shí)的動(dòng)態(tài)特性存在很大差異。在單元機(jī)組內(nèi)部，鍋爐和汽輪機(jī)是相對(duì)獨(dú)立的對(duì)象。從控制負(fù)荷的角度看，它們的動(dòng)態(tài)特性很不一樣。鍋爐的動(dòng)態(tài)特性從燃燒率的改變到鍋爐出口壓力的改變，慣性很大；而汽輪發(fā)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性從蒸汽流量的改變到輸出功率的改變，慣性相對(duì)較小。因而單元機(jī)組內(nèi)外兩個(gè)能量供求平衡關(guān)系互相制約，即機(jī)組響應(yīng)外部負(fù)荷變動(dòng)與保持機(jī)組內(nèi)部參

3、數(shù)穩(wěn)定之間的矛盾。根據(jù)這一特點(diǎn)，單元機(jī)組在實(shí)施負(fù)荷控制時(shí)，必須很好的協(xié)調(diào)機(jī)、爐兩側(cè)的控制動(dòng)作，保持內(nèi)外兩個(gè)能量供求平衡關(guān)系，兼顧負(fù)荷響應(yīng)和內(nèi)部運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定。單元機(jī)組負(fù)荷控制的任務(wù)就是保證主蒸汽壓力偏差在允許的范圍內(nèi)的同時(shí)，使機(jī)組輸出功率快速響應(yīng)外部負(fù)荷變動(dòng)。 機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)為單元機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了可靠的保證。隨著電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，大中型機(jī)組的運(yùn)行方式也逐步發(fā)生變化，電網(wǎng)要求這些機(jī)組要有良好的負(fù)荷適應(yīng)能力，承擔(dān)較高的負(fù)荷變化率，其主要運(yùn)行參數(shù)如主汽壓力、汽包水位、主汽溫度等在負(fù)荷的變化過(guò)程中保持相對(duì)穩(wěn)定，以保證機(jī)組在整個(gè)負(fù)荷變化范圍內(nèi)有較高的穩(wěn)定性和安全性，從而保證機(jī)組有較高的效

4、率。第一章 單元機(jī)爐機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)概述1.1 單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制的發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)不斷增長(zhǎng)，增加了對(duì)能源的需求量，電力工業(yè)逐漸發(fā)展為大電網(wǎng)、大機(jī)組、高參數(shù)、高度自動(dòng)化。由于高參數(shù)，大容量機(jī)組發(fā)展迅速，裝機(jī)容量日益增多，因此對(duì)機(jī)組的自動(dòng)化需求也日益提高。與其它工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程相比，電力生產(chǎn)過(guò)程更加要求保持生產(chǎn)的連續(xù)性，高度的安全性和經(jīng)濟(jì)性。單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)已成為大型單元機(jī)組普遍采用的一種控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)把自動(dòng)調(diào)節(jié)、邏輯控制、安全保護(hù)、監(jiān)督管理融為一體，具有功能完善、技術(shù)先進(jìn)、可靠性高等特點(diǎn)，在工程應(yīng)用中，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能否成功的投入和運(yùn)行，發(fā)揮其應(yīng)有的功能，取決于機(jī)組主設(shè)備的可控性、系統(tǒng)控制設(shè)備的性能

5、及可靠性、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與整定的合理性等因素。大型單元機(jī)組從設(shè)計(jì)、制造、安裝都充分考慮到機(jī)組自動(dòng)控制方面的需要，使機(jī)組可靠性得到了不斷改善和提高，為機(jī)組自動(dòng)化水平的提高奠定了基礎(chǔ)。1.2單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的概念從大系統(tǒng)理論出發(fā)，協(xié)調(diào)控制是一種解決大系統(tǒng)控制問(wèn)題的基本策略。所謂大系統(tǒng)可理解為由若干相互關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)組成的復(fù)雜系統(tǒng)。應(yīng)用大系統(tǒng)理論處理這類(lèi)龐大而復(fù)雜系統(tǒng)控制問(wèn)題的基本方法就是分解協(xié)調(diào)的方法。所謂分解是把大系統(tǒng)化為若干子系統(tǒng)，以便進(jìn)行分塊的處理與控制，求得各子系統(tǒng)之間的局部最優(yōu)解。而協(xié)調(diào)則是從系統(tǒng)的全局出發(fā)，合理地調(diào)整各子系統(tǒng)之間的關(guān)系，求得各子系統(tǒng)之間的和諧與統(tǒng)一，進(jìn)而得到整個(gè)大系統(tǒng)的最優(yōu)解

6、。常規(guī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)是汽輪機(jī)和鍋爐分別控制。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷和轉(zhuǎn)速，機(jī)組負(fù)荷的變化必然會(huì)反映到機(jī)前主蒸汽壓力的變化，既機(jī)前主蒸汽壓力反映了機(jī)爐之間的能量平衡。主蒸汽壓力的控制由鍋爐燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)完成，燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般又分為主蒸汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、送風(fēng)氧量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)等子系統(tǒng)。隨著單元機(jī)組容量的不斷增大、電網(wǎng)容量的增加和電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)峰要求的提高以及自身穩(wěn)定（參數(shù)）運(yùn)行要求的提高，常規(guī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)已很難滿(mǎn)足單元機(jī)組既參加電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)峰又穩(wěn)定機(jī)組自身運(yùn)行參數(shù)這兩個(gè)方面的要求，因此必須將汽輪機(jī)和鍋爐視為一個(gè)統(tǒng)一的控制對(duì)象進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。所謂協(xié)調(diào)控制，是指通過(guò)控制回路協(xié)調(diào)汽輪機(jī)和鍋爐的工作狀

7、態(tài)，同時(shí)給鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)和汽輪機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)出指令，以達(dá)到快速響應(yīng)負(fù)荷的目的，盡最大可能發(fā)揮機(jī)組的調(diào)頻、調(diào)峰能力，穩(wěn)定運(yùn)行參數(shù)。單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是在常規(guī)機(jī)爐局部控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型控制系統(tǒng)。單元機(jī)組在處理負(fù)荷要求并同時(shí)維持機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定這兩個(gè)問(wèn)題時(shí)，是將機(jī)爐作為一個(gè)整體來(lái)看待的。然而汽機(jī)、鍋爐又是相對(duì)獨(dú)立的，它們通過(guò)各自的調(diào)節(jié)手段，如汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度、鍋爐燃燒率，滿(mǎn)足電網(wǎng)負(fù)荷的要求及主參數(shù)的穩(wěn)定，但它們的能力不盡相同，主要表現(xiàn)在鍋爐調(diào)節(jié)的相對(duì)滯后，如果在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)能充分考慮它們的差異，采取某些措施（如引入某些前饋信號(hào)、協(xié)調(diào)信號(hào)），讓機(jī)爐同時(shí)按照電網(wǎng)負(fù)荷的要求變化，接

8、收外部負(fù)荷的指令，根據(jù)主要參數(shù)的偏差，協(xié)調(diào)地進(jìn)行控制，這樣的控制系統(tǒng)稱(chēng)為協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。1.3 單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的功能與任務(wù)為了保證實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組負(fù)荷的有效控制，對(duì)大型單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的功能一般有以下幾個(gè)方面的要求：（1）建立電網(wǎng)調(diào)度中心與機(jī)組鍋爐控制和汽機(jī)控制系統(tǒng)之間的通信聯(lián)系，實(shí)施機(jī)組負(fù)荷控制，參與電網(wǎng)調(diào)頻。（2）在異常情況下，對(duì)單元機(jī)組及其鍋爐和汽機(jī)負(fù)荷需求指令進(jìn)行限制。（3）改善機(jī)組對(duì)外界負(fù)荷擾動(dòng)的向應(yīng)能力，及其克服各種擾動(dòng)影響，提高機(jī)組對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)能力。（4）使機(jī)組具有較高的運(yùn)行效率。（5）減小鍋爐和汽機(jī)的熱應(yīng)力。（6）減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，確保機(jī)組的安全運(yùn)行。為了達(dá)到上述幾

9、方面的功能要求，大型單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)必須完成下列主要任務(wù)：（1）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能協(xié)調(diào)機(jī)、爐的控制，在定的負(fù)荷范圍內(nèi)響應(yīng)來(lái)自電網(wǎng)調(diào)度的負(fù)荷指令或機(jī)組運(yùn)行人員就地設(shè)定的負(fù)荷指令，對(duì)機(jī)組進(jìn)行負(fù)荷控制，并參與電網(wǎng)調(diào)頻，同時(shí)保證機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，維持運(yùn)行參數(shù)不超出允許的變化范圍。（2）對(duì)某些需要在整個(gè)負(fù)荷變化范圍內(nèi)進(jìn)行控制的過(guò)程變量，采用全程控制、以盡可能減少運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。（3）在機(jī)組設(shè)備異?；蚴鹿是闆r下，CCS越過(guò)保護(hù)、連鎖等邏輯控制回路，確保機(jī)組安全地繼續(xù)遠(yuǎn)行，或使生產(chǎn)設(shè)備處于安全狀態(tài)而不致造成損害。（4）當(dāng)機(jī)組主要輔機(jī)，如送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)、給水泵、爐水循環(huán)泵、一次風(fēng)機(jī)等發(fā)生故障而不能滿(mǎn)

10、足機(jī)組出力要求時(shí)，CCS的負(fù)荷指令處理回路能產(chǎn)生負(fù)荷快速返回信號(hào)，使機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令降至機(jī)組的最大可能出力值，以確保機(jī)組的安全運(yùn)行。（5）對(duì)設(shè)計(jì)有足夠容量的汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的機(jī)組，當(dāng)汽輪機(jī)或電氣故障致使汽輪機(jī)快速甩負(fù)荷時(shí)，鍋爐有必要維持最低的燃燒率繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，使機(jī)組帶廠用電遠(yuǎn)行或停機(jī)不停爐，以便故障消除后能快速帶上負(fù)荷。（6）當(dāng)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，如燃料量、空氣量、給水量等，其實(shí)際值與給定位的偏差超出規(guī)定的允許值范圍，或執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置達(dá)到預(yù)先設(shè)定的最大或最小限值時(shí)，CCS的負(fù)荷指令處理回路能產(chǎn)生負(fù)荷增減閉鎖信號(hào)，根據(jù)偏差的方向，對(duì)機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令的增加或減小加以閉鎖，以防止物料或能量的不平衡進(jìn)一步擴(kuò)大

11、和引發(fā)事故，直至異常消除，偏差回到限位內(nèi)才解除閉鎖。（7）對(duì)于機(jī)組設(shè)備工作異常的一類(lèi)故障，CCS除了采用負(fù)荷增減閉鎖措施外，還應(yīng)進(jìn)步采取機(jī)組負(fù)荷迫升迫降措施。（8）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)組的一些重要過(guò)程變量的信號(hào)進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)控，一旦偏離正常狀態(tài)，就自動(dòng)采取措施、或切換至冗余部分(即備用設(shè)備)?；?qū)⒖刂葡到y(tǒng)切為手動(dòng)方式，同的發(fā)出報(bào)警信號(hào)。（9）對(duì)于重要參數(shù)的測(cè)量采用三變送器或雙變選器。（10）重要凹路的執(zhí)行機(jī)構(gòu)監(jiān)控具有閥位指今與實(shí)際閥位的偏差監(jiān)控、方向閉鎖、超池開(kāi)關(guān)、后備直接手操、失電、斷氣或斷信號(hào)保護(hù)等功能。（11）為了使機(jī)組能穩(wěn)定運(yùn)行，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)X、f所有控制回路的自動(dòng)手動(dòng)切換均具有無(wú)擾切換的功能

12、，即當(dāng)某控制回路切換到手動(dòng)方式時(shí)。（12）有比較完備的防運(yùn)行人員的誤操作連鎖保護(hù)措施。（13）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)還配備有必須的邏輯控制功能，它們能根據(jù)規(guī)定的邏輯條件自動(dòng)地判斷并執(zhí)行系統(tǒng)的切換、操作、跟蹤、保護(hù)、連鎖、閉鎖、監(jiān)控、報(bào)警等等功能，如主燃料跳間處理、防爐膛內(nèi)爆控制、風(fēng)煤交叉連鎖、汽輪機(jī)防進(jìn)水保護(hù)等。1.4 單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是在常規(guī)機(jī)爐控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其主要特點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)先進(jìn)。采用了遞階控制結(jié)構(gòu)，在局部控制級(jí)的基礎(chǔ)上引入了機(jī)爐協(xié)調(diào)級(jí)，把鍋爐，汽輪發(fā)電機(jī)組作為一個(gè)整體進(jìn)行控制。機(jī)爐協(xié)調(diào)控制器是一個(gè)多變量控制器。采用了前饋、反饋、補(bǔ)償

13、以及變結(jié)構(gòu)控制等技術(shù)，充分利用了機(jī)爐動(dòng)態(tài)特性的特點(diǎn)，并充分地利用了機(jī)爐動(dòng)態(tài)特性方面的特點(diǎn)，克服系統(tǒng)內(nèi)部耦合和非線(xiàn)性特性。獲得優(yōu)良的控制品質(zhì)。（2）系統(tǒng)功能完善。除了正常工況下的連續(xù)調(diào)節(jié)之外，系統(tǒng)根據(jù)需要設(shè)計(jì)了一整套邏輯控制系統(tǒng)。包括實(shí)際功率給定邏輯，局部故障處理，運(yùn)行方式切換邏輯，以及顯示報(bào)警等，系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際需要和設(shè)備狀況，選擇不同的運(yùn)行方式，比如機(jī)跟爐，爐跟機(jī)，機(jī)爐協(xié)調(diào)方式；定壓運(yùn)行或滑壓運(yùn)行方式；固定功率輸出或可調(diào)功率方式。（3）系統(tǒng)可靠性高。通過(guò)設(shè)置安全保護(hù)系統(tǒng)和采取一系列可靠性措施，可獲得很高的系統(tǒng)可靠性。綜上所述，目前廣泛應(yīng)用的單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律仍屬于經(jīng)典控制規(guī)律的范

14、疇。系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)與綜合的方法多采用多變量頻域法和常規(guī)的工程方法。第二章單元機(jī)組機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2.1 單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的組成單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是由負(fù)荷控制系統(tǒng)也稱(chēng)主控制系統(tǒng)、常規(guī)控制系統(tǒng)也稱(chēng)子控制系統(tǒng)和負(fù)荷控制對(duì)象三大部分組成。如圖2-1所示。負(fù)荷控制系統(tǒng)又由二部分即負(fù)荷指令處理部分也稱(chēng)負(fù)荷管理控制中心和機(jī)爐主控制器組成。負(fù)荷控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制級(jí)子控制系統(tǒng)局部控制級(jí)TBN0負(fù)荷指令處理部分機(jī)爐主控制器鍋爐控制系統(tǒng)汽輪機(jī)控制系統(tǒng)被控對(duì)象NBNTNEPT外埠負(fù)荷指令圖 2-1 單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖其中，負(fù)荷指令管理中心的結(jié)構(gòu)圖如圖2-2所示，負(fù)荷管理控制中心是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的指揮機(jī)構(gòu)，

15、它的主要功能是根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度中心的要求負(fù)荷指令或機(jī)組運(yùn)行人員要求改變負(fù)荷的指令以及機(jī)組主輔機(jī)運(yùn)行情況，處理成適合于機(jī)爐運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)際負(fù)荷要求指令。圖2-2負(fù)荷指令管理中心的結(jié)構(gòu)圖其中，單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化框圖如圖2-3。機(jī)、爐主控制器是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制機(jī)構(gòu)，機(jī)、爐主控制器的主要功能是根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行條件和要求，運(yùn)行人員通過(guò)選擇控制方式，給出合理的控制方案提供機(jī)組全面的協(xié)調(diào)控制。圖2-3單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化框圖2.2單元協(xié)調(diào)控制控制系統(tǒng)的原理圖2-4 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)工作原理圖協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)工作原理圖如圖2-4所示。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是由負(fù)荷指令處理回路和機(jī)爐控制回路這兩部分組成。負(fù)荷指令處理回路可以

16、接受3個(gè)負(fù)荷指令信號(hào)，即電網(wǎng)調(diào)度負(fù)荷指令信號(hào)，電網(wǎng)頻差信號(hào)和值班員指令信號(hào)，電網(wǎng)頻差信號(hào)和值班員改變負(fù)荷的指令信號(hào)。它們的總和反映了外界對(duì)機(jī)組負(fù)荷的要求。機(jī)組功率運(yùn)算回路將這個(gè)負(fù)荷要求處理成為機(jī)組可能接受的功率信號(hào)。機(jī)組能否接受這個(gè)指令還要由機(jī)組允許負(fù)荷能力運(yùn)算回路決定，允許負(fù)荷能力取決于當(dāng)時(shí)的主要輔機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)及鍋爐燃燒率的偏差。若負(fù)荷要求在機(jī)組所能承擔(dān)的允許范圍內(nèi)，則可按負(fù)荷要求發(fā)出機(jī)組功率指令，否則，按機(jī)組允許負(fù)荷能力發(fā)出機(jī)組功率指令，這個(gè)任務(wù)由限制回路來(lái)完成。經(jīng)上述運(yùn)算處理后的機(jī)組功率指令（功率給定值N0）分別送往鍋爐調(diào)節(jié)器和汽機(jī)調(diào)節(jié)器。機(jī)爐主控制回路由鍋爐調(diào)節(jié)器和汽機(jī)調(diào)節(jié)器組成，它們同

17、時(shí)接受功率偏差（N0-Ne）和汽壓偏差（P0-PT）信號(hào)。在穩(wěn)定工況下，實(shí)發(fā)功率Ne等于功率給定值N0，機(jī)前壓力PT等于壓力給定值P0。當(dāng)要求負(fù)荷增加時(shí)，將出現(xiàn)一個(gè)正的功率偏差信號(hào)（N0-Ne），此信號(hào)通過(guò)汽機(jī)調(diào)節(jié)器開(kāi)大調(diào)節(jié)閥，增加實(shí)發(fā)功率，同時(shí)，這個(gè)信號(hào)也作用到鍋爐調(diào)節(jié)器，使燃料量增加，增加蒸汽量。當(dāng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)大時(shí)，會(huì)立即引起機(jī)前壓力的下降，盡管此時(shí)鍋爐已經(jīng)開(kāi)始增加燃料量，但由于燃料-機(jī)前壓力通道有一定的慣性，這時(shí)仍然會(huì)有正的壓力偏差（P0-PT）信號(hào)出現(xiàn)。這個(gè)信號(hào)按正方向作用到鍋爐調(diào)節(jié)器，繼續(xù)增加燃料量，同時(shí)反方向作用到汽機(jī)調(diào)節(jié)器，力圖使汽壓恢復(fù)到正常數(shù)值。正的功率偏差信號(hào)和負(fù)的壓力偏差信號(hào)

18、作用的結(jié)果，會(huì)使調(diào)節(jié)閥開(kāi)大到一定程度后停止。這時(shí)汽機(jī)實(shí)發(fā)功率還沒(méi)有達(dá)到功率給定值，這種狀態(tài)只能是暫時(shí)的，因?yàn)檎墓β势钚盘?hào)與負(fù)的汽壓信號(hào)同時(shí)通過(guò)鍋爐調(diào)節(jié)器使鍋爐增加燃料量，隨著機(jī)前壓力的逐漸恢復(fù)，壓力偏差信號(hào)逐漸減小，這時(shí)汽機(jī)調(diào)節(jié)閥在正的功率偏差信號(hào)作用下繼續(xù)開(kāi)大，提高實(shí)發(fā)功率，直到功率和汽壓均與其給定值相等，機(jī)組達(dá)到新的穩(wěn)定狀。由此可見(jiàn)，在機(jī)組適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷變化過(guò)程中，協(xié)調(diào)控制方式允許汽壓有一定的波動(dòng)，以便能充分利用鍋爐的蓄熱量，使機(jī)組能較快地適應(yīng)電網(wǎng)的需求。但是，這里利用鍋爐的蓄熱量是有限的，因?yàn)樵诳刂频倪^(guò)程中利用負(fù)的壓力偏差能適當(dāng)?shù)叵拗破麢C(jī)調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作，保持機(jī)前壓力不致產(chǎn)生過(guò)大的偏差，所

19、以，協(xié)調(diào)控制方式既能使機(jī)組較快地適應(yīng)電網(wǎng)的負(fù)荷要求，又能確保汽壓的波動(dòng)在允許的范圍內(nèi)。另外，由于鍋爐調(diào)節(jié)器接受功率前饋偏差信號(hào)，能迅速地改變?nèi)剂狭?，可使機(jī)組功率較快地達(dá)到功率給定值。第三章單元機(jī)組機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本方案機(jī)、爐主控制器是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制機(jī)構(gòu)。機(jī)爐主控制器的設(shè)計(jì)從其控制結(jié)構(gòu)出發(fā)有二種指導(dǎo)思想，一種是以反饋控制為基礎(chǔ)的，適當(dāng)加入一些前饋信號(hào)作為輔助調(diào)節(jié)以改善控制品質(zhì)；另一種則從能量平衡的角度考慮前饋的控制，力爭(zhēng)做到前饋補(bǔ)償后，鍋爐和汽機(jī)就能協(xié)調(diào)一致地達(dá)到所要求的負(fù)荷，反饋?zhàn)饔脙H在此基礎(chǔ)上起校正作用。所以，一般協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可按反饋和前饋回路不同進(jìn)行分類(lèi)。3.1按反饋回路分類(lèi)常見(jiàn)的

20、機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式有三種方案：以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式、以汽輪機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式和綜合型協(xié)調(diào)控制方式，下面分別介紹它們的工作原理及主要特性。以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式汽機(jī)控制手動(dòng)，汽機(jī)調(diào)節(jié)器接受功率給定值與實(shí)發(fā)功率反饋信號(hào)，根據(jù)它們之間的偏差，調(diào)節(jié)汽門(mén)開(kāi)度，從而改變進(jìn)汽量，使發(fā)電機(jī)輸出功率迅速滿(mǎn)足負(fù)荷要求。鍋爐主控制器自動(dòng)，鍋爐調(diào)節(jié)器接受機(jī)前壓力定值的機(jī)前壓力反饋信號(hào)，根據(jù)偏差，調(diào)整燃料量，從而保證主汽壓力穩(wěn)定。如圖3-1所示。圖3-1以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式所以，在鍋爐跟隨系統(tǒng)中，快速的功率響應(yīng)和較大的主汽壓力偏差是同時(shí)存在的，這就是由于鍋爐跟隨系統(tǒng)機(jī)組功率對(duì)汽機(jī)側(cè)調(diào)節(jié)

21、作用的響應(yīng)迅速，當(dāng)負(fù)荷要求變化時(shí)，本系統(tǒng)通過(guò)改變汽機(jī)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，充分利用機(jī)組蓄能，就可以得到機(jī)組功率的快速響應(yīng)。但是，這是以犧牲主蒸汽壓力為代價(jià)的，又因?yàn)樵阱仩t側(cè)的調(diào)節(jié)作用下，主汽壓力的響應(yīng)有較大慣性。 為了減小主汽壓力的波動(dòng)，以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可以采用機(jī)前壓力的定值與機(jī)前壓力的反饋值之間的偏差信號(hào)，通過(guò)函數(shù)模塊（死區(qū)特性），作用在汽機(jī)調(diào)節(jié)器的輸出端。當(dāng)汽壓偏差超過(guò)非線(xiàn)形模塊的不靈敏區(qū)時(shí)，汽機(jī)調(diào)節(jié)器發(fā)出的調(diào)節(jié)閥開(kāi)度指令將受到限制。以汽機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式當(dāng)機(jī)組負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)鍋爐調(diào)節(jié)器控制燃料量。機(jī)前壓力改變后，按機(jī)前壓力與給定值的偏差，通過(guò)汽機(jī)調(diào)節(jié)器改變汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度

22、，從而改變機(jī)組功率。如圖3-2所示。圖3-2以汽機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式汽機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)的控制系統(tǒng)，可以在汽機(jī)調(diào)節(jié)器前，加入功率偏差的前饋信號(hào)，其原理是利用鍋爐的蓄能，同時(shí)允許汽壓在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。功率偏差信號(hào)（NO-NE）可以看作是暫時(shí)改變的汽機(jī)調(diào)節(jié)器的給定值，當(dāng)（PO- PT）>0時(shí)，汽壓給定值降低，汽壓調(diào)節(jié)器發(fā)出開(kāi)大調(diào)節(jié)閥的指令，增加輸出功率，反之亦然，當(dāng)函數(shù)模塊F（x）=0時(shí)，前饋?zhàn)饔貌淮嬖?。綜合型協(xié)調(diào)控制方式鍋爐和汽機(jī)同時(shí)接受負(fù)荷指令，并按一定的策略去協(xié)調(diào)鍋爐和汽機(jī)之間的控制。鍋爐主控制器自動(dòng)，保證主汽壓，同時(shí)接受負(fù)荷指令的前饋信號(hào)；汽機(jī)主控制器自動(dòng)，保證機(jī)組功率。負(fù)荷指

23、令作為機(jī)組功率設(shè)定值。對(duì)于單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的評(píng)價(jià)，主要根據(jù)以下兩方面進(jìn)行：其一是能否盡快地響應(yīng)電網(wǎng)對(duì)機(jī)組的負(fù)荷要求；其二是在內(nèi)、外擾作用下，機(jī)爐控制回路能否協(xié)調(diào)工作和能否使汽壓偏差和功率偏差盡可能減小。如圖3-3所示。圖3-3綜合型協(xié)調(diào)控制方式幾種不同的運(yùn)行方式間可以靈活的進(jìn)行切換，鍋爐出力受限制時(shí)，切至汽機(jī)跟隨方式；當(dāng)汽機(jī)出力受限制時(shí)，切至鍋爐跟隨方式。任何一種運(yùn)行方式的選擇均要求所需要的子系統(tǒng)已被選擇在自動(dòng)方式；任何子系統(tǒng)的自動(dòng)方式的切除，都將導(dǎo)致協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)到與之相適應(yīng)的自動(dòng)級(jí)。3.2 按前饋回路分類(lèi)按指令間接平衡的協(xié)調(diào)控制(DIB)按指令間接平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的示意圖如圖

24、3-4(a)所示。從圖中可以看出此系統(tǒng)是以鍋爐跟隨的控制方式工作的。鍋爐側(cè)是以(1d/dt) N0作為前饋信號(hào)，以(P0PT)作為反饋信號(hào)。鍋爐側(cè)的反饋回路中，由鍋爐控制器前的乘法器引入N0信號(hào)，其目的是使其放大倍數(shù)與N0成正比改變，以補(bǔ)償不同負(fù)荷下對(duì)象動(dòng)態(tài)特性放大倍數(shù)的非線(xiàn)性特性。鍋爐側(cè)前饋信號(hào)的引入目的是促使燃燒量隨負(fù)荷變化及早動(dòng)作補(bǔ)償鍋爐的惰性。鍋爐燃燒率指令NB為： (3-1)式中 KP 鍋爐控制器的比例增益；KI 鍋爐控制器的積分增益。穩(wěn)態(tài)時(shí)，主汽壓力PT等于給定值P0 ，鍋爐的燃燒率指令等于負(fù)荷指令N0即 NBN0可見(jiàn)鍋爐控制中把負(fù)荷指令信號(hào)N0(1d/dt)作為前饋信號(hào)，其中微分

25、作用在動(dòng)態(tài)過(guò)程中加強(qiáng)燃燒率指令，以補(bǔ)償機(jī)爐之間對(duì)負(fù)荷響應(yīng)速度的差異，式(3-1)中汽壓偏差信號(hào)和汽壓偏差信號(hào)的積分有二個(gè)作用，其一，反映了使汽壓恢復(fù)到給定值對(duì)鍋爐蓄熱量變化所需要的燃料量，其二，保證穩(wěn)態(tài)時(shí)汽壓等于汽壓的給定值。圖3-4(a)所示系統(tǒng)中汽機(jī)控制器入口信號(hào)的平衡關(guān)系如下：N0NB NB(P0PT)0 (3-2)可見(jiàn)，汽機(jī)控制回路實(shí)際是一個(gè)功率控制系統(tǒng)只有在汽壓偏差為零時(shí)才有NBN0。在動(dòng)態(tài)過(guò)程中采用兩個(gè)方法防止調(diào)速汽門(mén)動(dòng)態(tài)開(kāi)得過(guò)大。第一個(gè)方法是引入壓力偏差信號(hào)，作為負(fù)荷變化時(shí)的限制信號(hào)，限制汽機(jī)調(diào)速汽門(mén)動(dòng)作的范圍不能超過(guò)雙向限幅器的限定值，即當(dāng)汽壓超過(guò)規(guī)定值時(shí)(10公斤厘米2)限制

26、汽面調(diào)速汽門(mén)進(jìn)一步開(kāi)大。第二個(gè)方法是引入(P0PT)的反饋信號(hào)，其目的是根據(jù)汽壓偏差變化的情況確定調(diào)速汽門(mén)的開(kāi)度，限制調(diào)速汽門(mén)動(dòng)態(tài)開(kāi)得過(guò)大。圖3-4(b)為按指令間接平衡的協(xié)調(diào)控制的另一種方案，從圖中可以看出此系統(tǒng)是以汽機(jī)跟隨的控制方式工作的。鍋爐側(cè)是以N0(1d/dt)作為前饋信號(hào)，形成對(duì)鍋XPIP0DPIN0NE鍋爐 汽機(jī)+-PTPT_B圖 3-4(b) 間接平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)T- NE_+_爐側(cè)的前饋控制作用。其中比例作用使得燃燒率與負(fù)荷指令始終保持一致，微分作用用于補(bǔ)償鍋爐的動(dòng)態(tài)遲延和慣性，加速鍋爐的負(fù)荷響應(yīng)。鍋爐側(cè)以功率偏差作為反饋信號(hào)，形成對(duì)鍋爐側(cè)的積分()反饋控制(積分增益同P0

27、成正比。以適應(yīng)不同負(fù)荷下的對(duì)象特性的改變，實(shí)現(xiàn)變參數(shù)控制) 用來(lái)校正燃燒率指令，以保證機(jī)組的功率偏差在穩(wěn)定時(shí)為零。鍋爐燃燒率根據(jù)汽壓偏差而修正，例如，當(dāng)PT<P0時(shí)應(yīng)使燃燒率適當(dāng)增加以補(bǔ)足由于汽壓偏低而使鍋爐蓄能的減少。鍋爐燃燒率指令為： (3-3)在穩(wěn)態(tài)時(shí)鍋爐控制器保證NE = N0，若汽壓偏差為零，那NB= N0。汽機(jī)側(cè)以汽壓偏差作為反饋信號(hào)，形成對(duì)汽機(jī)側(cè)的PI反饋控制。功率偏差是前饋信號(hào)，用來(lái)修正壓力給定值，當(dāng)功率給定值 N0改變時(shí)，引起壓力給定值的改變，控制器發(fā)出汽機(jī)調(diào)節(jié)閥門(mén)的改變指令。這樣能充分利用鍋爐的蓄熱能力提高機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)特性。汽機(jī)側(cè)的PI控制器可保證穩(wěn)態(tài)時(shí)其輸入端信號(hào)的

28、代數(shù)和近似為零，即有- K(N0- NE) + (P0- PT) » 0 (3-4)或P0-PT » K(N0- NE) (3-5)可得PT » P0-KDN 當(dāng)N0增加時(shí), DN= N0- NE立即增加，相當(dāng)于暫時(shí)減小壓力給定值P0-KDN。這時(shí)PI控制器立即增大調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度，增大實(shí)發(fā)功率。另外，使汽壓PT跟隨定值而變，從而也就利用了機(jī)組蓄熱能力。在一定范圍內(nèi)，K值反映了在一定功率偏差下可利用的蓄熱量的大小。在穩(wěn)態(tài)時(shí)汽機(jī)側(cè)控制器保證PT = P0。從圖3-4()可以看出，負(fù)荷要求指令N0(功率給定值)作為前饋信號(hào)分別送到機(jī)、爐控制回路,使機(jī)爐同時(shí)改變負(fù)荷,以保

29、證快速響應(yīng)外界負(fù)荷要求。當(dāng)燃料內(nèi)擾使機(jī)前壓力及實(shí)發(fā)功率都增加時(shí)，由于中間再熱機(jī)組功率滯后較大，機(jī)前壓力響應(yīng)比實(shí)發(fā)功率靈敏。因此在汽機(jī)調(diào)節(jié)閥開(kāi)大克服燃料內(nèi)擾的同時(shí)，又產(chǎn)生對(duì)汽機(jī)的擾動(dòng)。所以這種負(fù)荷控制系統(tǒng)消除鍋爐內(nèi)擾能力較差。當(dāng)汽機(jī)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生擾動(dòng)時(shí)，機(jī)前壓力與實(shí)發(fā)功率變化方向相反，控制回路能較快地消除擾動(dòng)。按指令直接平衡的協(xié)調(diào)控制(DEB)按指令直接平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)示意圖如圖3-5所示。這種系統(tǒng)的一個(gè)主要特點(diǎn)是采用能量平衡信號(hào)P1PT取代功率給定信號(hào)NO，作為鍋爐控制回路的前饋信號(hào)，其中P1為汽機(jī)第一級(jí)后的汽壓，PT為機(jī)前壓力，兩者的比值P1PT與汽機(jī)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度成正比，無(wú)論什么原因引起的調(diào)節(jié)閥

30、開(kāi)度變化，P1PT都對(duì)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的微小變化作出靈敏的反應(yīng)。所以，無(wú)論在動(dòng)態(tài)還是在靜態(tài)，P1PT都反映了調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，即汽機(jī)輸入的能量。 在該系統(tǒng)中，功率偏差(N0- NE)送入汽機(jī)控制回路，機(jī)前壓力PT與給定值的偏差作為鍋爐的燃燒率指令，該系統(tǒng)屬于以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制。從圖3-5可知汽機(jī)控制器輸入信號(hào)的平衡關(guān)系：(3-6)式中 P1 汽機(jī)第一級(jí)后壓力，此信號(hào)可以用P1PT取代； KP P調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； KI 積分通道的比例系數(shù)。該機(jī)側(cè)設(shè)計(jì)兩個(gè)反饋回路，即由P1作為反饋信號(hào)的內(nèi)回路和以NE作為反饋信號(hào)的外回路。由于P1（P1PT )信號(hào)對(duì)汽機(jī)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的響應(yīng)比實(shí)發(fā)功率靈敏得多即響應(yīng)快，

31、故汽機(jī)調(diào)節(jié)閥能迅速而平穩(wěn)地響應(yīng)負(fù)荷指令的變化。上式中負(fù)荷指令的微分項(xiàng)可使汽機(jī)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生動(dòng)態(tài)過(guò)開(kāi)，能提高汽機(jī)的負(fù)荷適應(yīng)性。而N0-NE的積分則用來(lái)校正功率偏差，使穩(wěn)態(tài)時(shí)功率偏差為零。鍋爐燃燒率指令的形成如下式：÷DPP0DPIN0NE鍋爐 汽機(jī)+P1PT_B圖 3-5 直接平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)示意圖IIT_+×+ (3-7)可見(jiàn)，鍋爐燃燒率指令的前饋信號(hào)不是式(3-5)那樣的負(fù)荷指令N0，而是P1PT 的能量平衡信號(hào)。式中的微分項(xiàng)作用在動(dòng)態(tài)過(guò)程中加強(qiáng)燃燒率指令，以補(bǔ)償機(jī)爐間對(duì)負(fù)荷要求的響應(yīng)速度的差異。由于要求動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)哪芰坎粌H與負(fù)荷變化量成正比，而且還與負(fù)荷大小成正比，所以微分

32、項(xiàng)要乘以P1/PT 值。差壓的積分項(xiàng)保證穩(wěn)態(tài)時(shí)，機(jī)前壓力等于給定值。 能量平衡信號(hào)與功率給定值信號(hào)性質(zhì)不同，后者僅表示電網(wǎng)對(duì)機(jī)組的負(fù)荷要求，前者反映了汽機(jī)對(duì)鍋爐的能量要求。這就為機(jī)爐之間動(dòng)態(tài)過(guò)程中協(xié)調(diào)兩個(gè)控制回路的工作提供了一個(gè)比較直接的能量平衡信號(hào)，故稱(chēng)為直接能量平衡的協(xié)調(diào)控制。從鍋爐內(nèi)擾來(lái)看，當(dāng)燃燒率自發(fā)增加時(shí)，機(jī)前壓力PT和汽機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓力P1均增大，由于P1與NE相比對(duì)擾動(dòng)的響應(yīng)更快一些。因此汽機(jī)控制器由P1作為反饋的內(nèi)回路動(dòng)作，調(diào)整汽機(jī)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度變小，使P1復(fù)到負(fù)荷指令N0相適應(yīng)的水平。與此同時(shí)，鍋爐側(cè)因負(fù)的壓力偏差(P0PT)和由于P1恢復(fù)而使P1PT 減小的信號(hào)共同作用。減小燃燒率

33、指令B，所以鍋爐側(cè)消除內(nèi)擾的能力較強(qiáng)。從汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥擾動(dòng)來(lái)看，由于采用了P1作為汽機(jī)主控制器的反饋信號(hào)，則消除汽機(jī)調(diào)節(jié)閥自發(fā)擾動(dòng)的能力是較強(qiáng)的。通過(guò)以上分析可以看出，采用爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的直接能量平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，能快速適應(yīng)負(fù)荷要求和克服內(nèi)擾，是各種負(fù)荷控制方式中較好的一種。前面我們介紹了幾種單元機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，盡管形式各異，但有一些共同點(diǎn)：（1）前面介紹的系統(tǒng)都為前饋反饋的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，一般還帶有非線(xiàn)性控制環(huán)節(jié)。前饋、反饋和非線(xiàn)性控制部分各自分擔(dān)著不同的任務(wù)，其作用都是為實(shí)現(xiàn)機(jī)、爐的協(xié)調(diào)控制。（2）前饋控制的作用是補(bǔ)償機(jī)組的動(dòng)態(tài)遲延和慣性，加快負(fù)荷響應(yīng)，以及保持負(fù)荷指令與機(jī)、爐主控制指令之

34、間滿(mǎn)足一定的靜態(tài)關(guān)系，在控制過(guò)程中起“粗調(diào)”作用。（3）采用非線(xiàn)性控制環(huán)節(jié)可使汽壓在規(guī)定的允許偏差范圍內(nèi)變化，以利用機(jī)組的蓄熱能力，提高負(fù)荷響應(yīng)速度。（4）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制精度和克服內(nèi)擾的能力主要靠反饋控制保證，反饋控制是協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)，在控制過(guò)程中起“細(xì)調(diào)”作用。綜上所述，組成單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本方案有兩個(gè)，其一是以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，在這類(lèi)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，往往以P1PT (P1）這樣的能量平衡信號(hào)作為鍋爐控制中的前饋信號(hào)，以便在變工況下，協(xié)調(diào)機(jī)、爐之間的能量供求關(guān)系構(gòu)成直接能量平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。其二是以汽機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，在這類(lèi)系統(tǒng)中，往往負(fù)荷指令作為鍋爐的前

35、饋信號(hào)，以負(fù)荷指令來(lái)間接協(xié)調(diào)機(jī)、爐在能量需求方面的關(guān)系構(gòu)成能量間接平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。第四章單元機(jī)組機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是一個(gè)多變量控制系統(tǒng)。單獨(dú)的鍋爐控制系統(tǒng)和汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是從機(jī)爐整體能量平衡的目標(biāo)出發(fā)，通過(guò)選取合理的控制信號(hào)，采用前饋，反饋，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)瓤刂撇呗?，?shí)現(xiàn)機(jī)組協(xié)調(diào)控制目標(biāo)。直接按照多變量控制系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)理論進(jìn)行單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與綜合，目前還處于研究之中，雖然多變量時(shí)域的和頻域的控制理論已建立了一系列分析，設(shè)計(jì)的方法，并可以借助于計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助分析與設(shè)計(jì)，但是，在工程實(shí)際應(yīng)用中，這些理論和方法還有著許多困難，因而使得這

36、些理論方法還難以達(dá)到普遍應(yīng)用研究的水平。多變量控制解耦理論與方法是一種有效的解決多變量控制問(wèn)題的技術(shù)。針對(duì)多變量系統(tǒng)受控對(duì)象各輸入與輸出之間存在著關(guān)聯(lián)與耦合這一基本特征，通過(guò)設(shè)計(jì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)來(lái)消除和削弱這種相互的關(guān)聯(lián)和耦合，把多變量控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為多個(gè)單變量控制問(wèn)題來(lái)處理。這種理論和方法物理概念清晰，使用的數(shù)學(xué)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(guò)程中應(yīng)用比較廣泛。4.1單元機(jī)組動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型大型單元機(jī)組控制系統(tǒng)是一種多變量復(fù)雜控制系統(tǒng)，滯后大，受控過(guò)程是一個(gè)多輸入多輸出過(guò)程。在輸入和輸出之間存在著交叉的關(guān)聯(lián)和耦合。只有通過(guò)合理的簡(jiǎn)化與近似處理，采用理論建?；?qū)嶒?yàn)的方

37、法，才能建立起滿(mǎn)足一定精度要求的動(dòng)態(tài)特性數(shù)學(xué)模型。圖4-1 單元機(jī)組負(fù)荷控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型汽包鍋爐單元機(jī)組可簡(jiǎn)化為一個(gè)具有雙輸入雙輸出的被控對(duì)象。如圖4-1所示。圖中，機(jī)組的輸出功率N和機(jī)前壓力PT為被控量；主汽門(mén)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度u和燃料量B為控制量。GNu和GNB分別為發(fā)電機(jī)實(shí)發(fā)功率對(duì)開(kāi)度和燃料量的傳遞函數(shù)；GPu和GPB分別為機(jī)前壓力對(duì)開(kāi)度和燃料量的傳遞函數(shù)。這種合理簡(jiǎn)化的前提是：（1）送風(fēng)量與燃料量相適應(yīng)，保持燃燒穩(wěn)定；（2）引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，保持爐膛壓力；（3）給水量通過(guò)保持汽包水位進(jìn)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(duì)獨(dú)立。4.2單元機(jī)組動(dòng)態(tài)特性4.2.1單元機(jī)組

38、動(dòng)態(tài)特性分析單元機(jī)組負(fù)荷控制對(duì)象的階躍響應(yīng)特性如圖4-2所示。圖4-2 單元機(jī)組動(dòng)態(tài)特性曲線(xiàn)（1）燃燒率B擾動(dòng)下，主蒸汽壓力PT和輸出功率N的動(dòng)態(tài)特性如下：當(dāng)汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度不變，而B(niǎo)發(fā)生階躍擾動(dòng)時(shí)，主蒸汽壓力PT和輸出電功率N的響應(yīng)曲線(xiàn)如圖4-2左所示。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(guò)遲延后逐漸升高。由于汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度保持不變，進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量增加，從而自發(fā)的限制了汽壓的升高。當(dāng)蒸汽流量與燃燒率達(dá)到新的平衡時(shí)，汽壓PT就趨于一個(gè)較高的新穩(wěn)態(tài)值，具有自平衡能力。由于蒸汽流量的增加使汽輪機(jī)輸出功率增加，輸出電功率N也增加。當(dāng)蒸汽流量不變時(shí)，輸出電功率也趨于一個(gè)較高的

39、新穩(wěn)態(tài)值，具有自平衡能力。（2）調(diào)門(mén)開(kāi)度UT擾動(dòng)下主蒸汽壓力PT和輸出功率N的動(dòng)態(tài)特性如下：當(dāng)鍋爐燃燒率UB保持不變，而UT發(fā)生階躍擾動(dòng)時(shí)，主蒸汽壓力PT和功率N的響應(yīng)曲線(xiàn)如圖4-2右所示。汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度階躍增加后，一開(kāi)始進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量立刻成比例增加，同時(shí)汽壓PT也隨之立刻階躍下降PT（PT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(guān)）。由于燃燒率保持不變，所以蒸發(fā)量也不變。蒸汽流量的增加是因?yàn)殄仩t汽壓下降而釋放出一部分蓄熱，這只是暫時(shí)的。最終，蒸汽流量仍恢復(fù)到與燃燒率相適應(yīng)的擾動(dòng)前的數(shù)值，主蒸汽壓力PT也逐漸趨于一個(gè)較低的新穩(wěn)態(tài)值。因蒸汽流量在過(guò)渡過(guò)程中有暫時(shí)的增

40、加，故輸出功率N相應(yīng)也有暫時(shí)的增加。最終，輸出功率N也隨蒸汽流量恢復(fù)到擾動(dòng)前的數(shù)值?？梢钥闯?，機(jī)組增加負(fù)荷時(shí)，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。通過(guò)以上分析，可以看出負(fù)荷控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性的特點(diǎn)是：當(dāng)汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度動(dòng)作時(shí)，被控量N和PT的響應(yīng)都很快，即熱慣性??；當(dāng)鍋爐燃燒率改變時(shí)，N和PT的響應(yīng)都很慢，即熱慣性大，一快一慢就是機(jī)爐對(duì)象動(dòng)態(tài)特性方面存在的較大差異。4.2.2機(jī)爐動(dòng)態(tài)特性的基本特征構(gòu)成單元機(jī)組受控對(duì)象的設(shè)備是鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)組兩大部分。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，主要針對(duì)一個(gè)雙輸入、雙輸出的受控對(duì)象。通過(guò)對(duì)機(jī)爐內(nèi)在機(jī)理的分析，可以看出其動(dòng)態(tài)特性方面的以下基本特征。（1）

41、在鍋爐控制量B作用下，輸出被控量PT和N的響應(yīng)是一個(gè)慢速的慣性過(guò)程。而在汽輪機(jī)控制量u的作用下，輸出被控量PT和N的響應(yīng)則是一個(gè)快速的過(guò)程。（2）由于鍋爐的熱慣性比汽輪發(fā)電機(jī)組的慣性大得多，使得輸出被控量PT和N對(duì)于B的響應(yīng)速度十分接近，表現(xiàn)為傳遞函數(shù)矩陣中GPB（s）與GNB（s）之間十分相似的特性。（3）根據(jù)以上機(jī)爐特性的基本特征，利用汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度u作為控制量，可以快速的改變機(jī)組的被控量PT和N。其實(shí)質(zhì)是利用了機(jī)組內(nèi)部的蓄熱，主要是鍋爐內(nèi)部的蓄熱。機(jī)組容量越大，相對(duì)的這種蓄熱能力越小。因而，利用汽輪機(jī)調(diào)節(jié)門(mén)控制機(jī)組輸出功率的方法只是一種有限的、暫態(tài)的策略。4.2.3控制系統(tǒng)對(duì)模型精度的要

42、求不同控制理論和算法對(duì)模型的要求是不同的。因而，建模的目的以及對(duì)模型精度的要求應(yīng)依據(jù)模型應(yīng)用的要求而定。分析受控過(guò)程的基本特性，掌握其內(nèi)在最主要、最本質(zhì)的特征，對(duì)于設(shè)計(jì)出合理的控制系統(tǒng)是十分重要的。如前所述，單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，把機(jī)爐作為一個(gè)整體，針對(duì)機(jī)爐對(duì)象的特性，運(yùn)用反饋、前饋、補(bǔ)償以及多變量解耦等控制理論方法，構(gòu)成功能完備、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)對(duì)過(guò)程模型精度方面的要求并不是很高的4。4.3 解耦控制系統(tǒng)單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是一個(gè)多變量控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是從機(jī)爐整體能量平衡的目標(biāo)出發(fā)，通過(guò)選擇合理的控制信號(hào)，采用前饋、反饋、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)炔呗裕瑢?shí)現(xiàn)機(jī)組協(xié)調(diào)控制目標(biāo)。對(duì)于多變量控

43、制系統(tǒng)，通過(guò)變量的配對(duì)選擇，可以降低各回路之間的耦合。然而若經(jīng)配對(duì)選擇仍存在嚴(yán)重的耦合，則需要考慮解耦設(shè)計(jì)，解耦設(shè)計(jì)的基本原理在于設(shè)置一個(gè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，用以抵消存在于各回路之間的關(guān)聯(lián)，以使各被調(diào)量能實(shí)現(xiàn)單變量控制，把多變量控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為多個(gè)單變量控制問(wèn)題來(lái)處理。4.3.1多變量被控對(duì)象的概念對(duì)于一個(gè)具有n個(gè)被調(diào)量和n個(gè)調(diào)節(jié)變量的生產(chǎn)過(guò)程被控對(duì)象，其輸入-輸出特性可由矩陣方程表示： Y= WU （4-1）式（4-1）中：傳遞矩陣W中的元素Wij為被調(diào)量yi與調(diào)節(jié)變量uj的傳遞函數(shù)。若Wij=0，則表明yi不受uj作用影響。若對(duì)象的傳遞矩陣W可表示為對(duì)角形矩陣，則稱(chēng)之為無(wú)耦合對(duì)象。若對(duì)象的傳遞矩陣W可

44、表示為三角形矩陣，則稱(chēng)之為半耦合對(duì)象。若對(duì)象的傳遞矩陣W中每一行和每一列均至少有兩個(gè)元素不為0，則稱(chēng)之為耦合對(duì)象或多變量相關(guān)對(duì)象，以下簡(jiǎn)稱(chēng)多變量對(duì)象。4.3.2解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理對(duì)于多變量控制系統(tǒng)，通過(guò)變量的配對(duì)選擇，可降低各回路間的耦合。然而，若經(jīng)配對(duì)選擇仍存在嚴(yán)重的耦合，則需考慮解耦設(shè)計(jì)，解耦設(shè)計(jì)的基本原理在于設(shè)置一個(gè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，用以抵消存在于各回路間的關(guān)聯(lián)，以使各被調(diào)量能實(shí)現(xiàn)單變量控制。（1）串聯(lián)補(bǔ)償法采用串聯(lián)補(bǔ)償法解耦的多變量控制系統(tǒng)如圖4-3所示。圖4-3串聯(lián)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)圖W=Wij為被控對(duì)象的傳遞矩陣。C=Cij為解耦網(wǎng)絡(luò)的傳遞矩陣。對(duì)于C的設(shè)計(jì)原則，要求使其經(jīng)解耦后系統(tǒng)的等效對(duì)象的傳

45、遞矩陣WB=Weij為對(duì)角矩陣。即： WC=We(除對(duì)角元素不為0，其余都為0)。串聯(lián)補(bǔ)償法可分為： 串聯(lián)前補(bǔ)償結(jié)構(gòu)； 帶調(diào)節(jié)器的串聯(lián)前補(bǔ)償結(jié)構(gòu)； 串聯(lián)后補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。 串聯(lián)前補(bǔ)償結(jié)構(gòu)以雙輸入雙輸出系統(tǒng)為例，在被控對(duì)象的輸入側(cè)串聯(lián)一個(gè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，如圖4-4所示，這種補(bǔ)償方式稱(chēng)之為串聯(lián)前補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的等效對(duì)象傳遞函數(shù)表示為：圖4-4串聯(lián)前補(bǔ)償結(jié)構(gòu)圖實(shí)現(xiàn)完全解耦的條件為： W12=G11*R12+G12=0 （4-2） W21=G21+G22*R21=0由上式可解出補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)為：（4-3）實(shí)現(xiàn)解耦以后系統(tǒng)的等效對(duì)象傳遞函數(shù)為：（4-4）在式（4-4）中：由此，可以按照單變量系統(tǒng)設(shè)計(jì)出調(diào)節(jié)器R11

46、和R22。串聯(lián)前補(bǔ)償解耦可以消除定值x擾動(dòng)時(shí)對(duì)其它回路被調(diào)量的影響，但不能對(duì)發(fā)生在對(duì)象輸入側(cè)的擾動(dòng)u實(shí)現(xiàn)解耦。這意味著當(dāng)出現(xiàn)對(duì)象輸入擾動(dòng)時(shí)，仍然會(huì)對(duì)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。帶調(diào)節(jié)器的串聯(lián)前的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)這種解耦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。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(guò)簡(jiǎn)單的框圖交換，把系統(tǒng)化為圖4-2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 （4-5）= 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R12、R21表達(dá)式為式：（4-6）圖4-

47、5帶調(diào)節(jié)器的串聯(lián)前的補(bǔ)償結(jié)構(gòu) 串聯(lián)后補(bǔ)償結(jié)構(gòu)在受控對(duì)象的輸出側(cè)串聯(lián)一個(gè)解耦網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全解耦。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4-6所示。以補(bǔ)償器的輸出C1、C2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4-6 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C1、C2對(duì)定值擾動(dòng)x與內(nèi)擾u的全解耦。對(duì)于實(shí)際系統(tǒng)輸出和而言，仍將受到內(nèi)擾u的交叉干擾。對(duì)于系統(tǒng)調(diào)節(jié)器而言，等效對(duì)象為： （4-6）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4-7所示。圖4-7反饋補(bǔ)償控制系統(tǒng)框圖由解耦網(wǎng)絡(luò)A組成反饋解耦回路，由于調(diào)節(jié)器輸出向量U和擾動(dòng)向量M具有相同通道。因此

48、，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。解耦網(wǎng)絡(luò)A可等效成串聯(lián)解耦網(wǎng)絡(luò)，然后借助串聯(lián)解耦網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算來(lái)求出。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4-8所示。圖4-8反饋解耦系統(tǒng)等效框圖不難看出：由于 則： 其中 We解耦后等效對(duì)象傳遞矩陣。 （4-7）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(xiàn)元素， I為單位矩陣。由此上述式中：所以根據(jù)上述式子不難得出：（3）和差補(bǔ)償法以上所介紹的幾種解耦方法，在理論上具有較好的解耦效果，但實(shí)際上，常遇到以下問(wèn)題：一是所設(shè)計(jì)的解耦補(bǔ)償環(huán)節(jié)，經(jīng)常是在物理上不可實(shí)現(xiàn)的。其二，補(bǔ)償環(huán)節(jié)是按

49、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(lái)的。這不僅使之實(shí)現(xiàn)有困難，而且當(dāng)對(duì)象中的參數(shù)變化而造成數(shù)學(xué)模型的改變時(shí)，可能造成系統(tǒng)開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定，從而帶來(lái)控制上的困難。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。以下以一個(gè)具有兩個(gè)輸入和兩個(gè)輸出的對(duì)象為例，如圖4-9所示。設(shè)此對(duì)象的傳遞矩陣為：（4-8）令： 由此可得： 圖4-9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W12-k1W22=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。由此

50、可得： （4-9）則有 （4-10）這樣就實(shí)現(xiàn)了完全解耦。單向解耦是使經(jīng)過(guò)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。以雙輸入雙輸出系統(tǒng)為例，如果系統(tǒng)中某一側(cè)擾動(dòng)對(duì)另一側(cè)系統(tǒng)輸出的影響較小，可忽略不計(jì)，或者受干擾側(cè)控制回路消除干擾的能力較強(qiáng)，就可以考慮采用單向解耦，省去其中的一個(gè)補(bǔ)償器。4.3.3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。然而，補(bǔ)償器往往會(huì)很復(fù)雜，甚至不可實(shí)現(xiàn)。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(jiǎn)化是至關(guān)重要的?，F(xiàn)在就介紹一種工程上常用的解耦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。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。靜態(tài)解耦可使系統(tǒng)在穩(wěn)定工況

51、下成為非耦合系統(tǒng)，而在動(dòng)態(tài)條件下，即系統(tǒng)信號(hào)頻率不等于零時(shí)，存在一定的耦合。因而靜態(tài)解耦也稱(chēng)之為零頻解耦。特別是火電廠熱工過(guò)程，一般頻率比較低，常采用低頻段預(yù)補(bǔ)償法設(shè)計(jì)Kp。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。靜態(tài)解耦補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)常數(shù)矩陣，可通過(guò)下式求得Kp=G (4-11)靜態(tài)解耦的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)將采用此方法。4.4PID參數(shù)的整定控制系統(tǒng)的整定是指在控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定、控制儀表與控制對(duì)象等都處在正常狀態(tài)的情況下，適當(dāng)選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)()使控制儀表的特性和控制對(duì)象的特性配合，從而使控制系統(tǒng)的運(yùn)行達(dá)到最佳狀態(tài)，取得最好的控制效果

52、。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(cè)量?jī)x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(wú)論怎樣整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，也不能滿(mǎn)足調(diào)節(jié)質(zhì)量的要求。另一方面，在主設(shè)備完善、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案合理、設(shè)備安裝等均已完善的條件下，只有經(jīng)過(guò)正確的整定，才能達(dá)到預(yù)期的控制質(zhì)量。從理論上看，通過(guò)計(jì)算來(lái)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)是可行的辦法。采用各種計(jì)算方法，求出閉環(huán)系統(tǒng)特征根的分布情況，對(duì)振蕩頻率、靜態(tài)偏差、動(dòng)態(tài)偏差、控制過(guò)程時(shí)間等有明確的結(jié)論，根據(jù)所得結(jié)論能夠比較在不同的調(diào)節(jié)規(guī)律、不同參數(shù)值的情況下過(guò)渡過(guò)程的品質(zhì)和實(shí)現(xiàn)保證衰減率大于所規(guī)定的數(shù)值的要求。但問(wèn)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(cè)

53、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。另外，對(duì)控制系統(tǒng)中的一些非線(xiàn)性環(huán)節(jié)要近似為線(xiàn)性環(huán)節(jié)，甚至要對(duì)調(diào)節(jié)器本身在計(jì)算時(shí)也只能看作是線(xiàn)性的理想調(diào)節(jié)器。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)。在熱工生產(chǎn)過(guò)程中，比較實(shí)用的是現(xiàn)場(chǎng)整定方法，即通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)。但是現(xiàn)場(chǎng)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(wèn)題，若事先不經(jīng)過(guò)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(lái)麻煩。因此，計(jì)算還是有必要的。不過(guò)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(chǎng)整定提供參考。（1）

54、臨界比例帶法臨界比例帶法又稱(chēng)邊界穩(wěn)定法，其要點(diǎn)是將調(diào)節(jié)器設(shè)置成純比例作用，將系統(tǒng)投入自動(dòng)運(yùn)行并將比例帶由大到小改變，直到系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩為止。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(wú)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。臨界比例帶的具體步驟是：1） 將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間置于最大，即；置微分時(shí)間；置比例帶于一個(gè)較大的值。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)。一般振蕩持續(xù)45個(gè)振幅即可，試驗(yàn)記錄曲線(xiàn)。3） 根據(jù)記錄曲線(xiàn)的振蕩周期此狀態(tài)下調(diào)節(jié)器比例帶為，然后按表4-1計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。將計(jì)算好的參數(shù)值在調(diào)節(jié)器上設(shè)置好，作階躍響應(yīng)試驗(yàn)，觀察系統(tǒng)調(diào)節(jié)過(guò)程，適當(dāng)修改調(diào)節(jié)器的參數(shù)，直到調(diào)節(jié)器過(guò)程滿(mǎn)意為止。表4-1 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(guò)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