壓水堆核電站控制(第三章)

控制：為了達(dá)到一定的目的，對(duì)作為生產(chǎn)過(guò)程的設(shè)備進(jìn)行操作。人工控制：用人工來(lái)完成所需要的操作過(guò)程。自動(dòng)控制 所謂自動(dòng)控制，是指在沒(méi)人參與的情況下，利用控制器或控制裝置的作用使生產(chǎn)過(guò)程或控制對(duì)象的一個(gè)或多個(gè)物理量（受控物理量）維持在一定給定水平或按照期望的規(guī)律變化，以達(dá)到控制的目的。 自動(dòng)控制的涵義既可以是最簡(jiǎn)的開(kāi)和關(guān)，也可以是復(fù)雜的計(jì)算機(jī)控制。自動(dòng)控制的實(shí)質(zhì)，就是利用控制裝置模仿人或代替人去對(duì)設(shè)備、系統(tǒng)或生產(chǎn)過(guò)程等進(jìn)行各種操作的過(guò)程。自動(dòng)控制系統(tǒng) 自動(dòng)控制系統(tǒng)：由自動(dòng)控制裝置，包括測(cè)量部件、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，與被控對(duì)象連接在一起構(gòu)成了自動(dòng)控制系統(tǒng)。第三章控制系統(tǒng)自動(dòng)控制的意義

1.保證設(shè)備的正常運(yùn)行；

2.改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低成本；

3.在不適宜人類(lèi)長(zhǎng)時(shí)間工作的環(huán)境，或者不能接近的特殊環(huán)境里，采用自動(dòng)控制系統(tǒng)可以改善了工人的勞動(dòng)條件和保證操作人員的安全；

4.完成許多人工、手動(dòng)操作幾乎難以達(dá)到的一些復(fù)雜而頻繁的操作過(guò)程，減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度。第三章控制系統(tǒng)控制器執(zhí)行器調(diào)節(jié)單元被控對(duì)象測(cè)量部件偏差信號(hào)：給定值信號(hào)與被調(diào)量信號(hào)的差，即e=r-y；控制信號(hào)：由控制器運(yùn)算規(guī)律對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算得到的信號(hào)，即u=f(e)；控制信號(hào)被送到執(zhí)行器，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)單元，控制被控對(duì)象的輸入量，達(dá)到調(diào)節(jié)被調(diào)量的目的。ruyde+++-第三章控制系統(tǒng)給定值變化規(guī)律

1.恒值控制系統(tǒng)(constantcontrolsystem)：給定值為恒值的系統(tǒng)稱(chēng)為恒值控制系統(tǒng)，或鎮(zhèn)定系統(tǒng)。系統(tǒng)的任務(wù)是盡量排除干擾的影響，以一定的準(zhǔn)確度使系統(tǒng)輸出量與給定值一致。

2.隨動(dòng)控制系統(tǒng)(follow-upcontrolsystem)：給定值為事先未知的時(shí)間函數(shù)的系統(tǒng)稱(chēng)為隨動(dòng)系統(tǒng)，或跟蹤系統(tǒng)。系統(tǒng)輸入量總在變化，要求系統(tǒng)的輸出量能夠以一定的準(zhǔn)確度跟隨輸入量變化。雷達(dá)天線(xiàn)控制系統(tǒng)就是典型的伺服控制系統(tǒng)。

3.程序控制系統(tǒng)(Programcontrolsystem)：給定值為事先給定的時(shí)間函數(shù)的系統(tǒng)稱(chēng)為程序控制系統(tǒng)。第三章控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)控制作用與時(shí)間的關(guān)系分類(lèi)

1.連續(xù)控制系統(tǒng)(continuouscontrolsystem)：系統(tǒng)中傳遞的信號(hào)都是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)，則稱(chēng)為連續(xù)系統(tǒng)。

2.離散控制系統(tǒng)(discretecontrolsystem)：系統(tǒng)中至少有一處，傳遞的信號(hào)是時(shí)間的離散信號(hào)(discretesignal)（脈沖或數(shù)字形式,impulse/digitalsignal），則稱(chēng)為離散系統(tǒng)，或采樣系統(tǒng)(samplingsystem)。第三章控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)按描述系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的微分方程分類(lèi)

1.線(xiàn)性控制系統(tǒng)(linearcontrolsystem)：描述系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的微分方程是線(xiàn)性微分方程。如方程的系數(shù)為常數(shù)，則稱(chēng)為定常線(xiàn)性自動(dòng)控制系統(tǒng)(lineartime-invariantsystem)；相反，如系數(shù)不是常數(shù)而是時(shí)間t的函數(shù)，則稱(chēng)為變系數(shù)線(xiàn)性自動(dòng)控制系統(tǒng)(lineartime-variantsystem)。線(xiàn)性系統(tǒng)的特點(diǎn)是可以應(yīng)用疊加原理，因此數(shù)學(xué)上較容易處理。

2.非線(xiàn)性控制系統(tǒng)(nonlinearcontrolsystem)：系統(tǒng)中至少有一個(gè)元件具有非線(xiàn)性特性，描述系統(tǒng)的微分方程是非線(xiàn)性微分方程。非線(xiàn)性系統(tǒng)一般不能應(yīng)用疊加原理，因此數(shù)學(xué)上處理比較困難，至今尚沒(méi)有通用的處理方法。注：嚴(yán)格地說(shuō)，在實(shí)踐中，理想的線(xiàn)性系統(tǒng)是不存在的，但是如果對(duì)于所研究的問(wèn)題，非線(xiàn)性的影響不很?chē)?yán)重時(shí)，則可近似地看成線(xiàn)性系統(tǒng)。同樣，實(shí)際上理想的定常系統(tǒng)也是不存在的，但如果系數(shù)變化比較緩慢，也可以近似地看成線(xiàn)性定常系統(tǒng)。第三章控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)按照系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào)的數(shù)量分類(lèi)

1.單輸入單輸出控制系統(tǒng)：輸入輸出量各有一個(gè)

2.多輸入多輸出控制系統(tǒng)：輸入或輸出量多于一個(gè)輸出量是否對(duì)系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響

1.開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)(open-loopcontrolsystem)

特點(diǎn)：信號(hào)單向傳遞，在控制裝置和被控對(duì)象之間只有正向控制作用,系統(tǒng)的輸出量并不反饋(feedback)到控制裝置的輸入端，系統(tǒng)輸出量對(duì)控制裝置不產(chǎn)生任何影響。有較高的靈敏性和快速性。輸入量輸出量（被控量）控制裝置被控對(duì)象控制量

采用開(kāi)環(huán)控制方式的系統(tǒng)，它的精度僅取決于組成控制裝置的元器件的精度。這類(lèi)系統(tǒng)控制精度低，抗干擾能力差。（如果系統(tǒng)中存在干擾，或者由于控制元器件老化,均會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)輸出發(fā)生變化,使輸出值偏離預(yù)期值。）開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)一般適用于干擾不強(qiáng)或可預(yù)測(cè)、并且控制精度要求不高的場(chǎng)合。 如：控制器對(duì)電動(dòng)或氣動(dòng)閥門(mén)的直接控制，實(shí)驗(yàn)堆啟動(dòng)或停堆手動(dòng)控制棒操縱系統(tǒng)。

2.閉環(huán)控制系統(tǒng)(Closed-loopControlSystem)

特點(diǎn)：信號(hào)雙向傳遞，既有正向控制作用，又有反饋?zhàn)饔茫到y(tǒng)輸出量對(duì)控制量有直接影響。有較高精度，但是控制速度較慢（跟系統(tǒng)的特性有關(guān)） 在閉環(huán)控制系統(tǒng)中,對(duì)系統(tǒng)輸出量不斷地進(jìn)行測(cè)量并反饋到系統(tǒng)的輸入端與輸入量進(jìn)行比較,產(chǎn)生偏差信號(hào),按偏差實(shí)現(xiàn)控制。不論何種原因引起的測(cè)量量偏離其給定值而發(fā)生偏差時(shí)，就一定有相應(yīng)的控制作用產(chǎn)生，使偏差得以消除。

閉環(huán)控制又稱(chēng)為反饋控制。反饋控制系統(tǒng)具有抑制內(nèi)部和外部各種擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)輸出影響的能力。 如：壓水堆中R棒控制系統(tǒng)，穩(wěn)壓器的壓力和水位控制系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生器水位控制系統(tǒng)?？刂破骺刂埔?guī)律

1.控制器的作用：根據(jù)被控變量的測(cè)量值與給定值之間的偏差，按預(yù)定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算并發(fā)出控制信號(hào)，去控制執(zhí)行器動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。

2.控制規(guī)律：控制器的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間隨時(shí)間變化的規(guī)律。通常是在階躍信號(hào)的作用下，來(lái)研究控制器的輸出隨時(shí)間的變化規(guī)律。

3.階躍信號(hào)(stepsignal)控制規(guī)律函數(shù)表示

u=f(e)

u表示控制器輸出，e表示偏差信號(hào)。不同的生產(chǎn)要求需要不同的控制規(guī)律。需要根據(jù)過(guò)渡過(guò)程的品質(zhì)要求，結(jié)合被控對(duì)象的特性，才能正確選用適當(dāng)?shù)目刂埔?guī)律。對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的基本要求

1.穩(wěn)定性(stability)：系統(tǒng)開(kāi)始處于平衡狀態(tài)(EquilibriumState)，則由于受外力作用（擾動(dòng)）之后，必將偏離原來(lái)平衡狀態(tài)，若擾動(dòng)消失后，系統(tǒng)能夠返回它的原來(lái)平衡狀態(tài)，那么就稱(chēng)這樣的系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則就是不穩(wěn)定的。穩(wěn)定性是所有控制系統(tǒng)的最低要求。自動(dòng)控制系統(tǒng)必須滿(mǎn)足一定的穩(wěn)定裕度(stablemargin)的要求。

2.穩(wěn)態(tài)特性(steady-stateperformance)：系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)過(guò)程結(jié)束后，系統(tǒng)的穩(wěn)定輸出相對(duì)于輸出期望值的偏離程度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差(steady-stateerror)表示。3.動(dòng)態(tài)響應(yīng)，系統(tǒng)從初始狀態(tài)到達(dá)最終狀態(tài)的響應(yīng)過(guò)程。對(duì)于系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)(DynamicPerformanceIndex)規(guī)定如下：延遲時(shí)間td，響應(yīng)曲線(xiàn)第一次達(dá)到穩(wěn)態(tài)值一半所需的時(shí)間，即c(td)=c(∞)/2。上升時(shí)間(risetime)tr，過(guò)阻尼系統(tǒng)(Overdampedsystem)，通常采用從0上升到100%所需的時(shí)間；對(duì)于欠阻尼系統(tǒng)(underdampedsystem)，通常采用從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%所需的時(shí)間。峰值時(shí)間(peaktime)tp，響應(yīng)曲線(xiàn)(responsecurve)達(dá)到第一個(gè)峰值所需的時(shí)間。最大超調(diào)量(maximumovershoot)Mp， 調(diào)節(jié)時(shí)間(settingtime)ts，系統(tǒng)受到擾動(dòng)或輸入信號(hào)作用后，響應(yīng)曲線(xiàn)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值的允許誤差范圍內(nèi)并在以后都保持在這一允許誤差范圍內(nèi)，把進(jìn)入這種進(jìn)入誤差范圍所用的時(shí)間稱(chēng)為調(diào)節(jié)時(shí)間。即有，|c(ts)-c(∞)|≤Δ?？刂破鞯姆N類(lèi)：電動(dòng)式、液動(dòng)式、氣動(dòng)式，運(yùn)用較多的為電動(dòng)式。液壓系統(tǒng)可以對(duì)大負(fù)載產(chǎn)生快速作用和精確定位。電和液壓的組合系統(tǒng)被廣泛采用，如電廠(chǎng)的汽輪機(jī)控制。PID(Proportional-Integral-Differential)控制：控制器的運(yùn)算部分以反饋或串接的組合方式來(lái)實(shí)現(xiàn)比例-積分-微分（PID）運(yùn)算功能。原理簡(jiǎn)單，使用方便。適應(yīng)強(qiáng)。魯棒性(robustness)強(qiáng)：控制品質(zhì)對(duì)被控對(duì)象特性的變化不大敏感。比例控制規(guī)律

u(0)表示偏差為0控制器的輸出，輸入信號(hào)e(t)與輸出信號(hào)u(t)之間的關(guān)系

比例帶(proportionalband)是使控制器輸出變化全范圍時(shí)，輸入偏差改變量在滿(mǎn)量程中所占的百分?jǐn)?shù)。比例帶的物理意義是使調(diào)節(jié)器的輸出按比例變化的輸入范圍。比例帶在數(shù)值等于使調(diào)節(jié)器輸出變化百分之百的偏差范圍。若調(diào)節(jié)器的輸入范圍大于比例帶，則調(diào)節(jié)器的輸出u(t)與e(t)不再成正比例?？刂破鞯妮敵鲎兓颗c輸入偏差成正比例，在時(shí)間上沒(méi)有延遲。KP是控制器的放大倍數(shù)，比例調(diào)節(jié)器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)增益可調(diào)的放大器。不能直接根據(jù)KP判斷比例作用的強(qiáng)弱。積分控制規(guī)律輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的關(guān)系輸出信號(hào)不僅與輸入偏差信號(hào)的大小有關(guān)，而且還將取決于偏差存在時(shí)間的長(zhǎng)短。只有在偏差信號(hào)e為0情況下，積分控制器的輸出信號(hào)才能相對(duì)穩(wěn)定。消除穩(wěn)態(tài)偏差是積分控制的主要優(yōu)點(diǎn)。傳遞函數(shù)缺點(diǎn)：輸出變化總是滯后于偏差的變化，難以及時(shí)有效克服擾動(dòng)的影響，使系統(tǒng)穩(wěn)定下來(lái)。比例積分（PI）控制規(guī)律I控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式傳遞函數(shù)

TI為積分時(shí)間常數(shù)(integraltimeconstant)，TI=1/KI。TI越小，積分速度KI越大，積分作用越強(qiáng)。當(dāng)積分時(shí)間TI：在階躍偏差輸入作用下，控制器的輸出達(dá)到比例輸出兩倍時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間?？刂七^(guò)程之后很大時(shí)，PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)時(shí)間很長(zhǎng)；當(dāng)給定值變化劇烈時(shí)，PI調(diào)節(jié)器作用不夠及時(shí)。AKPAKPATIt0Δu(t)e(t)0t微分控制規(guī)律微分控制的目的：對(duì)于慣性較大的被控過(guò)程，為避免出現(xiàn)很大的偏差，根據(jù)被控變量的變化趨勢(shì)而采取預(yù)防性的調(diào)節(jié)措施。理想微分控制規(guī)律的動(dòng)態(tài)特性 控制器的輸出u(t)與輸入偏差de(t)/dt的變化速度成正比。微分控制器的輸出只與偏差的變化速度有關(guān),而與偏差存在與否無(wú)關(guān)，微分控制器對(duì)恒定不變的偏差是沒(méi)有克服能力的。所以，微分控制器不能作為一個(gè)單獨(dú)的控制器使用。理想的比例微分控制規(guī)律的動(dòng)態(tài)特性理想比例微分控制器的傳遞函數(shù)T0時(shí)刻出現(xiàn)幅度無(wú)窮大、脈寬趨近于零的尖脈沖意味著物理上難于實(shí)現(xiàn)的無(wú)窮大功率。所以，理想比例微分控制器不可實(shí)現(xiàn)，沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。AKPATIt0Δu(t)e(t)0tt0t0實(shí)際工業(yè)用比例微分控制器的傳遞函數(shù)在時(shí)間TD/KD內(nèi)，PD調(diào)節(jié)器的輸出從其躍變脈沖的頂點(diǎn)下降到微分作用最大輸出的36.8%。Kp－－比例增益(Proportionalgain)；KD－－微分增益(Differentialgain)；TD－－微分時(shí)間常數(shù)(differentialtimeconstant)。實(shí)際比例微分控制器的輸出特性曲線(xiàn)TD越大系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間越長(zhǎng)。適當(dāng)?shù)奈⒎肿饔糜幸种普袷幍男Ч?。若TD過(guò)大，則微分作用過(guò)強(qiáng)，反而不利于系統(tǒng)穩(wěn)定。比例積分微分（PID）控制規(guī)律理想比例積分微分控制器的動(dòng)態(tài)特性理想PID控制器的傳遞函數(shù)實(shí)際PID控制器傳遞函數(shù)輸入為階躍信號(hào)時(shí)，實(shí)際PID控制器的動(dòng)態(tài)特性F：互干擾系數(shù)；Kc*=FKITI*=FTITD*=TD/FPID控制器比例控制（基本控制作用）微分控制（開(kāi)始時(shí)作用）積分控制（微分作用消失后，如果余差存在，積分控制發(fā)生作用）需要比例、積分和微分作用取長(zhǎng)補(bǔ)短、相互配合，即比例帶、積分時(shí)間常數(shù)和微分時(shí)間常數(shù)整定適當(dāng)。0Ae(t)△u(t)0tt串級(jí)控制系統(tǒng)：采用兩個(gè)相互串聯(lián)的控制器，而且以一個(gè)控制器的輸出作為另一個(gè)控制器參比信號(hào)的控制系統(tǒng)。當(dāng)被控過(guò)程（控制對(duì)象）的滯后較大，干擾較劇烈并且頻繁，若采用簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)不能滿(mǎn)足工藝要求。Gc1Gc2GvGp2Gp1Hm2Hm1r1r2u1u2d1d2c1c2y1y2++++++--串級(jí)控制系統(tǒng)0510152025303540455000.20.40.60.81串級(jí)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

1.能迅速克服進(jìn)入副回路的干擾 進(jìn)入副回路的干擾d2首先影響副被控量c2，使其發(fā)生變化。由于副回路的反饋控制作用，在主被控量c1尚未產(chǎn)生明顯變化以前，副控制器Gc2就已操縱調(diào)節(jié)閥Gv動(dòng)作，克服干擾d2對(duì)c2的影響，使c2的波動(dòng)減少，從而使干擾d2對(duì)主控變量c1的影響更小。

Gc1Gc2GvGp2Gp1Hm2Hm1r1r2u1u2d1d2c1c2y1y2++++++--大遲延大慣性對(duì)象Gc1Gc2GvGp2Gp1Hm2Hm1r1r2u1u2d1d2c1c2y1y2++++++--Gc1Gc2GvGp2Gp1Hm2Hm1r1r2u1u2d1d2c1c2y1y2++++++--Gc1GvGp2Gp1Hm1r1u1d1d2c1c2y1+++++-*串級(jí)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

2.能改善被控對(duì)象的特性，提高系統(tǒng)克服干擾的能力 副回路可視為主回路的一個(gè)環(huán)節(jié)，當(dāng)副回路整定得很好時(shí)，其閉環(huán)的時(shí)間常數(shù)將很小，從而使整個(gè)被控對(duì)象的慣性時(shí)間近似等于主對(duì)象的慣性時(shí)間。即副過(guò)程的相位滯后由于有了副回路而顯著減小，這就改善了主回路的響應(yīng)速度。Gc1Gp1Hm1r1u1d1c1c2y1+++-副回路廣義被控對(duì)象3.1.改善了系統(tǒng)的特性，提高了系統(tǒng)的控制精度副回路相當(dāng)于一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)，若匹配得當(dāng)，它的特性可近似看作1:1的比例環(huán)節(jié)，所以被控量能很快的跟蹤參考值的變化，有利于提高系統(tǒng)的控制精度。3.2.對(duì)負(fù)荷的變化有一定的適應(yīng)能力對(duì)象Gp2的增益Kp2或調(diào)節(jié)閥Gv(s)的特性存在非線(xiàn)性，對(duì)等效對(duì)象的放大系數(shù)影響很小。表明串級(jí)控制系統(tǒng)的副回路能自動(dòng)克服對(duì)象非線(xiàn)性特性的影響，顯示出它對(duì)負(fù)荷的變化具有一定的自適用能力。在操作或負(fù)荷條件變化的情況下，不改變調(diào)節(jié)器整定參數(shù)，系統(tǒng)仍能保持或接近原有的控制質(zhì)量。串級(jí)控制系統(tǒng)應(yīng)用的幾個(gè)問(wèn)題

1.主、副被控變量的選擇主被控變量的選擇原則與單回路的控制系統(tǒng)相同；副被控變量的選擇應(yīng)注意以下幾個(gè)方面工藝（靜態(tài)特性）上的合理性，選擇副被控變量時(shí)，應(yīng)使主、副被控量具有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)調(diào)整副被控變量，能使主被控變量盡快回到參比值；盡可能使主要的干擾都包括在副回路中；為防止共振效應(yīng)，系統(tǒng)的工作頻率必須顯著低于副回路的共振頻率；當(dāng)對(duì)象具有較大的純滯后而影響控制質(zhì)量時(shí)，在選擇副變量時(shí)應(yīng)使副環(huán)不包含純滯后或盡量少包含純滯后。2.主、副控制器正/反作用的選擇依據(jù)：使系統(tǒng)為負(fù)反饋系統(tǒng)由于調(diào)節(jié)閥接受副控制器的輸出信號(hào)，所以應(yīng)先選擇副控制器的正/反作用。根據(jù)調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式來(lái)確定。由于主控制器是通過(guò)副控制器（或副回路）才發(fā)揮作用，所以它的正/反作用由副被控變量對(duì)主控變量的影響關(guān)系來(lái)決定，與調(diào)節(jié)閥的情況無(wú)關(guān)。

3.主、副控制器控制規(guī)律的選擇主被控變量是工藝操作的主要指標(biāo)，允許波動(dòng)的范圍很小一般要求無(wú)余差，因此，主控制器應(yīng)選PI或PID控制規(guī)律。副被控變量的設(shè)置是為了保證主被控變量的控制質(zhì)量，可以允許在一定范圍內(nèi)變化，允許有余差，因此副控制器只要選P控制規(guī)律就可以了。對(duì)于采用流量作為副被控變量的串級(jí)系統(tǒng)，為了使流量副回路單獨(dú)工作時(shí)也能穩(wěn)定，比例帶很大；這時(shí)比例控制作用太弱，有時(shí)需引入積分控制作用。微分作用一般不用于副控制器。被調(diào)量：穩(wěn)壓器水位;整定值：隨一回路平均溫度而變化的水位程序定值;干擾量：二回路負(fù)荷,下泄流量;調(diào)節(jié)量:上充流量執(zhí)行機(jī)構(gòu)：

上充流量調(diào)節(jié)閥梅遜公式

Δ特征式

Σla所有回路的增益之和

Σlblc所有兩兩互不接觸的回路增益之和

Σldlelf所有三個(gè)互不接觸的回路增益之和

n從輸入到輸出前向通路條數(shù)

Pk從輸入到輸出第k條前向通路的增益

Δk第k條前向通路的余子式，等于在特征式中，把第k條前向通路相接觸的回路增益置為零后剩余的部分主機(jī)（計(jì)算機(jī)） 控制系統(tǒng)的核心。指揮控制系統(tǒng)的其它設(shè)備工作：自動(dòng)接收從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)來(lái)的反映過(guò)程工況的各種信息，利用程序?qū)π畔⑦M(jìn)行自動(dòng)加工、運(yùn)算、判斷和分析等操作，并作出相應(yīng)的控制決策，將控制信息傳遞到現(xiàn)場(chǎng)。外部設(shè)備1.數(shù)據(jù)輸入設(shè)備：把程序和有關(guān)數(shù)據(jù)送到主機(jī)內(nèi)。如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、軌跡球、磁盤(pán)、光盤(pán)、磁帶等。2.數(shù)據(jù)輸出設(shè)備：以人能直觀(guān)接受的信息形式，給操作人員提供有關(guān)生產(chǎn)過(guò)程的各種信息，以了解系統(tǒng)的工作情況及生產(chǎn)工況。如顯示器（CTR、LCD）、投影儀、打印機(jī)、繪圖儀等。3.存儲(chǔ)設(shè)備：存儲(chǔ)生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)與信息。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 4.工業(yè)自動(dòng)化儀表：聯(lián)系過(guò)程輸入、過(guò)程輸出與被控對(duì)象的工具。檢測(cè)儀表：對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)輸入通道將檢測(cè)信息傳輸給主機(jī)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)：接受輸出通道傳遞來(lái)自主機(jī)的控制信號(hào)，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。

5.操作控制臺(tái)：進(jìn)行人-機(jī)聯(lián)系的設(shè)備。

6.軟件部分系統(tǒng)軟件：為用戶(hù)使用、維護(hù)和管理計(jì)算機(jī)，擴(kuò)大計(jì)算機(jī)功能、提高其使用效率。應(yīng)用軟件：用戶(hù)利用計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)軟件，編制的解決各種具體實(shí)際問(wèn)題的程序。（描述生產(chǎn)過(guò)程和控制規(guī)律以及實(shí)現(xiàn)控制動(dòng)作的程序。）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成生產(chǎn)過(guò)程

執(zhí)行機(jī)構(gòu)反多路開(kāi)關(guān)多路開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)量輸出

時(shí)鐘操作臺(tái)計(jì)算機(jī)（主機(jī)）接口接口接口接口A(yíng)/DD/A磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器打印機(jī)CRT顯示終端軟件變送器

傳感器通用外部設(shè)備主機(jī)、操作臺(tái)接口

輸入輸出通道被控對(duì)象開(kāi)關(guān)量輸入外圍設(shè)備

1.

輸入通道：把反映生產(chǎn)過(guò)程中輸入工況的各種物理參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并及時(shí)輸往主機(jī)。通道中有模擬量、開(kāi)關(guān)量和頻率量等傳送設(shè)備以傳送各種形式的信號(hào)。具有使多個(gè)參數(shù)逐個(gè)按序或隨機(jī)取樣等方式輸入的功能。具有模數(shù)（A/D)轉(zhuǎn)換功能，使模擬量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)數(shù)字量送往主機(jī)。

2.輸出通道：將主機(jī)輸出的二進(jìn)制信號(hào)轉(zhuǎn)換為適應(yīng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)，用來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。包括模擬量、數(shù)字量等輸出，通常具有輸出分配功能。

3.顯示與報(bào)警裝置：用于讓操作人員及時(shí)了解生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際工況，并在出現(xiàn)異常及危及正常生產(chǎn)和安全時(shí)，主機(jī)能及時(shí)告訴操作人員，以便采取預(yù)防措施。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類(lèi)

1.數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)(DAS,DataAcquisitionStation) 2.直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC,DirectDigitalControl）

3.監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(SCC,SupervisoryComputerControl）

4.分散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(DCS,DistributedControlSystem)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)直接數(shù)字計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，即DirectDigitalcontrolSystem，簡(jiǎn)稱(chēng)DDC系統(tǒng)。DDC系統(tǒng)：利用一臺(tái)計(jì)算機(jī)配以適當(dāng)?shù)妮斎胼敵鲈O(shè)備，從生產(chǎn)中獲得信息，按照預(yù)先規(guī)定的控制算法算出控制量，再通過(guò)輸出通道，直接作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的閉環(huán)控制。DDC系統(tǒng)的特點(diǎn)：

1.一臺(tái)計(jì)算機(jī)可取代多臺(tái)模擬控制器；

2.控制規(guī)律中的參數(shù)變化范圍較寬，而且參數(shù)之間無(wú)相互干擾；

3.容易實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換；

4.對(duì)于噪聲較大的信號(hào)，可通過(guò)數(shù)字濾波提高信號(hào)的真實(shí)性；

5.能方便的實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的、復(fù)雜的控制規(guī)律。如前饋－反饋控制、選擇性控制、解耦控制等，使系統(tǒng)的控制品質(zhì)得到提高。DDC系統(tǒng)4~20mA(0~10mA)變送器電流信號(hào)→電壓信號(hào)放大器采樣器控制增量→頻率脈沖轉(zhuǎn)角信號(hào)→電流信號(hào)0.02~0.1MPaDDC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)理想的模擬PID算式：PID的位置式

Ts采樣周期，en第n次采樣時(shí)的偏差值。 缺點(diǎn)：1.要求很大的存儲(chǔ)空間；2.一旦出現(xiàn)故障，閥位變化劇烈。DDC中的PID算式PID的增量式

KD=KCTD/Ts，KI=KCTs/TI。 表示了偏差與閥位改變的關(guān)系。運(yùn)算結(jié)果表示閥位在原有位置上開(kāi)大或關(guān)小的量。PID的實(shí)用算式監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分級(jí)控制系統(tǒng) 采用單臺(tái)大型計(jì)算機(jī)來(lái)完成所有的過(guò)程控制和生產(chǎn)管理任務(wù)，會(huì)使可靠性變差； 若設(shè)置備用計(jì)算機(jī)，則成本太高； 功能分散，采用多臺(tái)計(jì)算機(jī)分別執(zhí)行各種功能。 將過(guò)程控制與企業(yè)管理結(jié)合起來(lái)的綜合型過(guò)程控制。MTS級(jí)計(jì)算機(jī)SCC常規(guī)控制器DDC生產(chǎn)過(guò)程DDC常規(guī)控制器SCC分級(jí)控制系統(tǒng)框圖

MTS—經(jīng)濟(jì)管理計(jì)算機(jī) 負(fù)責(zé)生產(chǎn)的計(jì)劃和調(diào)度，指揮SCC級(jí)進(jìn)行工作。

SCC—SCC

—

Supervi-soryComputerControl，計(jì)算機(jī)監(jiān)控

DDC—直接數(shù)字控制

控制DDC級(jí)工作，并給出模擬控制器的設(shè)定值。

DDC直接控制生產(chǎn)過(guò)程，主要進(jìn)行PID等各種直接數(shù)字控制，也可進(jìn)行程序控制、數(shù)據(jù)處理及監(jiān)視報(bào)警等。

因?yàn)闄z測(cè)、數(shù)學(xué)模型的建立等問(wèn)題尚未得到解決，實(shí)際管理水平還不高，實(shí)際大多數(shù)應(yīng)用都限于前兩級(jí)。以常規(guī)模擬控制組合單元儀表為主的控制系統(tǒng)：

秦山一期控制系統(tǒng)采用FOXBORO公司的SPEC200組裝儀表；

大亞灣控制系統(tǒng)采用的Baily9020系統(tǒng)。以模擬控制和數(shù)字控制混合運(yùn)用的控制系：

廣東嶺澳，核島KITPKPS系統(tǒng)采用的是法國(guó)的α4100系統(tǒng)，常規(guī)島采用的DCS系統(tǒng)是法國(guó)Cegelec公司ALSPAP320；

秦山二期，常規(guī)島部分選用的是和利時(shí)的DCS系統(tǒng)。一體化數(shù)字式控制系統(tǒng)：

德國(guó)西門(mén)子的TELEPERMXS+XP（TXS+TXP）系統(tǒng)；

日本日立等公司開(kāi)發(fā)的NUCAMM290系統(tǒng)；

法國(guó)法馬通公司N4控制系統(tǒng)；

美國(guó)燃燒工程公司(ABB-CE)的NUPLEX80+系統(tǒng)；

美國(guó)西屋公司的Ea2gle21(或Advant)+WDPFⅡ系統(tǒng)。TXS（AREVA-NP公司）+TXP（SIEMENS公司），是歐洲核電系列的代表；CommonQ（ABB公司）+Ovation（EMERSON公司）是西屋核電系列的代表。AP1000：采用Eagle21+Ovation或CommonQ+Ovation或Advant+Ovation芬蘭OL3（EPR）、田灣核電站（VVER）、嶺澳二期CPR1000：采用TXS+TXP汽輪機(jī)計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 功能：調(diào)節(jié)汽輪機(jī)功率，使之與負(fù)荷相適用。

功率頻率電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能自動(dòng)的調(diào)節(jié)和控制汽輪發(fā)電機(jī)的功率和頻率，以適應(yīng)各種運(yùn)行工況。大亞灣核電汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 英國(guó)GEC公司 帶微機(jī)控制的數(shù)字功率電液調(diào)節(jié)系統(tǒng) 組成：?jiǎn)卧幚頇C(jī)、閃門(mén)模塊、操作盤(pán)、測(cè)速裝置、閥門(mén)驅(qū)動(dòng)器。 微機(jī)控制裝置： 上位機(jī)控制—UpperControlLevel

下位機(jī)調(diào)節(jié)—

BaseLevelGovernor報(bào)告總線(xiàn)上位機(jī)控制(UCL)下位機(jī)調(diào)節(jié)(BLG)閥門(mén)總線(xiàn)操作盤(pán)BLG操作盤(pán)單元處理機(jī)及外圍設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)I/O信號(hào)下位機(jī)調(diào)節(jié)BLG(閥門(mén)模塊)