超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)專業(yè)：熱能與動(dòng)力工程(火電廠集控運(yùn)行)題目：超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),是我個(gè)人在指導(dǎo)教而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)中文摘要火電廠超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是一個(gè)多變量被控對(duì)象，具有非線性強(qiáng)、參數(shù)時(shí)變大、遲延等特性，針對(duì)這些特性，需然后對(duì)控制算法進(jìn)行改進(jìn)，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定的運(yùn)行。響因素進(jìn)行了總結(jié)，分析了超臨界機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性以及超臨界機(jī)組在100%負(fù)荷下的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型；再次，通過對(duì)該超臨界機(jī)組數(shù)學(xué)模型相對(duì)增益的計(jì)算，結(jié)果表明，該系統(tǒng)是以汽機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；然后，分別采用前饋解耦和對(duì)角陣解耦兩種方法對(duì)超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究，比較解耦后與解耦前以及等效單回路的階躍響應(yīng)曲線；最后，對(duì)機(jī)組的控制效果進(jìn)行改進(jìn)，利用積分分離PID控制算法對(duì)超臨界機(jī)組100%負(fù)荷模型進(jìn)行了仿真研究，并與常規(guī)PID控制算法進(jìn)行了比較，結(jié)果表明：積分分離PID控制算法比常規(guī)PID控制算法能夠顯著降低系統(tǒng)的超調(diào)量，使系統(tǒng)更趨與穩(wěn)定運(yùn)行。畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)外文摘要nonlinear,time-varyingpara 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)前言 1 2 2 2 3 4第二章機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)概述 6 62.1.1協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本策略 8 2.2.1超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 2.2.2超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 3.1概述 3.2前饋補(bǔ)償解耦法 3.3對(duì)角矩陣法 3.4解耦控制效果比較 3.4.1模型降階51 3.4.2前饋補(bǔ)償法開環(huán)解耦控制效果比較 3.4.3對(duì)角矩陣法開環(huán)解耦控制效果的比較 3.5小結(jié) 4.1機(jī)跟爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 4.1.2補(bǔ)償汽機(jī)側(cè)擾動(dòng)的機(jī)跟爐協(xié)調(diào)系統(tǒng) 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)4.2.1補(bǔ)償鍋爐側(cè)擾動(dòng)的爐跟機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng) 4.2.3實(shí)現(xiàn)雙向補(bǔ)償?shù)臓t跟機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng) 第五章協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的仿真研究與分析 5.1解耦后單回路控制系統(tǒng)的整定 5.2前饋法閉環(huán)解耦與等效單回路控制效果的比較 5.2.1前饋法閉環(huán)解耦后的整定 5.2.2前饋補(bǔ)償法閉環(huán)解耦控制系統(tǒng)與等效單回路控制系統(tǒng)的仿真比較725.3對(duì)角矩陣法閉環(huán)解耦與等效單回路控制效果的比較 5.3.1對(duì)角矩陣法解耦后的整定 5.3.2對(duì)角矩陣法解耦控制系統(tǒng)與等效單回路控制系統(tǒng)的仿真比較 第六章改進(jìn)積分算法的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)仿真研究 6.1采用積分分離PID控制器的仿真研究 第七章結(jié)論 參考文獻(xiàn) 致謝 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)前言眾所周知，我國現(xiàn)階段正處在電力建設(shè)的高峰期。根據(jù)國家的“十一五”電力規(guī)劃，2010年發(fā)電裝機(jī)將要達(dá)到5.8～6億千瓦左右，其中火電在4億千瓦以上，“十一五”電力安排投產(chǎn)在1.65億千瓦左右，而其中火電為8500萬千瓦，到2020年全國規(guī)劃裝機(jī)容量預(yù)計(jì)達(dá)到9～9.5億千瓦左右，其中63%為火電裝機(jī)容量。而現(xiàn)階段300MW、600MW等大容量、高參數(shù)、單元制機(jī)組已經(jīng)成為火力發(fā)電的主力機(jī)組，1000MW也已陸續(xù)投入生產(chǎn)。目前，超臨界機(jī)組是我國新建或擴(kuò)建火力發(fā)電廠的主流機(jī)組，隨著越來越來多的大容量、高參數(shù)機(jī)組的投運(yùn)，現(xiàn)代化電力生產(chǎn)對(duì)機(jī)組運(yùn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性要求的提高，使其自動(dòng)化水平也得到了很大的提高，自動(dòng)化已經(jīng)在生產(chǎn)過程中起到了至關(guān)重要的作用。超臨界機(jī)組是以汽水一次循環(huán)為特征的直流鍋爐，是強(qiáng)耦合、非線性、多參數(shù)的被控對(duì)象，必須同時(shí)考慮鍋爐慣性較大，汽機(jī)反應(yīng)較快的特點(diǎn)，將機(jī)爐看作聯(lián)系緊密的一體化對(duì)象，采用協(xié)調(diào)控制(CCS)策略；單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是在常規(guī)的機(jī)爐局部控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的復(fù)雜控制系統(tǒng)，具有多種控制功能，能夠滿足不同運(yùn)行方式和不同工況下的控制要求。隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì)單元機(jī)組控制提出更高的要求，研究單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，將有助于提高火電廠的自動(dòng)化程度和安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，因此具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義；又由于協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的被控對(duì)象是一個(gè)多變量被控對(duì)象，具有非線性、參數(shù)時(shí)變、大遲延等特性。而且機(jī)、爐耦合嚴(yán)重，機(jī)、爐響應(yīng)特性差異巨大，精確的數(shù)學(xué)模型難于得到，常規(guī)機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制策略遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電網(wǎng)對(duì)單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的要求。因此，需要對(duì)單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的被控對(duì)象特性及控制策略進(jìn)行深入研究。第一章緒論近年來，隨著我國電力工業(yè)體制改革及電力建設(shè)步伐的加快，長期制約國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高的電力緊缺問題基本得到緩解。但是，由于用電結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差呈不斷增大趨勢(shì)，電力系統(tǒng)面臨著電網(wǎng)峰谷差偏大、調(diào)峰能力不足的矛盾。電網(wǎng)AGC控制對(duì)單元機(jī)組提出了深度調(diào)峰的要求。對(duì)單元機(jī)組來說，也就是對(duì)其協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)提出了更高的要求。主要包括：大范圍的負(fù)荷變動(dòng)，良好的負(fù)荷動(dòng)靜態(tài)跟蹤性能、穩(wěn)定性單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)把鍋爐和汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組作為一個(gè)整體進(jìn)行控制，采用了遞階控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，把自動(dòng)調(diào)節(jié)、邏輯控制、聯(lián)鎖保護(hù)等功能有機(jī)的結(jié)合在一起，構(gòu)成一種具有多種控制功能，滿足不同運(yùn)行方式和不同工況下控制要求的綜合控制系統(tǒng)。單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分利用了機(jī)爐對(duì)象特性方面的特點(diǎn)，采用了前饋、補(bǔ)償、多變量解耦等控制策略，使控制系統(tǒng)具有合理、可靠、易于維護(hù)調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)意義上的協(xié)調(diào)控制有兩種劃分方式：一種是根據(jù)系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)按照機(jī)跟爐或爐跟機(jī)的方式來劃分。另一種是從能量平衡的觀點(diǎn)出發(fā)，將協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分為直接能量平衡(DEB)和間接能量平衡系統(tǒng)(IEB)兩大類。協(xié)調(diào)控制的本質(zhì)就是維持機(jī)組在運(yùn)行過程中機(jī)爐之間供需能量的平衡。通常把機(jī)前壓力P:作為鍋爐輸出能量與汽機(jī)需求能量之間平衡的特征參數(shù)。通過控制間接參數(shù)來維持整個(gè)機(jī)組能量平衡的系統(tǒng)，稱為間接能量平衡系統(tǒng)。通過構(gòu)造出能量平衡信號(hào)，并以此直接控制能量輸入的系統(tǒng)，稱為直接能量平衡系統(tǒng)[01]。從目前工程領(lǐng)域的應(yīng)用來看，無論是直接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)還是間接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)都屬于近似解禍設(shè)計(jì)方法范疇。這類系統(tǒng)通常具有以下局限性：(1)間接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往是在機(jī)爐獨(dú)立控制回路的基礎(chǔ)非線性及大范圍適應(yīng)性等。1.2.1國內(nèi)外協(xié)調(diào)控制的應(yīng)用現(xiàn)狀國內(nèi)眾多電廠已成功地應(yīng)用了國外的控制系統(tǒng)。廣東沙角發(fā)電廠A廠3號(hào)機(jī)組采用德國Hartmann&Braun公司的Symphony分散控制系統(tǒng)，其協(xié)調(diào)控制方廠6號(hào)和7號(hào)機(jī)組采用美國西屋公司的WDPF分散控制系統(tǒng)作為硬件平臺(tái)，電廠3號(hào)機(jī)組采用了SIEMENS公司的Teleperm-Xp分散控制系統(tǒng)，協(xié)調(diào)控制滿意的效果[08]。美國的L&N公司首先發(fā)明了DEB的控制方案，其協(xié)調(diào)控制方式基本以DEB為主而美國的FOXBORO公司的協(xié)調(diào)方案也是以DEB為主。對(duì)于日本的日立公司的HAICS-1000協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)，從能量的角度來看它以功率指令信號(hào)作為前饋，所以它也是能量間接平衡系統(tǒng)(IEB)。為主。1.3研究?jī)?nèi)容與研究計(jì)劃(1)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制方案綜述協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)按反饋回路分類，可分為以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)和以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。由于純粹的機(jī)跟爐和爐跟機(jī)系統(tǒng)都有較大單元機(jī)組中一般都加入前饋補(bǔ)償信號(hào)作為機(jī)爐彼此協(xié)調(diào)動(dòng)作的聯(lián)系。從前饋回路的設(shè)計(jì)不同，可分為按指令信號(hào)間接平衡(IEB)的系統(tǒng)和直接能量平衡(DEB)的系統(tǒng)。(2)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)被控對(duì)象的模型分析單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的被控對(duì)象是一種存在強(qiáng)烈耦合特征的、復(fù)雜的多變量系統(tǒng)。受控過程是一個(gè)多輸入、多輸出的過程，并在輸入與輸出之間存在著交叉的關(guān)聯(lián)和耦合。由于直流鍋爐單元機(jī)組就是三輸入三輸出的被控對(duì)象，化，傳遞函數(shù)的微分環(huán)節(jié)具有快速隨動(dòng)性，因此解耦的過程中可將其忽略，從(3)對(duì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)對(duì)象進(jìn)行解耦研究由以上的分析可知，單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是以鍋爐燃料量、汽輪機(jī)閥門控制系統(tǒng)之間存在耦合時(shí)，當(dāng)各控制參數(shù)設(shè)置不合適的時(shí)候會(huì)引起系統(tǒng)間的干涉振蕩，以至于系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。所以，分析控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，減弱系統(tǒng)間的耦合，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容。(4)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制器的選型與參數(shù)整定以機(jī)爐為被控對(duì)象的多變量系統(tǒng)經(jīng)解耦后，可作為單回路控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。本畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的控制器結(jié)構(gòu)選型和控制器參數(shù)的整定進(jìn)行了仿真研究。(5)用積分分離PID控制算法對(duì)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的研究往往引起系統(tǒng)產(chǎn)生較大的超調(diào)和長時(shí)間的波動(dòng)。采用積分分離PID控制算法第二章機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)概述2.1協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)概述[12]簡(jiǎn)單地說，機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要完成以下功能：(1)接受電網(wǎng)中心調(diào)度所的負(fù)荷自動(dòng)調(diào)度指令、運(yùn)行人員的負(fù)荷指令和電適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷變化的需要。(2)協(xié)調(diào)鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行，在負(fù)荷變化率較大時(shí)，能維持兩者之間的能量平衡，保證主蒸汽壓力穩(wěn)定。(3)協(xié)調(diào)機(jī)組內(nèi)部各子系統(tǒng)(燃料、送風(fēng)、爐膛壓力、給水、蒸汽溫度等控制系統(tǒng))的平衡。在負(fù)荷變化過程中使機(jī)組的主要運(yùn)行參數(shù)在允許的工作范圍內(nèi)，以確保機(jī)組有較高的效率和可靠的安全性。能力受到限制的異常情況下，可根據(jù)實(shí)際情況，限制或強(qiáng)迫改變機(jī)組負(fù)荷。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2-1煩差信號(hào)負(fù)荷指令值死員指企管理系統(tǒng)單元機(jī)組機(jī)爐主控制器圖2-1協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)一般由協(xié)調(diào)主控系統(tǒng)及與協(xié)調(diào)主控系統(tǒng)相關(guān)的鍋爐汽機(jī)控制子系統(tǒng)組成，如圖2-2。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)上下限設(shè)定上下限設(shè)定RU/RD/RB確認(rèn)目標(biāo)指令實(shí)發(fā)功率機(jī)前壓力電網(wǎng)頻率鍋爐子系統(tǒng)狀態(tài)鍋爐子系統(tǒng)(燃燒、控制系統(tǒng)方式選擇機(jī)前壓力設(shè)定滑壓定壓選擇機(jī)組指令重要參數(shù)顯示運(yùn)行方式顯示系統(tǒng)報(bào)警顯示機(jī)組指令處理汽輪機(jī)子系統(tǒng)狀態(tài)汽機(jī)指令監(jiān)控管理機(jī)爐主控鍋爐圖2-2協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的組成協(xié)調(diào)主控系統(tǒng)主要由三部分組成：第一部分為機(jī)組指令處理回路，用以協(xié)調(diào)機(jī)組能力與電網(wǎng)需求的平衡，根第二部分為機(jī)爐主控系統(tǒng)或機(jī)爐主控制器，根據(jù)機(jī)組功率指令ULD、機(jī)組的運(yùn)行工況、運(yùn)行方式以及機(jī)、爐不同的動(dòng)態(tài)特性，協(xié)調(diào)鍋爐與汽輪機(jī)間的能量平衡，提供機(jī)組級(jí)的輸出功率與機(jī)前壓力聯(lián)合控制，從而使機(jī)組的負(fù)荷適應(yīng)性與運(yùn)行穩(wěn)定性兼優(yōu)。第三部分為協(xié)調(diào)子系統(tǒng)。協(xié)調(diào)主控系統(tǒng)輸出的鍋爐指令和汽輪機(jī)指令，分別控制鍋爐、汽輪機(jī)的各子系統(tǒng)—燃料、送風(fēng)、引風(fēng)、給水、噴水….…以及汽輪機(jī)閥位。對(duì)主控系統(tǒng)來說，各子控制系統(tǒng)均相當(dāng)于伺服系統(tǒng)或隨動(dòng)系統(tǒng)。要實(shí)現(xiàn)機(jī)組協(xié)調(diào)控制，首先必須使鍋爐、汽輪機(jī)子系統(tǒng)運(yùn)行正常，也就是說要提南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)高基礎(chǔ)自動(dòng)化水平。2.1.1協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本策略從不同的觀察角度，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的劃分不盡相同。但最常用的有兩種：1、按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分，主要有以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、以汽機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和汽機(jī)機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；2、按能量平衡關(guān)系，主要有間接能量平衡系統(tǒng)(IEB)和直接能量平衡系統(tǒng)一、以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)這種協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是在鍋爐跟隨控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加相應(yīng)的環(huán)節(jié)形成的，原理如圖2-3所示：圖2-3以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)汽輪機(jī)側(cè)閉環(huán)調(diào)功、鍋爐側(cè)閉環(huán)調(diào)壓+ULD前饋。圖中，F(xiàn)(t)一般為超前-滯后環(huán)節(jié)，它一方面使燃燒率指令μB隨給定功率變化而沒有遲延，另一方面對(duì)給定功率的微分超前調(diào)節(jié)作用，有利于改善鍋爐對(duì)功率的響應(yīng)特性。環(huán)節(jié)F(x)為帶有死區(qū)的非線性環(huán)節(jié)有利于提高協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。若負(fù)荷變化速度過快或燃料擾動(dòng)過大，造成機(jī)前壓力偏差超過F(x)的不靈敏區(qū)△時(shí)，汽輪機(jī)側(cè)即由調(diào)功率轉(zhuǎn)入壓力拉回方式，確保壓力波動(dòng)在規(guī)定的死區(qū)范圍之內(nèi)。死區(qū)的大小決定了蓄能的利用，兼顧負(fù)荷適應(yīng)性與運(yùn)行穩(wěn)定性，斜率的選擇取決于壓力偏差動(dòng)態(tài)校正的速度。二、以汽機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)這種協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在汽機(jī)跟隨控制方式的基礎(chǔ)上，允許汽壓在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，原理方框圖如圖2-4所示。圖2-4以汽機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)汽輪機(jī)側(cè)同時(shí)閉環(huán)調(diào)壓調(diào)功+ULD前饋、鍋爐側(cè)閉環(huán)調(diào)功+ULD前饋。為了克服單純汽輪機(jī)跟隨控制方式時(shí)負(fù)荷響應(yīng)慢及功率波動(dòng)大的缺點(diǎn)，在汽輪機(jī)側(cè)同時(shí)加入了功率偏差信號(hào)，分析入下：(1)外擾時(shí)的蓄能應(yīng)用功率指令同時(shí)送機(jī)、爐兩側(cè)，合理利用鍋爐蓄能，提高了機(jī)組的負(fù)荷響應(yīng)。汽輪機(jī)側(cè)PI調(diào)節(jié)器輸入為[P-K(ULD-N]-P,,可理解為負(fù)荷變化(增加)時(shí)，動(dòng)態(tài)改變(降低)了壓力定值，以放出蓄能。功差項(xiàng)K(ULD-N)就是加負(fù)荷時(shí)壓力定值的動(dòng)態(tài)降低量。若負(fù)荷變化超過規(guī)定，對(duì)K(ULD-N)信號(hào)設(shè)置有F(x)予以限制，以免機(jī)前壓力偏差超過允許范圍。F(x)模塊的斜率K,就是一個(gè)外擾動(dòng)態(tài)過程鍋爐蓄能利用程度參數(shù)。(2)內(nèi)擾時(shí)擾動(dòng)單向補(bǔ)償設(shè)計(jì)交叉環(huán)節(jié)F(x),使之滿足則理論上基本消除了爐對(duì)機(jī)的影響，實(shí)際中一般取這樣，燃料擾動(dòng)(增加)時(shí)，功率信號(hào)(增加)抑制了汽輪機(jī)控制回路由于機(jī)前壓力(增加)要開大閥門的動(dòng)作，減少了功率的波動(dòng)，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。實(shí)際系統(tǒng)中，考慮到機(jī)組各種運(yùn)行工況及輔機(jī)情況，一般設(shè)計(jì)有多種運(yùn)行方式，并具有無擾切換功三、機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式最早是在20世紀(jì)50年代提出的，但其是在60年代末，隨著電動(dòng)液壓控制的發(fā)展而得到應(yīng)用。不管是爐跟隨還是機(jī)跟隨控制方式，都是采取機(jī)爐分工、先后動(dòng)作的配合方式，而對(duì)于變動(dòng)負(fù)荷的機(jī)組負(fù)荷控制，必須遵循負(fù)荷協(xié)調(diào)控制原則的協(xié)調(diào)控制方式。當(dāng)外界負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，負(fù)荷指令同時(shí)送到機(jī)、爐主控制器，對(duì)汽輪機(jī)和鍋爐發(fā)出負(fù)荷控制指令，改變汽輪機(jī)的進(jìn)汽量和鍋爐的燃燒率，利用鍋爐的蓄能快速響應(yīng)負(fù)荷需求，同時(shí)通過改變?nèi)紵蕪亩淖冞M(jìn)入鍋爐的能量，保持機(jī)組輸入能量與輸出能量的平衡。同樣，當(dāng)主蒸汽壓力產(chǎn)生偏差時(shí)，機(jī)、爐主控制器同時(shí)接受指令信號(hào)對(duì)汽輪機(jī)和鍋爐進(jìn)行操作，一方面改變鍋爐的燃燒率，補(bǔ)償蓄能的變化，另一方面適當(dāng)改變汽輪機(jī)的進(jìn)汽門的開度，控制蒸汽流量，維持主汽壓力的穩(wěn)定。其原理圖如圖2-5所示。鍋爐No汽機(jī)汽機(jī)圖2-5單元機(jī)組機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式2.2協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分析由于不存在汽包的緩沖，超臨界直流鍋爐的熱水段、蒸發(fā)段和過熱段之間沒有固定界限，水汽轉(zhuǎn)換一次性完成，所以具有很多與亞臨界汽包鍋爐不一樣的對(duì)象特性，而這些特性與機(jī)組的運(yùn)行方式及控制策略密切相關(guān)。在分析和研究超臨界機(jī)組的控制策略之前，我們首先需要分析和研究超臨界機(jī)組的對(duì)象特第11頁超臨界參數(shù)鍋爐與亞臨界汽包鍋爐在自動(dòng)控制方面有所不同，其原因是直流鍋爐與汽包鍋爐之間的差別。超臨界參數(shù)鍋爐是指過熱器出口主蒸汽壓力超過22.129MPa,理論上認(rèn)為，在水的狀態(tài)參數(shù)達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)，水的汽化會(huì)在一瞬間完成，即在臨界點(diǎn)時(shí)飽和水和飽和蒸汽之間不再有汽、水共存的二相區(qū)存在，也就是說二者的各項(xiàng)參數(shù)不再有區(qū)別。由于在臨界參數(shù)下汽水密度相等，在超臨界壓力下無法維持自然循環(huán)，因此超臨界鍋爐必須是直流鍋爐。隨著鍋爐朝排污量也相應(yīng)減少，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。超臨界機(jī)組與亞臨界汽包鍋爐結(jié)構(gòu)和(1)機(jī)組啟動(dòng)系統(tǒng)首先要建立啟動(dòng)壓力和啟動(dòng)流量，保證給水能連續(xù)通過回收鍋爐啟動(dòng)初期排出的熱水、汽水混合物、飽和蒸汽以及過熱度不足的過熱(2)超臨界直流爐沒有汽包環(huán)節(jié)，給水經(jīng)加熱、蒸發(fā)和變成過熱蒸汽是一發(fā)點(diǎn)會(huì)自發(fā)地在一個(gè)或多個(gè)加熱區(qū)段內(nèi)移動(dòng)，汽水之間沒有一個(gè)明確的分界點(diǎn)。這要求控制系統(tǒng)更為嚴(yán)格保持各種比值的關(guān)系(如給水量/蒸汽量、燃料量汽壓維持比較困難。(4)直流爐由于汽水是一次完成的，因而不象汽包爐那樣。汽包在運(yùn)行中汽包中的存水和空間容積暫時(shí)維持鍋爐的工質(zhì)平衡關(guān)系，以保持各段受熱面積不變。這使得直流爐汽機(jī)與鍋爐之間具有強(qiáng)烈的耦合特性，整個(gè)受控對(duì)象是一多輸入多輸出的多變量系統(tǒng)。(5)強(qiáng)烈的非線性是超臨界機(jī)組又一主要特征。超臨界機(jī)組采用超臨界參數(shù)的蒸汽，其機(jī)組的運(yùn)行方式采用滑參數(shù)運(yùn)行，機(jī)組在大范圍的變負(fù)荷運(yùn)行中，運(yùn)行壓力10-25MPa之間。超臨界機(jī)組實(shí)際運(yùn)行在超臨界和亞臨界兩種工況下，在亞臨界運(yùn)行工況給水具有加熱段、蒸發(fā)段與過熱段三大部分，在超臨界運(yùn)行工況汽水的密度相同，水在瞬間轉(zhuǎn)化為蒸汽，因此超臨界運(yùn)行方式臨界運(yùn)行方式機(jī)組具有完全不同的控制特性，超臨界機(jī)組是一種特性復(fù)雜多變的被控對(duì)象，隨著機(jī)組負(fù)荷的變化，機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)亦隨之大幅度變化。如燃水比調(diào)節(jié)的溫度對(duì)象，在負(fù)荷變化50～100%范圍內(nèi)，增益變化達(dá)5～6倍，時(shí)間常數(shù)的變化也有3倍左右。由于超臨界直流爐的強(qiáng)非線性，常規(guī)的控制策略難以達(dá)到良好的控制效果。因此需要大量采用變參數(shù)PID,變結(jié)構(gòu)控制策略，以保證在各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)上控制系統(tǒng)具有良好的效果。具有運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性高、負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，是我國未來大型火電機(jī)組的發(fā)展方超臨界直流鍋爐對(duì)象特性的變化體現(xiàn)在汽水系統(tǒng)中，而制粉系統(tǒng)、風(fēng)煙系統(tǒng)、汽輪機(jī)調(diào)門、汽輪機(jī)動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)同汽包鍋爐是一致的。當(dāng)風(fēng)煙系統(tǒng)特性忽略后，仍然可以將超臨界直流爐劃分為制粉環(huán)節(jié)和鍋爐核心環(huán)節(jié)，只不過鍋爐核心環(huán)節(jié)是三入三出的。各種擾動(dòng)下輸出的響應(yīng)曲線如圖2-6所示。1.汽輪機(jī)調(diào)門開度階躍增加擾動(dòng)在汽輪機(jī)調(diào)門開度階躍增加擾動(dòng)下，各個(gè)輸出變量變化為：機(jī)前壓力降低導(dǎo)致鍋爐蓄熱釋放，機(jī)組負(fù)荷增加，由于燃料量和給水流量沒有變化，鍋爐釋放出蓄熱后，經(jīng)過一段時(shí)間后機(jī)組負(fù)荷恢復(fù)到原來的水平；機(jī)前壓力隨著鍋爐蓄熱的釋放逐漸降低最后穩(wěn)定；中間點(diǎn)溫度在蒸汽流量增加后略微降低，由于燃料量和給水流量沒有變化，隨著蒸汽流量恢復(fù)回升到原來的水平。2.燃料量階躍增加擾動(dòng)在燃料量階躍增加擾動(dòng)下，各個(gè)輸出變量變化為：鍋爐各個(gè)受熱面吸熱增加，導(dǎo)致附加蒸發(fā)量增加，機(jī)組負(fù)荷上升，由于給水流量沒有增加，在附加蒸發(fā)量蒸發(fā)完畢后，蒸汽流量開始降低，過熱汽溫上升，減溫水系統(tǒng)增加噴入減溫水流量以維持過熱汽溫，實(shí)際蒸汽量增加，機(jī)組負(fù)荷增加到與燃料量相對(duì)應(yīng)的水平；由于蒸汽量增加而汽輪機(jī)調(diào)門開度不變，機(jī)前壓力上升至一定水平；由于燃水比增加，蒸發(fā)段提前，中間點(diǎn)溫度上升至一定水平。3.給水流量階躍增加擾動(dòng)南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第13頁減溫水系統(tǒng)減少噴入減溫水流量以維持過熱汽溫，最終使負(fù)荷恢復(fù)到原來水平；同樣由于附加蒸發(fā)量增加，使機(jī)前壓力先增加，由于減溫水流量減少，最終恢復(fù)到原來水平；由于燃水比減小，蒸發(fā)段延后，中間點(diǎn)溫度下降至一定水圖2-6超臨界直流鍋爐動(dòng)態(tài)特性曲線三、超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制特點(diǎn)1.機(jī)、爐控制耦合汽輪機(jī)和鍋爐之間的非線性耦合是超臨界機(jī)組難點(diǎn)之一，常規(guī)的控制系統(tǒng)汽包等參數(shù)集中的儲(chǔ)能元件，在直流運(yùn)行狀態(tài)汽水之間沒有一個(gè)明確的分界點(diǎn)，給水從省煤器進(jìn)口就被連續(xù)加熱、蒸發(fā)與過熱，根據(jù)水、濕蒸汽與過熱蒸汽物理性能的差異，可以劃分為加熱段、蒸發(fā)段與過熱段三大部分，在流程中每一段的長度都受到燃料、給水、汽機(jī)調(diào)門開度的擾動(dòng)而變化，從而導(dǎo)致了功率、壓力、溫度的變化。另外，由于沒有汽包的緩沖，超臨界鍋爐動(dòng)態(tài)特性受末端阻力的影響遠(yuǎn)比汽包式鍋爐大。主汽閥開度一方面控制汽輪機(jī)功率，一方第14頁面改變了鍋爐的被控特性，這和汽包鍋爐的情況不同。例如當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷增加時(shí)，汽輪機(jī)功率調(diào)節(jié)器會(huì)增大汽機(jī)主蒸汽閥開度，增大汽輪機(jī)進(jìn)汽量，由于鍋爐的響應(yīng)速度較慢，無法及時(shí)產(chǎn)生足夠蒸汽，從而使機(jī)前壓力降低，阻礙了汽輪機(jī)進(jìn)汽量進(jìn)一步增大。為了獲得更多進(jìn)汽量以滿足負(fù)荷需求，汽輪機(jī)功率調(diào)節(jié)器會(huì)進(jìn)一步開大調(diào)節(jié)汽門，導(dǎo)致機(jī)前壓力進(jìn)一步降低，最終形成惡性循環(huán)。對(duì)于汽包鍋爐，由于汽包的蓄熱較大，可利用汽包的蓄熱滿足汽輪機(jī)超調(diào)的需求，使主汽壓力不致產(chǎn)生過大波動(dòng)。對(duì)采用直流鍋爐的超臨界機(jī)組而言，由于鍋爐的蓄熱相對(duì)較小，難以按足汽輪機(jī)的需求，從而使主汽壓力大幅度變化，降低了控制質(zhì)量。a.汽機(jī)擾動(dòng)對(duì)鍋爐的耦合特性直流鍋爐汽水一次性循環(huán)特性，使超臨界鍋爐動(dòng)態(tài)特性受末端阻力的影響遠(yuǎn)比鍋筒式鍋爐大。當(dāng)汽機(jī)主汽閥開度發(fā)生變化，影響了機(jī)組的功率，同時(shí)也直接影響了鍋爐出口末端阻力特性，改變了鍋爐的被控特性，由于沒有汽包的緩沖，汽機(jī)側(cè)對(duì)直流鍋爐的影響遠(yuǎn)大于對(duì)汽包鍋爐的影響。其特性不但影響了鍋爐的出口壓力，而且由于壓力的變化引起了給水流量的變化，延長了鍋爐側(cè)汽水流程的加熱段，導(dǎo)致了溫度的變化。b.鍋爐燃料擾動(dòng)對(duì)壓力、溫度、功率的影響燃料發(fā)生變化時(shí)，由于加熱段和蒸發(fā)段縮短，鍋爐儲(chǔ)水量減少，在燃燒率擾動(dòng)后經(jīng)過一個(gè)較短的延遲蒸汽量會(huì)向增加的方向變化，當(dāng)燃燒率增加時(shí)，一開始由于加熱段蒸發(fā)段的縮短而使蒸發(fā)量增加，也使壓力、功率、溫度增加。c.給水?dāng)_動(dòng)對(duì)壓力、溫度、功率的影響當(dāng)給水流量擾動(dòng)時(shí)，由于加熱段、蒸發(fā)段延長而推出一部分蒸汽，因此開始?jí)毫凸β适窃黾拥模捎谶^熱段縮短使汽溫下降，最后雖然蒸汽流量增加但壓力和功率還是下降，汽溫經(jīng)過一段時(shí)間的延遲后單調(diào)下降，最后穩(wěn)定在一個(gè)較低的溫度上。d.被控參數(shù)之間的耦合關(guān)聯(lián)在直流鍋爐中，壓力控制是最重要的被控對(duì)象，因?yàn)閴毫Φ淖兓粌H影響機(jī)組負(fù)荷的變化，還會(huì)影響給水流量的變化，從而導(dǎo)致對(duì)溫度的影響。從上面的分析可以看出，直流鍋爐的一次循環(huán)特性，使機(jī)組的主要控制參數(shù)功率、壓力、溫度均受到了汽機(jī)調(diào)門開度、燃料量、給水量的影響。從而也說明直流鍋南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)爐是一個(gè)三輸入/三輸出相互耦合關(guān)聯(lián)極強(qiáng)的被控特性。2.非線性特性強(qiáng)機(jī)組在大范圍的變負(fù)荷運(yùn)行中，壓力運(yùn)行在10MPa~25MPa.之間。超臨界機(jī)組實(shí)際運(yùn)行在超臨界和亞臨界兩種工況下。在亞臨界運(yùn)行工況下，給水具有加熱水在瞬間轉(zhuǎn)化為蒸汽。由于超臨界和亞臨界區(qū)工質(zhì)物性的巨大差異，以燃燒率下鍋爐蒸發(fā)段(或相變點(diǎn))位置的遷移等因素的影響，機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性變的被控對(duì)象，遠(yuǎn)比常規(guī)的亞臨界機(jī)組難于控制。3.燃水比難于控制超臨界機(jī)組控制的重點(diǎn)在于鍋爐的燃水比調(diào)節(jié)。由于燃水比變化時(shí)出口汽溫的響應(yīng)遲延很大，因此不能用出口汽溫來作為燃水比調(diào)節(jié)的反饋量。與汽包鍋爐機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比，超臨界機(jī)組給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)類型繁多，但現(xiàn)有控制方案仍各有不足，不能滿足變壓運(yùn)行與大范圍負(fù)荷變化的要求。2.2.2超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型超臨界單元機(jī)組可以看成一個(gè)三輸入三輸出的多變量調(diào)節(jié)對(duì)象，如圖2-7所示?？紤]鍋爐主要調(diào)節(jié)量(汽機(jī)調(diào)門開度μT、給煤量B、給水量W)對(duì)功率N、主汽壓P、主汽溫T、中間點(diǎn)焓值H的影響。負(fù)荷給水量主汽壓力超臨界機(jī)組圖2-7超臨界機(jī)組控制系統(tǒng)的輸入、輸出由于汽機(jī)閥門開度對(duì)中間點(diǎn)焓值影響很小可以近似忽略。給水功率影響不大也可忽略不計(jì)。則其動(dòng)態(tài)模型可以簡(jiǎn)化如圖2-8所示。第16頁十十++++W十N圖2-8某廠1000MW燃煤機(jī)組在100%負(fù)荷上的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型一、超臨界機(jī)組數(shù)學(xué)模型的建立模型的選取與編碼[04]在100%負(fù)荷下的汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開度μT、給水量W、給煤量B作為辨識(shí)輸入數(shù)據(jù)，主汽壓力P、汽輪機(jī)實(shí)際輸出功率N、由汽水分離器出口壓力(中間點(diǎn)壓力)和汽水分離器出口溫度(中間點(diǎn)溫度)經(jīng)華北電力大學(xué)能源與動(dòng)力工程系開發(fā)的水和水蒸汽IAPWS-97標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算程序計(jì)算得到的中間點(diǎn)焓值H分別作為辨識(shí)輸出數(shù)據(jù)。根據(jù)熱工過程階躍響應(yīng)曲線和超臨界機(jī)組動(dòng)態(tài)特性G??(s)、G??(s)、G??(s)、南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第17頁本文辨識(shí)所用到G(s)的數(shù)據(jù)均來自某1000MW超臨界機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際汽機(jī)輸出功率在100%工況附近小范圍變化的一段。數(shù)據(jù)的采樣周期為3s,共600組。本文使用的量綱為：功率N:MW;主汽壓力P:MPa;中間點(diǎn)焓值H:kJ/kg;給煤量B:t/h;給水量W:t/h。對(duì)各組數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理后通法。例如給煤量數(shù)據(jù)去噪MATLAB實(shí)現(xiàn)語句為：X=wden(B,'rigrsure','s',m'ln',MBestS=157.6942,3.1904,42.2122,0.3027,10.5315,1.9382,4.945,8783,94.4774,22.7701,128.0847,105.3025,87.795875.0311,41.2927,105.7540,145.7527,30.4466,即100%負(fù)荷下的傳遞函數(shù)為：(17)南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)分別對(duì)汽機(jī)調(diào)門開度階躍變化+1,給煤量階躍變化+1t/h,則在100%工況下功率、主汽壓力、中間點(diǎn)焓值輸出響應(yīng)分別如圖2-9、2-10所示。十十1N11+1111H111價(jià)BP+1、汽機(jī)調(diào)門開度μ階躍變化+1%響應(yīng)曲線，如圖2-9所示：南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)3210(a)功率響應(yīng)曲線00(a)壓力響應(yīng)曲線圖2-9汽機(jī)調(diào)門開度階躍變化+1%響應(yīng)曲線2、給煤量B階躍變化+1t/h響應(yīng)曲線，如圖2-10所示(a)功率響應(yīng)曲線南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第20頁(b)壓力響應(yīng)曲線220(c)中間點(diǎn)焓值響應(yīng)曲線通過圖2-10與圖2-6的比較發(fā)現(xiàn)，此處選擇的數(shù)學(xué)模型的階躍響應(yīng)曲線與超臨界機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性基本有一致，是符合超臨界協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模第21頁第三章多變量耦合系統(tǒng)概述超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是一個(gè)多變量控制系統(tǒng)，從理論上說，完全可以按多變量控制理論進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。但由于受控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的精度不高、控制器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)方法不便于工程技術(shù)人員掌握等條件限制，目前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，還處于初級(jí)階段。但隨著多變量控制技術(shù)的發(fā)展與完善及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，這一問題將逐步得到解決。當(dāng)回路間存在嚴(yán)重耦合時(shí)，即使采用最好的回路匹配也得不到滿意得控制效果。一種簡(jiǎn)單、有效解決方法是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行解耦。解耦的本質(zhì)在于設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，用它去抵消過程中的關(guān)聯(lián)，以保證各個(gè)單回路控制系統(tǒng)能獨(dú)立工作。下面我們以某廠1000MW超臨界機(jī)組在100%負(fù)荷下協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的三輸入(汽輪機(jī)調(diào)門開度μT、給煤量B、給水量W)三輸出(功率N、主汽壓P、主汽溫T、中間點(diǎn)焓值H)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行解耦控制。P=μTG?1+BG?2+WG?3南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第22頁對(duì)于一個(gè)三輸入三輸出的多變量系統(tǒng)，假設(shè)y是包含系統(tǒng)所有被調(diào)量他調(diào)節(jié)量都保持不變的情況下，得到開環(huán)增益y=PL道的開環(huán)增益，記作矩陣Q。它的元素qij的靜態(tài)值稱為μj到y(tǒng);通道的第二放南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第23頁第二放大倍數(shù)分別為：南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)故同理可得：所以該系統(tǒng)的相對(duì)增益矩陣人為：南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第26頁所以系統(tǒng)的靜態(tài)相對(duì)增益為：即由上述相對(duì)增益可可發(fā)現(xiàn)：表明靜態(tài)時(shí)：由y?和μ?組成的控制回路與其他回路之間沒有關(guān)聯(lián)；由y?和μ組成的控制回路與其他回路之間沒有關(guān)聯(lián)；由y?和μ?組成的控制回路與其他回路之間沒有關(guān)聯(lián)；而λ,(λ,Z?,22,23,A?1,A?)=0,則表明不能用μ,來控制y,。根據(jù)靜態(tài)相對(duì)增益，得到靜態(tài)時(shí)系統(tǒng)的單回路控制系統(tǒng)如圖3-1:圖3-1根據(jù)靜態(tài)相對(duì)增益得到單回路控制系統(tǒng)根據(jù)相對(duì)增益矩陣，可將該機(jī)組100%負(fù)荷下的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為如圖3-2形式：南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)++++十W圖3-2根據(jù)相對(duì)增益調(diào)整后的數(shù)學(xué)動(dòng)態(tài)模型3.2前饋補(bǔ)償解耦法前饋補(bǔ)償法是自動(dòng)控制中最早出現(xiàn)的一種克服干擾的方法，同樣適用于解耦控制系統(tǒng)。圖所示為應(yīng)用前饋補(bǔ)償器來解除系統(tǒng)間耦合的方法，假定從μ到Ha通路中的補(bǔ)償器為D,從W到μ2通路中的補(bǔ)償器為D??,從B到μ2通路中的補(bǔ)償器為D??,從B到μ通路中的補(bǔ)償器為D??,利用補(bǔ)償原理得到圖3-3:南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)3.3對(duì)角矩陣法南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第29頁出解耦器的數(shù)學(xué)模型，先寫出該系統(tǒng)的傳遞矩陣G(s)。由靜態(tài)相對(duì)增益，原控制圖形進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整后的傳遞矩陣為：被調(diào)量yi和調(diào)節(jié)量μi之間的矩陣為：調(diào)節(jié)量M;(s)與調(diào)節(jié)器輸出Mci(s)之間的矩陣為：將(2)式代入(1)式得到系統(tǒng)傳遞矩陣為：對(duì)角矩陣綜合法即要使系統(tǒng)傳遞矩陣成為如下形式：將(3)式和(4)式相比較可知，欲使傳遞矩陣成為對(duì)角矩陣，則要使如果傳遞矩陣G(s)的逆存在，則將式(5)式兩邊左乘G(s)矩陣之逆矩陣得到解耦器數(shù)學(xué)模型為：南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第31頁將解耦器帶入上圖，發(fā)現(xiàn)：(D?G??+D??G??)Mc?=0;說明y?將不再受Hc?的影響將不再受μ的影響(D??G??+D??G??)Mc?+(D??G??+D??G??)Mc?≠0;說明完全對(duì)角矩陣法解除不了He、H?對(duì)y?的影響，故不能達(dá)到完全解耦，不行形成單回路控制系統(tǒng)。由系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可發(fā)現(xiàn)，G??、G??為微分環(huán)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)處于靜態(tài)時(shí)，其輸出為0,在此不考慮對(duì)其進(jìn)行解耦，所以對(duì)該控制系統(tǒng)進(jìn)行部分對(duì)角矩陣法解耦，解耦器設(shè)計(jì)如圖3-5所示：圖3-5部分對(duì)角矩陣法解耦控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第32頁被調(diào)量yi和調(diào)節(jié)量μi之間的矩陣為：調(diào)節(jié)量M;(s)與調(diào)節(jié)器輸出Mci(s)之間的矩陣為：將(2)式代入(1)式得到系統(tǒng)傳遞矩陣為：對(duì)角矩陣綜合法即要使系統(tǒng)傳遞矩陣成為如下形式：將(3)式和(4)式相比較可知，欲使傳遞矩陣成為對(duì)角矩陣，則要使如果傳遞矩陣G(s)的逆存在，則將式(5)式兩邊左乘G(s)矩陣之逆矩陣得到解耦器數(shù)學(xué)模型為：按式(6)就可以組成如圖所示的解耦控制系統(tǒng)。將解耦器帶入上圖，發(fā)現(xiàn)：將不再受μ的影響則實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的完全解耦，得到單回路控制系統(tǒng)，如圖3-6所示：圖3-6利用部分對(duì)角矩陣法得到的三個(gè)彼此獨(dú)立的系統(tǒng)由單回路控制系統(tǒng)可發(fā)現(xiàn)，該燃煤電廠1000MW機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)為以汽輪機(jī)跟隨鍋爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。第34頁3.4解耦控制效果比較3.4.1模型降階5]帶來方便。態(tài)。在MATLAB控制系統(tǒng)工具箱中提供了基于平衡實(shí)現(xiàn)降階函數(shù)BALREAL和在MATLAB中，函數(shù)BALREAL的調(diào)用格式為為平衡對(duì)角線gram矩陣。在MATLAB中，函數(shù)MODRED用于系統(tǒng)降階實(shí)現(xiàn)，其調(diào)用格式為階后的系統(tǒng)；'mde'—降階中保持增益匹配；'del'—降階中不保持匹配。將系統(tǒng)狀態(tài)空間模型轉(zhuǎn)化成傳遞函數(shù)模型：南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)為系統(tǒng)狀態(tài)方程系數(shù)矩陣，返回結(jié)果den和num分別為傳遞函數(shù)分母和分子多項(xiàng)式系數(shù)向量。一、前饋補(bǔ)償法解耦器的模型降階由饋補(bǔ)償法得到前饋補(bǔ)償解耦器分別為：由于解耦器的階次較高，故采用模型降階的方法對(duì)解耦器進(jìn)行降階處理。用MATLAB對(duì)解耦器的傳遞函數(shù)進(jìn)行編程，如下：den11=conv([8.8999,1den12=conv([94.47741],conv([22.77011den21=conv([105.3025den22=conv([8.29681den23=conv([75.03111],conv([41.29271南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)den32=conv([145.75271],conv([30.44den33=conv([10.8201,1],conv([16.52-4.345e007s^4-2.707e006s^3-3.869e004s^2由sys1運(yùn)行結(jié)果發(fā)現(xiàn)，分子階次比分母高，故不能采用模型降階的方式。在用MATLAB編寫程序如下：%D22解耦器的模型降階%求平衡實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)sysb%求降階系統(tǒng)模型%比較降階前后系統(tǒng)階躍響應(yīng)南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)運(yùn)行結(jié)果為：>>[num2,den2]=ss2tf%D23解耦器的模型降階運(yùn)行結(jié)果為：>>[num3,den3]=ss2tf%求平衡實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)sysb%求降階系統(tǒng)模型%比較降階前后系統(tǒng)階躍響應(yīng)%降階求得系統(tǒng)狀態(tài)空間模型所以模型降階之后的解耦器為：(4)對(duì)D?2解耦器進(jìn)行模型降階用MATLAB編寫程序如下：%D32解耦器的模型降階sysmde32=modred(sysb32,2:3,'運(yùn)行結(jié)果為：>>[num4,den4]=ss2tf(a%求平衡實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)sysb%求降階系統(tǒng)模型%比較降階前后系統(tǒng)階躍響應(yīng)%降階求得系統(tǒng)狀態(tài)空間模型所以模型降階之后的解耦器為：二、對(duì)角矩陣法解耦器的模型降階由對(duì)角矩陣償法得到對(duì)角矩陣解耦器分別為：南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第39頁由于D??、D??解耦器的階次較高，故采用模型降階的方法對(duì)解耦器進(jìn)行降階處用MATLAB對(duì)解耦器的傳遞函數(shù)進(jìn)行編程，如下：den21=conv([105.302den32=conv([145.75271],conv([30.4466den33=conv([10.8201,1],conv([16.5258,(1)對(duì)D??解耦器進(jìn)行模型降階用MATLAB編寫程序如下：%D22解耦器進(jìn)行模型降階%求平衡實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)sysb%求降階系統(tǒng)模型第40頁運(yùn)行結(jié)果為：>>[num1,den1]=ss2tf%降階求得系統(tǒng)狀態(tài)空間模型所以模型降階之后的解耦器為：%D32解耦器的模型降階運(yùn)行結(jié)果為：%求平衡實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)sysb%求降階系統(tǒng)模型%比較降階前后系統(tǒng)階躍響應(yīng)%降階求得系統(tǒng)狀態(tài)空間模型南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)>>[num4,den4]=ss2tf(a所以模型降階之后的解耦器為：3.4.2前饋補(bǔ)償法開環(huán)解耦控制效果比較當(dāng)系統(tǒng)處于靜態(tài)解耦時(shí)，解耦器分別為：(令s→0)系統(tǒng)處于靜態(tài)解耦時(shí)的控制系統(tǒng)圖3-7:南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)0.00091111NP111111H圖3-7前饋補(bǔ)償法靜態(tài)解耦控制系統(tǒng)系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)解耦時(shí)的控制系統(tǒng)圖3-8:南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)十t十tN1111111111H1圖3-8前饋補(bǔ)償法動(dòng)態(tài)解耦控制系統(tǒng)(1)當(dāng)只有燃料量B改變時(shí)，觀察靜態(tài)、動(dòng)態(tài)解耦后與解耦前原控制系統(tǒng)的負(fù)荷△N、主汽壓△P、中間點(diǎn)焓值△H的階躍響應(yīng)曲線：35未加角器、加青靜爭(zhēng)耦器、全52a和加角輝者景20加青解譽(yù)告NoNNo051圖3-9當(dāng)△B=1,△u=0,△W=0時(shí)，解耦前后的階躍響應(yīng)曲線(2)當(dāng)只有汽機(jī)調(diào)門開度μ改變時(shí)，觀察靜態(tài)、動(dòng)態(tài)解耦后與解耦前原控制系統(tǒng)的負(fù)荷△控制系統(tǒng)的負(fù)荷△N、主汽壓△P分的階躍響應(yīng)曲線：2禾加控制髫、加首靜1控制公苦、1藥南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)6(3)當(dāng)只有給水量W改變時(shí)，觀察靜態(tài)、動(dòng)態(tài)解耦后與解耦前原控制系統(tǒng)的主汽壓△統(tǒng)的主汽壓△P、中間點(diǎn)焓值△H的階躍響應(yīng)曲線：tuureNo.FileEditVieWIrserta012圖3-11當(dāng)△B=0,△uT=0,△W=1時(shí)，解耦前后的階躍響應(yīng)曲線結(jié)論：通過上述三組解耦前后的階躍響應(yīng)曲線得出：1)解耦后的控制系統(tǒng)降低了耦合通道的影響，達(dá)到解耦控制的效果。2)動(dòng)態(tài)解耦效果比靜態(tài)解耦效果要好的多，動(dòng)態(tài)解耦幾乎完全消除了耦合通道的影響。將模型降階之后的解耦器帶入對(duì)角矩陣控制系統(tǒng)，觀察其相應(yīng)曲線與系統(tǒng)未加解耦器控制系統(tǒng)的比較。當(dāng)系統(tǒng)處于靜態(tài)解耦時(shí)，解耦器分別為：(令s→0)靜態(tài)解耦時(shí)的控制系統(tǒng)圖3-9:十十1111111+NHB0圖3-12對(duì)角矩陣法靜態(tài)解耦控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)解耦時(shí)的控制系統(tǒng)圖3-10:南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)111N1+1P1111HrreNoFEd2粉加加查解6南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)口-35a1NoA1D61(2)當(dāng)只有汽機(jī)調(diào)門開度μT改變時(shí)，觀察靜態(tài)、動(dòng)態(tài)解耦后與解耦前原控制系統(tǒng)的負(fù)荷△N、系統(tǒng)的負(fù)荷△N、主汽壓△P的階躍響應(yīng)曲線：通6南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)A0圖3-15當(dāng)△B=0,△μT=1,△W=0時(shí)，解耦前后的階躍響應(yīng)曲線主汽壓△主汽壓△P、中間點(diǎn)焓值△H的階躍響應(yīng)曲線：A④未加解耦器、加靜解吊器南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)D未加解耦、加靜態(tài)解未鄲號(hào)45通過上述三組解耦前后的階躍響應(yīng)曲線得出：3.5小結(jié)1、通過計(jì)算相對(duì)增益，得到系統(tǒng)靜態(tài)控制時(shí)的單回路控制系統(tǒng)為：BIWPH機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。2、觀察以上幾組解耦前后的仿真曲線，可知：1)在△B=1,△μ,=0,△W=0情況下，無論是前饋解耦還是對(duì)角矩陣解耦，第52頁而且動(dòng)態(tài)解耦效果優(yōu)于靜態(tài)解耦效果是一個(gè)微分環(huán)節(jié)，它具有快速隨動(dòng)性，同時(shí)在前饋解耦時(shí)，由于D?解耦器分子的階次比分母高，故將D??=0進(jìn)行處理；在對(duì)角矩陣解耦時(shí)，因?yàn)镚(s)的快速隨動(dòng)性，故在解耦器的設(shè)計(jì)時(shí)，將G?(s)=0簡(jiǎn)化了其解耦器的設(shè)計(jì)，所以前饋解耦、角矩陣解耦的階躍響應(yīng)曲線都與解耦前原控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線一致，△N的變化都是以一個(gè)幅值的波動(dòng)之后3)在△B=0,△uT=0,△W=1情況下，通過圖3-11與圖3-16的比較發(fā)現(xiàn)，前饋解耦的動(dòng)態(tài)解耦效果最好；由于△W到△P通道的傳遞函數(shù)G??(s)是微分環(huán)節(jié)，具有快速隨動(dòng)性，在解耦器的設(shè)計(jì)時(shí)，將G??(s)=0簡(jiǎn)化了其解耦器的設(shè)計(jì)，故對(duì)角矩陣解耦與解耦前原控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線一致。3、由于傳遞函數(shù)中有微分環(huán)節(jié)的存在，所以在對(duì)角矩陣法解耦時(shí)沒有達(dá)到完全解耦，通過前饋補(bǔ)償法與對(duì)角矩陣法的比較發(fā)現(xiàn)，在該1000MW超臨界協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的解藕控制的方案中，前饋補(bǔ)償法解耦控制系統(tǒng)優(yōu)于對(duì)角矩陣法的第四章協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制策略如前所述，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是在簡(jiǎn)單的機(jī)爐控制系統(tǒng)基礎(chǔ)發(fā)展起來的。按照控制方式的不同。這種簡(jiǎn)單的機(jī)爐控制系統(tǒng)可分為機(jī)跟爐方式和爐跟機(jī)方式兩種。機(jī)跟爐控制系統(tǒng)的原理框圖如圖4-1所示。圖4-1機(jī)跟爐控制系統(tǒng)的原理框圖在機(jī)跟爐系統(tǒng)中，機(jī)組輸出功率由鍋爐給定，汽輪機(jī)主汽門開度調(diào)節(jié)主蒸汽壓力。這種控制方式的主要缺點(diǎn)在于對(duì)機(jī)組負(fù)荷變化需求的響應(yīng)速度慢。另外，當(dāng)鍋爐側(cè)產(chǎn)生內(nèi)部擾動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致機(jī)前壓力P的變化和輸出功率N的變化。這將引起主汽門開度μ和燃料量B的同時(shí)動(dòng)作。正確的調(diào)節(jié)作用應(yīng)當(dāng)是由鍋爐爐內(nèi)部擾動(dòng)時(shí)。會(huì)導(dǎo)致輸出功率長時(shí)間的來回波動(dòng)甚至振蕩。因而，機(jī)跟爐控制方式既不適用于帶變動(dòng)負(fù)荷的運(yùn)行工況，也缺乏有效地抑制鍋爐側(cè)內(nèi)部擾動(dòng)的能力。目前在機(jī)爐控制中還保留這種控制方式，主爐跟機(jī)控制系統(tǒng)的原理框圖如圖4-2所示南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)十N十B+PspB+調(diào)節(jié)汽門鍋爐指令圖4-2爐跟機(jī)控制系統(tǒng)的原理框圖這種控制方式的特點(diǎn)是機(jī)組對(duì)外負(fù)荷變化需求的響應(yīng)性好。其實(shí)質(zhì)是利用了機(jī)組內(nèi)部的蓄熱能量，滿足外部負(fù)荷的需求。這一基本特點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用于機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中。然而，維持機(jī)爐能量的平衡，最終要由鍋爐輸入量的改變、保持機(jī)前壓力。由于這種方式?jīng)]有考慮機(jī)爐對(duì)象的耦合特性，系統(tǒng)品質(zhì)就不會(huì)很理想。如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定不當(dāng)，可能引起系統(tǒng)的振蕩和不穩(wěn)定。一般地，爐跟機(jī)方式在汽機(jī)側(cè)局部故障時(shí)使用。盡可能消除機(jī)爐對(duì)象之間不利的耦合因素，并充分吸收機(jī)跟爐和爐跟機(jī)控制方式的特點(diǎn)，克服其存在的弱點(diǎn)和不足，使系統(tǒng)的控制品質(zhì)得以改善和提高。下面簡(jiǎn)要介紹機(jī)跟爐和爐跟機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)上的IEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。4.1機(jī)跟爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)4.1.1補(bǔ)償鍋爐側(cè)擾動(dòng)的機(jī)跟爐協(xié)調(diào)系統(tǒng)系統(tǒng)原理框圖如圖4-3所示。為敘述方便起見，統(tǒng)記為I系統(tǒng)。對(duì)鍋爐側(cè)擾動(dòng)的補(bǔ)償信號(hào)；引入功率定值信號(hào)作為鍋爐前饋信號(hào)。當(dāng)鍋爐側(cè)出現(xiàn)擾動(dòng)，譬如進(jìn)入鍋爐的燃料量變化、或鍋爐燃燒工況動(dòng)時(shí)，將引起汽壓和輸出功率偏離給定值。依據(jù)功率偏差，鍋爐調(diào)節(jié)器輸出改變?nèi)剂狭?，以消除?nèi)部擾動(dòng)。此時(shí)，并不希望汽機(jī)調(diào)節(jié)汽門動(dòng)作。通過將功率偏差信號(hào)引入汽機(jī)調(diào)節(jié)器，利用機(jī)前壓力P和實(shí)發(fā)功率N對(duì)燃料擾動(dòng)反應(yīng)曲線形狀相似的特性，近似地使汽機(jī)調(diào)節(jié)器G?上的功率偏差信號(hào)與汽壓偏差信號(hào)相互抵消，保持汽機(jī)調(diào)節(jié)器的輸出不變。這樣，實(shí)現(xiàn)了鍋爐側(cè)擾動(dòng)由鍋爐調(diào)南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)節(jié)器消除，而不引起汽機(jī)調(diào)節(jié)汽門不必要的動(dòng)作。NN+十十∑G十μBPp△4.1.2補(bǔ)償汽機(jī)側(cè)擾動(dòng)的機(jī)跟爐協(xié)調(diào)系統(tǒng)PpPpPT△D∑G調(diào)節(jié)汽門μ∑鍋爐指令BNpN+△南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)圖4-4補(bǔ)償汽機(jī)側(cè)擾動(dòng)的機(jī)跟爐協(xié)調(diào)系統(tǒng)(I2)在12系統(tǒng)中，機(jī)爐調(diào)節(jié)器的主信號(hào)仍與I1系統(tǒng)相同。由機(jī)爐動(dòng)態(tài)特性可形狀相似，方向相反。由此可以把機(jī)前壓力P的微分信號(hào)引入至鍋爐主調(diào)節(jié)器G?中。當(dāng)汽機(jī)側(cè)擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí)，功率信號(hào)節(jié)作用來消除。器保持，功率由鍋爐調(diào)節(jié)器保持，P經(jīng)微分器D?作為對(duì)汽機(jī)側(cè)擾動(dòng)的補(bǔ)償信4.1.3實(shí)現(xiàn)雙向補(bǔ)償?shù)臋C(jī)跟爐協(xié)調(diào)系統(tǒng)該系統(tǒng)的原理框圖如圖4-5所示，記為I3系統(tǒng)?！鳌棋仩t指令B調(diào)節(jié)汽門μ+++圖4-5雙向補(bǔ)償?shù)臋C(jī)跟爐協(xié)調(diào)系統(tǒng)(I3)I3系統(tǒng)與I2系統(tǒng)具有許多類似之處。—是這兩個(gè)系統(tǒng)都屬于以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第57頁4.2爐跟機(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)4.2.1補(bǔ)償鍋爐側(cè)擾動(dòng)的爐跟機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)本系統(tǒng)記為I4系統(tǒng)，如圖4-6所示。NNNp+△∑+μ△DB圖4-6補(bǔ)償鍋爐側(cè)擾動(dòng)的爐跟機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)(I4)鍋爐側(cè)擾動(dòng)可能引起的汽機(jī)調(diào)節(jié)器動(dòng)作，使P的變化與N的變化相抵消。另P下降相當(dāng)于削弱了功率指令Nsp的增加，起到限制汽機(jī)調(diào)節(jié)汽門過開的作用，對(duì)穩(wěn)定機(jī)前壓力有利。隨著鍋爐燃燒率的上升，使P恢復(fù)時(shí)，調(diào)節(jié)汽門況下，可起到穩(wěn)定機(jī)前壓力，保證機(jī)組安全的作用。但是也使機(jī)組響應(yīng)外界負(fù)荷的速率受到了一定的限制。4.2.2補(bǔ)償汽機(jī)側(cè)擾動(dòng)的爐跟機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)該系統(tǒng)框圖如圖4-7所示。記為I5系統(tǒng)。補(bǔ)償汽機(jī)例擾動(dòng)較理想的方案是I2系統(tǒng)。但是對(duì)于以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)來說，汽機(jī)調(diào)節(jié)器本身就具有很強(qiáng)的消除汽機(jī)側(cè)擾動(dòng)的能力。因此，汽機(jī)側(cè)擾動(dòng)不致對(duì)鍋爐調(diào)節(jié)器產(chǎn)生嚴(yán)重影響。這樣，在汽機(jī)側(cè)出現(xiàn)擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)過程中，利用輸出功率與機(jī)前壓力響應(yīng)方向相反的特點(diǎn)，簡(jiǎn)單地把功率偏差信號(hào)引入至鍋爐調(diào)節(jié)器G?,就構(gòu)成了對(duì)汽機(jī)側(cè)擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)墓δ?。功率定值Nsp起到增強(qiáng)鍋爐指令的作用。I5系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的補(bǔ)償比其它系統(tǒng)更為近似，但其特點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。NN△μBNp+△圖4-7補(bǔ)償汽機(jī)側(cè)擾動(dòng)的爐跟機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)(I5)4.2.3實(shí)現(xiàn)雙向補(bǔ)償?shù)臓t跟機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)如果在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)考慮對(duì)汽機(jī)側(cè)和鍋爐側(cè)擾動(dòng)的補(bǔ)償，就構(gòu)成雙向補(bǔ)償?shù)膮f(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。補(bǔ)償?shù)淖饔脤?shí)質(zhì)是消除機(jī)爐對(duì)象特性存在的耦合。一個(gè)雙向補(bǔ)償協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原理框圖如圖4-8所示。記為16系統(tǒng)。I6系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)屬于爐跟機(jī)系統(tǒng)。對(duì)于鍋爐側(cè)的擾動(dòng)，采用了I4系統(tǒng)的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)；對(duì)于汽機(jī)側(cè)的擾動(dòng)，采用了15系統(tǒng)的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。因?yàn)镮6系統(tǒng)與I5系統(tǒng)都屬于爐跟機(jī)方式，所以，采用把功率偏差信號(hào)簡(jiǎn)單地引入鍋爐調(diào)節(jié)器的方法，可以粗略地對(duì)汽機(jī)側(cè)擾動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。NspN十B+NpNspN十B+Np△+μBN圖4-8雙向補(bǔ)償協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原理框圖(I6)南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第60頁第五章協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的仿真研究與分析衰減曲線法：衰減曲線法是在純比例作用下將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，不斷改變比例帶δ(1)設(shè)置調(diào)節(jié)器整定參數(shù)T→0,To=0,δ置于較大的數(shù)值后，將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行。(2)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，適量減小比例帶的數(shù)值并施加階躍擾動(dòng)(減小比例帶是設(shè)法使系統(tǒng)達(dá)到所要求的衰減率),當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到所要求的衰減率時(shí)，記錄當(dāng)時(shí)對(duì)應(yīng)的比例帶δ,和振蕩周期T。(3)根據(jù)比例帶δ和振蕩周期T,查如下表，該表是提衰減曲線法整定參數(shù)調(diào)節(jié)器中的各整定參數(shù)。按y=0.75的條件確定調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)8TP0.1T(4)將計(jì)算出的各整定參數(shù)值設(shè)置到調(diào)節(jié)器中，對(duì)系統(tǒng)作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，觀解耦后的單回路控制系統(tǒng)如圖5-1所示：BWPH圖5-1解耦后等效單回路(一)常規(guī)單回路控制系統(tǒng)的整定：μ2=μ干④μ2=μ干④④④圖5-2常規(guī)單回路控制系統(tǒng)的控制策略1、給煤量控制功率(B-N)單回路的整定根據(jù)衰減曲線法：,δ=100,將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行。(2)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，適量減小比例帶的數(shù)值并施加階躍擾動(dòng)，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到y(tǒng)=0.75時(shí)，記錄當(dāng)時(shí)對(duì)應(yīng)的比例帶δ和振蕩周期T。數(shù)名稱12344δ南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)M110+0自戶口的闊蹈曰簡(jiǎn)泵 所以：δ=0.62;T?=1000將δ=0.744,T=500帶入調(diào)節(jié)器，進(jìn)行整定：數(shù)名稱123δT南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)11111M11+□口區(qū)□口區(qū)…整定方法同給煤量控制功率(B-N)單回路的整定方法一數(shù)名稱1234δ南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第64頁1+0pp自90的居圖曰隔卡1所以：δ=-1.98;T=300根據(jù)按y=0.75的條件確定調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)表，可計(jì)算得出：將δ=-2.376T,=150帶入調(diào)節(jié)器，進(jìn)行整定：數(shù)名稱1234δ1111M南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)1p1p11哈口口區(qū)汽機(jī)調(diào)門控制功率(μ-P)單回路的整定結(jié)束。整定方法同給煤量控制功率(B-N)單回路的整定方法一樣：數(shù)名稱1234δM南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)11HH1所以：δ=-0.85;T,=100將δ=-1.02T,=50帶入調(diào)節(jié)器，進(jìn)行整定：數(shù)名稱1234δT1111第67頁+1熱國品口福飯15.2前饋法閉環(huán)解耦與等效單回路控制效果的比較2.當(dāng)δ=-4.2,T?=150時(shí)；汽機(jī)調(diào)門開度控制主汽壓力(μ-P)單回路的衰減率φ=0.75;3.當(dāng)δ=-0.965T=50時(shí)；給水量控制中間點(diǎn)焓值(W-H)單回路的衰減率φ=0.75;南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)1111111111十H圖5-3靜態(tài)解耦常規(guī)PID控制算法名次數(shù)δT1121口回區(qū)…8名次數(shù)δT112121(3)當(dāng)W=1時(shí)，對(duì)仿真曲線H的整定：名次數(shù)δTM1121南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)自9×0的遇昭日福訴1…B0+111111111111NPH圖5-4動(dòng)態(tài)解耦常規(guī)PID控制算法南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)名次數(shù)δM1121臺(tái)自9口的居蹈日安日口區(qū)名次數(shù)δ1121自9日風(fēng)的國曬口南振1哈口口區(qū)南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)名次數(shù)δ1121臺(tái)自口網(wǎng)口的闊舊口口口區(qū)5.2.2前饋補(bǔ)償法閉環(huán)解耦控制系統(tǒng)與等效單回路控制系統(tǒng)的仿真比較南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)ViewInsortToolWIndowHeIc由戶ja6圖5-5當(dāng)△B=1,△μ=0,△W=0時(shí)，△N解耦后與等效單回路的階躍響應(yīng)曲線PIDPID控制算法下與等效單回路常規(guī)PID控制算法的仿FlEdityiewIntTo常規(guī)控制系統(tǒng)圖5-6當(dāng)△B=0,△μT=1,△W=0時(shí)，解耦后與等效單回路的階躍響應(yīng)曲線中白H匱*卜償法動(dòng)態(tài)萍控制系武46圖5-7當(dāng)△B=0,△μ=0,△W=1時(shí)，解耦后與等效單回路的階躍響應(yīng)曲線很好，即通過前饋補(bǔ)償解耦后系統(tǒng)等效為三個(gè)獨(dú)立的單輸入單輸出系統(tǒng)。5.3對(duì)角矩陣法閉環(huán)解耦與等效單回路控制效果的比較5.3.1對(duì)角矩陣法解耦后的整定由解耦后單回路控制系統(tǒng)的整定得知：6.當(dāng)δ=-0.965T=50時(shí)；給水量控制中間點(diǎn)焓值(W-H)單回路的衰減率φ=0.75;將解耦后單回路控制系統(tǒng)整定得到的衰減率φ=0.75時(shí)的δ、T值帶入對(duì)角矩陣法的控制系統(tǒng)，進(jìn)行整定，之后與等效單回路控制系統(tǒng)比較。一、對(duì)角矩陣法靜態(tài)解耦器常規(guī)PID控制系統(tǒng)的整定南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)B餌11D2211111111N1N1++111圖5-8對(duì)角矩陣法靜態(tài)解耦器常規(guī)PID控制系統(tǒng)名次數(shù)δT1121名次數(shù)δ1121自9×口的居喝口面標(biāo)1(3)當(dāng)W=1時(shí)，對(duì)仿真曲線H整定名次數(shù)δTM1121JH2…0二、對(duì)角矩陣法動(dòng)態(tài)解耦器常規(guī)PID控制系統(tǒng)的整定：B訓(xùn)111N1N111+11111圖5-9對(duì)角矩陣法動(dòng)態(tài)態(tài)解耦器常規(guī)PID控制系統(tǒng)南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)名次數(shù)δM1121口口區(qū)(2)當(dāng)μ=1時(shí)；對(duì)仿真曲線P的整定：名次數(shù)811211南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第79頁(3)當(dāng)W=1時(shí)，對(duì)仿真曲線H整定名次數(shù)δM1121.較動(dòng)態(tài)解耦常規(guī)PID控制算法下與等效單回路常規(guī)PID控制算法的仿真曲線的比較南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)FileEditViewInsertToolsWi常規(guī)控制系統(tǒng)對(duì)角矩陣法靜態(tài)解耦控制東統(tǒng)對(duì)角矩陣法動(dòng)態(tài)解耦控制系統(tǒng)對(duì)角矩陣法靜態(tài)解耦控制系統(tǒng)常規(guī)控制系統(tǒng)充對(duì)角矩陣法動(dòng)態(tài)解糯控制系統(tǒng)084常規(guī)控制系統(tǒng)對(duì)角巨陣法動(dòng)態(tài)解耦控制系統(tǒng)H很好，即通過前饋補(bǔ)償解耦后系統(tǒng)等效為三個(gè)獨(dú)立的單輸入單輸出系統(tǒng)。5.4小結(jié)1、在系統(tǒng)整定的過程中，此處衰減曲線性能的整定方法為衰減曲線法，直至整定到衰減曲線的衰減率y=0.75。2、觀察前饋解耦、對(duì)角矩陣解耦與等效單回路的階躍響應(yīng)曲線發(fā)現(xiàn)，等效單△H形狀基本相同，只是幅值稍有偏差，但最終趨于一致，所以可以將解耦回路等效為單回路。3、通過比較前饋解耦與等效單回路的階躍響應(yīng)曲線和對(duì)角矩陣解耦與等效單回路的階躍響應(yīng)曲線發(fā)現(xiàn)，前饋解耦的主汽壓響應(yīng)曲線△P、中間點(diǎn)焓值響應(yīng)曲線△H與等效單回路的響應(yīng)曲線完全重合，而對(duì)角矩陣法都是略有偏差，說的超臨界機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的前饋解耦控制優(yōu)于對(duì)角矩陣解耦控制。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第82頁6.1采用積分分離PID控制器的仿真研究在普通PID控制中，引入積分環(huán)節(jié)的目的主要是為了消除靜差。但在過程的啟動(dòng)、結(jié)束或大幅度增減設(shè)定時(shí)，短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)輸出有很大偏差，會(huì)造成PID運(yùn)算的積分積累，致使控制量超過了執(zhí)行機(jī)構(gòu)可能允許的最大動(dòng)作范圍對(duì)應(yīng)的極限控制量，引起系統(tǒng)較大的超調(diào)，甚至引起系統(tǒng)較大的振蕩，這在生產(chǎn)過程中是絕對(duì)不允許的。積分分離控制基本思想是：當(dāng)被控量與設(shè)定值偏差較大時(shí)，取消積分的作用，以免由于積分作用使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，超調(diào)量增大；當(dāng)被控量接近給定值時(shí)，引入積分控制，以便消除靜態(tài)偏差，提高控制精度。其具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：a)根據(jù)實(shí)際情況，人為設(shè)定閾值ε>0;b)當(dāng)|error(k)|>ε時(shí)，采用PD控制，可避免產(chǎn)生過大的超調(diào)，又使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)；c)當(dāng)|error(k)|≤ε時(shí)，采用PID控制，以保證系統(tǒng)的控制精度。β——積分項(xiàng)的開關(guān)系數(shù)一、常規(guī)PID和積分分離PID的比較仿真南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) BWNP(一)△B→△N回路，常規(guī)PID控制與積分分離PID控制系統(tǒng)的比較1111N圖6-1常規(guī)PID和積分分離PID的仿真比較框圖111圖6-2積分分離PID控制器南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)圖6-3常規(guī)PID和積分分離PID的比較仿真曲線某廠1000MW機(jī)組100%負(fù)荷下常規(guī)PID控制系統(tǒng)仿真曲線的性能指標(biāo)名稱調(diào)節(jié)穩(wěn)定值峰值時(shí)間最大動(dòng)態(tài)偏差調(diào)節(jié)時(shí)間衰減率超調(diào)量數(shù)值某廠1000MW機(jī)組100%負(fù)荷下積分分離PID控制系統(tǒng)仿真曲線的性能指標(biāo)名稱調(diào)節(jié)穩(wěn)定值峰值時(shí)間最大動(dòng)態(tài)偏差調(diào)節(jié)時(shí)間衰減率超調(diào)量數(shù)值11圖6-4常規(guī)PID和積分分離PID的仿真比較框圖南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)1151151圖6-5積分分離PID控制器積分分離PID1圖6-6常規(guī)PID和積分分離PID的比較仿真曲線某廠1000MW機(jī)組100%負(fù)荷下常規(guī)PID控制系統(tǒng)仿真曲線的性能指標(biāo)名稱調(diào)節(jié)穩(wěn)定值峰值時(shí)間最大動(dòng)態(tài)偏差調(diào)節(jié)時(shí)間衰減率超調(diào)量數(shù)值某廠1000MW機(jī)組100%負(fù)荷下積分分離PID控制系統(tǒng)仿真曲線的性能指標(biāo)名稱調(diào)節(jié)穩(wěn)定值峰值時(shí)間最大動(dòng)態(tài)偏差調(diào)節(jié)時(shí)間衰減率超調(diào)量數(shù)值南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)(三)△W→△H回路，常規(guī)PID控制與積分分離PID控制系統(tǒng)的比較13一13一小口11圖6-7常規(guī)PID和積分分離PID的仿真比較框圖圖6-8積分分離PID控制器FigureFigureNo.11積分分離PID圖6-9常規(guī)PID和積分分離PID的比較仿真曲線某廠1000MW機(jī)組100%負(fù)荷下常規(guī)PID控制系統(tǒng)仿真曲線的性能指標(biāo)名稱調(diào)節(jié)穩(wěn)定值峰值時(shí)間最大動(dòng)態(tài)偏差調(diào)節(jié)時(shí)間衰減率超調(diào)量數(shù)值某廠1000MW機(jī)組100%負(fù)荷下積分分離PID控制系統(tǒng)仿真曲線的性能指標(biāo)名稱調(diào)節(jié)穩(wěn)定值峰值時(shí)間最大動(dòng)態(tài)偏差調(diào)節(jié)時(shí)間衰減率超調(diào)量數(shù)值6.2小結(jié)100%負(fù)荷下常規(guī)PID控制系統(tǒng)△B→△N仿真曲線的性能指標(biāo)名稱調(diào)節(jié)穩(wěn)定值峰值時(shí)間最大動(dòng)態(tài)偏差調(diào)節(jié)時(shí)間衰減率超調(diào)量數(shù)值100%負(fù)荷下積分分離PID控制系統(tǒng)△B→△N仿真曲線的性能指標(biāo)名稱調(diào)節(jié)穩(wěn)定值峰值時(shí)間最大動(dòng)態(tài)偏差調(diào)節(jié)時(shí)間衰減率超調(diào)量數(shù)值100%負(fù)荷下常規(guī)PID控制系統(tǒng)△μ→△P仿真曲線的性能指標(biāo)名稱調(diào)節(jié)穩(wěn)定值峰值時(shí)間最大動(dòng)態(tài)偏差調(diào)節(jié)時(shí)間衰減率超調(diào)量數(shù)值100%負(fù)荷下積分分離PID控制系統(tǒng)△u→△P仿真曲線的性能指標(biāo)名稱調(diào)節(jié)穩(wěn)定值峰值時(shí)間最大動(dòng)態(tài)偏差調(diào)節(jié)時(shí)間衰減率超調(diào)量數(shù)值100%負(fù)荷下常規(guī)PID控制系統(tǒng)△W→△H仿真曲線的性能指標(biāo)名稱調(diào)節(jié)穩(wěn)定值峰值時(shí)間最大動(dòng)態(tài)偏差調(diào)節(jié)時(shí)間衰減率超調(diào)量數(shù)值100%負(fù)荷下積分分離PID控制系統(tǒng)△W→△H仿真曲線的性能指標(biāo)名稱調(diào)節(jié)穩(wěn)定值峰值時(shí)間最大動(dòng)態(tài)偏差調(diào)節(jié)時(shí)間衰減率超調(diào)量數(shù)值積分分離PID的仿真曲線與常規(guī)PID仿真曲線相比較可知，采用積分分離PID控制算法的仿真曲線的超調(diào)量明顯比常規(guī)PID控制算法的超調(diào)量小，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高了系統(tǒng)的控制性能。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)第七章結(jié)論本論文以單元機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)為研究對(duì)象。在