第4章 导前微分控制系统.doc

第四章 导前微分控制系统4-1 系统结构1. 实例 2. 结构根据上图画出原理图 （a） 系统也有两个回路组成 （b） 微分器WD(S)取实际微分 （c） 调节器Wa(S)取PI or PID 问题：系统调节结束能否保证y=r? 为什么？ 4-2 系统分析系统主要特点：1） 引入导前微分信号缩短了迟延时间，等效地改善了控制对象的动态特性。不采用导前微分回路：调节对象为y（I1）；采用导前微分回路：调节对象为y（I1）+I2的微分信号；2）引入导前微分信号能减少动态偏差，改善控制品质；能有效抑制内扰（喷水扰动）；3）导前微分控制系统有很强的抗干扰的能力。导前微分控制系统是串级系统的变形，因此它也具有很强的克服内扰的能力。等效成串级系统为：主调节器：等效副调节器：不同于一般工业调节器，而具有积分微分特点：i. 若TDTi， 则具有比例+积分特点（惯性）ii. 若TD Ti ，则具有比例+微分特点。iii. 若TD =Ti ，则=具有比例作用。4-3 导前微分系统的整定一、 等效为串级系统，且主副调节器可分别独立整定注意：这里先整定主调节器主回路为：副回路快速随动，等效为。利用单回路整定方法，可确定KD、TD。整定副调节器：副回路为：简化方法：副回路的响应频率较高时，WD(S)可近似为比例环节。 所以 求出Ti，由于KD已求得，故也可求得 。二、 用“补偿法”整定将图转化为：1) 关于等效对象W0e(S)如何选取。设W0（S）=W01（S）W02（S）=W01（S）= W02（S）=惰性区 导前区希望：W0e(S)静态时具有W0(S)的特性，动态时具有W02（S）的特性。即W0e(S)=，2）WD（S）的整定W0e(S)= W02（S）W01（S）+WH2（S）WD（S）WD（S）=K11-a) KD、D是根据对象的惰性区动态特性选择的。b) 若惰性区为一阶环节，即n1，则可实现完全补偿 比较系数后得：TD=T1 ; KD=K1c) 若惰性区为二阶以上，即n12，等式两边完全相等不可能，只能做到近似补偿。在S=0处泰勒展开：比较系数得：， 3）Wa（S）整定思考题：1. 对于采用导前微分信号的双回路系统， 当调节结束时能否保证被调量等于给定值？为什么？2. 采用导前微分信号的双回路系统有哪几种整定方法？3. 补偿法整定调节器参数步骤是什么？等效对象是如何选取的？ 4. 图示说明导前微分系统为什么相当于改善了对象动态特性 5. 图示说明导前微分系统为什么可以减小动态偏差，改善控制品质 。习题：东北电院：P29 第2、5、61. 陈书 P378 第一题2. 系统如下图所示已知系统满足两回路独立整定条件，且按一定，整定了、Ti、KD和TD现由于某种原因要提高主回路的稳定性，而保持副回路不变，问、KD应如何变？为什么？ 注：将系统等效成串级系统主调节器P2调节器，要提高稳定性，减小比例作用，须增大KD，要保持副回路不变，应使用KD的比例增大，副调节器的比例系数不变。（见下页）4-4 采用导前微分信号的双回路汽温控制系统一、 系统结构及其分析、整定其中 ，列出几个该掌握的问题：1. 该系统有哪几种整定方法？ 整定步骤。2. 如何将该系统等效为串级系统框图？3. 如何等效为补偿法整定主框图。二、 KD 、TD、Ti对系统调节过程的影响KD 、TD、Ti对系统的方法整定系统时，可知：主调节器：副调节器：Wa2(S)=WD(S)Wa(S)=副调节器简化：主回路： KD增加，1增大，调节过程动作速度减小，动态偏差增大，调节时间增大；副回路：KD增加，2减小，a校正动作增大。主回路要求变 KD时，为保证副回路2不变，应使不变。Ti增大，2增大（不明显），a调节时间增大。KD同时影响两个回路且方向相反。三、 KD、TD的试验确定方法补偿法整定：KD、TD的整定原则是以构造一个动态特性较好的广义被控对象，即 ：KD、TD 还可以 通过实验的方法来确定：（） 将与断开，并取：，那么，调节器的输入信号就是等效对象的输出信号；（） 将不同的，在运行稳定时，作减温水阶跃扰动试验，记录一组等效对象的动态响应曲线如下：的考虑：起始阶段主要考虑；衰减速度主要考虑。三、两种汽温调节系统整定方法的比较导前微分信号的系统：时，相当于串级：主： 副：补偿法整定一般使主回路的稳定裕量增大(KD较大)，调节质量不如串级法，尤其当调节对象惰性区的迟延和惯性比较大时更明显。4-5 再热汽温控制系统再热汽温随负荷变化较大：当机组负荷降低30%，再热汽温如不加控制，将降低2835。采用烟气控制为主：比采用喷水控制有较高的热经济性。主要方法：1. 变化烟气挡板位置。2.采用烟气再循环 3.摆动喷燃器角度 4. 采用多层布置的圆形燃烧器 5汽汽热交换一、 采用烟气挡板控制再热汽温的控制系统1. 结构 见图，把尾部烟道分成两个并列烟道。1) 通过调节主烟道挡板，可以改变流过再热器的烟气量，从而调节再热温度。2) 有两个挡板，主、旁路烟道，挡板开度变化是相反的（即一开一关），改变挡板可改变60%的烟气流量；再热器出口温度可变化50左右。3）再热汽温对象的动态特性：主烟道挡板开度变化再热器出口汽温变化的动态特性。测试表明，对象为多容惯性环节，即例如：某125MW机组：K: 0%100% =52 K=0.52/% T=80S2.控制系统三个组成部分：1）再热汽温给定值计算 2）再热汽温主调节器回路（调主烟道挡板开度）3）再热汽温事故调节（调喷水）（1）给定值计算一般要求： 当负荷高于75%时，再热汽温给定值恒定（540）。 当负荷低于75%时，再热汽温给定值应小于（540），并随负荷下降而下降。 不能低于某一选定的最低温度。图中 ：: 测量元件（蒸汽流量）: 小选器 :大选器 : 给定器（540） Zr 再热汽温给定值 f1(x) 函数发生器其中f1(x)：将蒸汽流量转换为再热汽温给定值。f1(x)的输出： （1） 当负荷高于75%时，输出大于540 （2） 当负荷低于75%时，输出小于540（2）再热汽温主调节回路调节任务：根据实测再热汽温2与给定值Zr之间的偏差来调节挡板开度。如下图：f4(x): 将主蒸汽流量该负荷下需求的烟气挡板开度信号，该路信号主要起前馈作用。注意2上是“”号：D流过再热器的烟温和烟量，所以前馈为负的。将上面系统图画成原理图为：（包括前面的高值计算）(3) 再热汽温的事故调节（喷水）当锅炉异常时，再热汽温出现超温；此时必须喷入冷水进行强制降温。当再热汽温恢复正常时，必须停止喷水。实现： Z超温PI2输出增大经过偏差报警装置：（1）报警（2） 打开电磁阀调节减温水Z正常关闭电磁阀停止喷水。二、 采用烟气再循环控制再热汽温的自动控制系统1. 结构原理：利用再循环风机，从烟道尾部抽取低温烟气并送入炉膛。这改变了炉膛温度和烟温、烟量，使辐射受热面吸热量下降，对流受热面吸热量上升，达到了调节再热汽温的目的。缺点：（1）对过热汽温、主汽压和蒸汽流量会产生较大扰动。（） 烟气再循环风机叶片容易被磨损和腐蚀。2、 控制系统 负荷（或送风量）-前馈为什么环节出来是“-”：因为负荷（or V ）增大烟气量增大对流受热面吸热量增大Z增大，应及时换小挡板。这部分的调节原理图为：（1）正常情况下的调节回路 当Z下降（低于给定值时）Z上升（PI1）挡板上升VG上升Z上升VG经烟温修正后作为PI1的反馈信号，形成内回路，及时消除烟气侧的扰动，指再循环烟气流量和烟温的自发性扰动。（2）非正常情况下的动作回路当ZZr通过调节，使挡板，VG若挡板已关死，但ZZr则：1）不再进行烟气再循环 2）经偏差报警装置，报警（-P2，G/D），开启热风门，封锁再循环烟道，防止高温路烟倒流。3）事故喷水（-P1，PI3）进行强制降低。Z时，才能进行喷水。比例偏置器表示，只能当Z高出Zr一定数值后，PI3才能动作，开启喷水调节阀，这样做的目的是允许再热汽温存在少量偏差，以防止喷水调节阀过于频繁动作。三、 采用汽汽热交换的再热汽温控制用一次蒸汽加热再热蒸汽，并利用三通阀改变流经热交换器的再热蒸汽流量来控制再热汽温。由于汽汽热交换器的调整范围很小，还必须辅以喷水。汽温控制系统小结（一） 气温调节对象的动态特性主要影响因素：（1） 减温水量DPS（=3040S，TC=40100S）（2）蒸气量D（=1020S，TC=40100S）（3）烟气侧扰动（=1020S，TC=40100S）特点：这些因素对过热汽温的阶跃响应曲线都有迟延，有惯性；有自平衡的曲线，其中，迟延和惯性见上。过热汽温的调节量是喷水；再热汽温调节量是烟气量（烟温）,蒸汽量由外界确定，不能作为调节量。（二） 串级汽温自动调节系统（1）内回路：及时消除温水的自发扰动。（2）外回路：消除一切引起汽温变化的扰动，使汽温等于设定值。整定:(1)内外回路工作频率相差很大(,or )分别整定,一般,(2) 内外回路工作频率相接近,等效为可改善对象惰性区的单回路反馈系统,各用补偿整定.整定原则:首先按希望的等效对象确定主调节器的根据等效对象特性,按一般单回路调节系统整定付环节调节器(三) 采用导前微分信号的双回路气温调节系统导前气温输入实际的微分环节,起加强和超前作用.整定:(1) 等效为串级系统;可独立整定(2) 按补偿法 ,等效为改善对象特性的单回路系统进行整定.整定原则:按希望的等效对象,确定实际的微分环节。对象怎样选择?根据等效对象特性,按一般单回路调节系统整定调节器.对内外回路调节过程的影响.(四)再热气温的调节系统一般用烟气侧作为主要的调节手段,而喷水作为事故的调节：这主要考虑到烟气调节能使调节通道延迟和惯性较小;另外再热器一般安装在烟温较低的地方,这样有可能装设挡板等调节机构。(1) 采用烟气挡板的再热气温控制系统。(2) 采用烟气再循环的再热气温控制系统。必须学会分析这两个系统的,特别是学会将主调节部分的功能图画成调节原理图来分析.