过热汽温控制系统

1、第一部分多容对象动态特性的求取控制对象是指各种具体热工设备，例如热工过程中的各种热交换器，加热炉、锅炉、贮 液罐及流体输送设备等。尽管它们的结构和生产过程的物理性质很不相同，从控制的观点来看它们在本质上有许多相似之处。控制对象是自动控制系统中的一个重要组成部分。它的输出信号通常是生产过程中要求控制的被调量；它的输入信号是引起被调量变化的各种因素 (扰动作用和控制作用)。对象的动态特性取决于它的部过程的物理性质，设备的结构参数和运行条件等，原则 上可以用分析方法写出它的动态方程式。但是由于一般热工对象部过程的物理性质比较复 杂，加之运行过程中的一些实际条件很难全面予以考虑，因此用分析方法并不容易

2、得到动态特性的精确数学表达式。比较常用的方法是在运行条件下通过实验来获得对象的动态特性。根据测定到的对象阶跃响应曲线，可以把它拟合成近似的传递函数，根据阶跃响应曲线求近似传递函数有很多方法，采用的传递函数在形式上也是各式各样有自平衡能力的高阶对象的阶跃响应曲线如图所示：20有迟延阶对条无迟延一阶对象阶跃响应曲线 选定的传递函数的形式为TS 1即采用一个n阶等容惯性环节来近似表征。上式中有三个待定的参数：放大系数K,时间常数T和阶数n,传递函数的放大系数 K的求取方法按前面求取公式确定。作稳态值的渐近线 y( )，则在试验获得的阶跃响应曲线上，求得y(t 1) = 0.4y( g)及y(t 2)

3、 = 0.8y( g)时对应的时间62页公式)：由曲线可知放大ti、12后，利用下式求阶数n： 利用两点法公式可知(见热工控制系统谷俊杰，课本系数K,利用两点法可确定t1 , t2，利用如下公式计算对象阶次和惯性时间。N0.5T2 T1T1 T2 T2.16N上式求得的n值不是整数时，应选用与其最接近的整数。 某主汽温对象不同负荷下导前区和惰性区对象动态特性如下:37%导前区：5.1779S2 55S 1惰性区:1.051S7632463032785S5 717119679S410135188S3 89520S2 460S 1对于上述特定负荷下主汽温导前区和惰性区对象传递函数，可以用两点法求上

4、述主汽温K对象的传递函数，传递函数形式为W SN，利用Matlab求取阶跃响应曲线，TS 1然后利用两点法确定对象传递函数。Matlab应用如下所示：Canwnand W indouigut ht耳匚tod.MATLAB HeLu qx Quju卫菽 ftom ihe Hlp>> nim二5. t;»55 11 :>> &p (i*iun3 tlfea)；»»l利用两点法公式可知（见热工控制系统谷俊杰，课本 62页公式）：由曲线可知放大系数K=5.1,利用两点法可确定 t仁38.1 , t2=82.5，N21.075 T1 门厂T1

5、 T20.52T07 O12 7.9T2 T12.16NYY 0K=5.1即可根据阶跃响应曲线利用两点法确定其传递函数:5.1w s227.9s 1惰性区：» nnpL051;»沱同川砒1倔册碑 服旳皿沏以縊32冊Wm 1(135183 8S52D 4501;同理可得：K=1.051 t仁395 t2=582N=8T=56.51.05156.5s 1第二部分 单回路系统参数整定利用第一部分建立的对象传递函数，进行参数整定。为便于分析，可以采用第一部分建 立的主汽温对象的惰性区对象（为一多容惯性环节）进行参数整定。本指导书以第一部分整定确定的对象1.051进行参数整定。56.

6、5s 1一、临界比例带法确定调节器参数采用等幅振荡法通过试凑法逐步确定等幅振荡时比例调节器的比例增益，和计算确定的调节器参数进行比较。对于对象1.051、丄梧為宀,1w s8，计算确疋kp856.5s 11.051 cos8将计算确定的参数 kp =1.793,投入系统运行，系统结构如下图所示。其中In1 Outl 模块如下图得到:仿真后系统输出为:El li 4.w# 吕齐tiiL fAh Ei f wrn-.t工tfvljrD A LJ樂釦 a -卜formal 卑出囹由 |¥出口¥T=760,可以查表确定当系统根据等幅振荡是比例增益和系统输出曲线确定的等幅振荡周期 衰

7、减率©= 0.75 时调节器参数 kp =0.8538 ki =0.0019 kd =97.3343根据查表确定的调节器参数，投入闭环运行，观察运行效果：过;以器过购器Yoinpii第三部分 串级控制系统参数整定一、主蒸汽温度串级控制系统参数整定本实验以某300MW机组配套锅炉的过热汽温串级控制系统为例，其原理结构图如下图所 示：喷水-平丁图3-1过热汽温串级控制系统原理结构图由上图，可得过热汽温串级控制系统的方框图如下:图3-2过热汽温串级控制系统方框图在MATLAB软件的Simulink 工具箱中，打开一个 Simulink 控制系统仿真界面，根据图3-2所示的过热汽温串级控制系

8、统方框图建立仿真组态图如下，其中主汽温对象选取100%负荷下的导前区和惰性区对象传递函数。图3-3过热汽温串级控制系统仿真组态图上图中，惰性区对象的传递函数为利用选中这六个模块后，选择右键Create Subsystem 即可创建对象，惰性区对象也可用上图中六个模块表示。串级控制系统参数整定步骤如下：1、首先整定回路，即副调节器参数的整定r1设为0（即断开主回路将图3-3所示过热汽温串级控制系统仿真组态图中主回路反馈系数的反馈），同时令主调节器的比例系数 kp1 =1,积分系数ki1=0,微分系数kd1=o。将阶跃信 号输出模块（Step ）的终值（Final value ）设为过热蒸汽温度的

9、稳态值535C，仿真时间设为1000s，逐渐增加副调节器的比例系数kp2，在响应曲线显示器Scopel中观察温度t2的变化，使温度t2尽快达到稳定，并尽量接近稳态值419.28 C,此时的比例系数 kp2即为副调节器的比例系数为 4.4457。根据副调节器参数，投入回路闭环运行，观察运行效果：2、整定外回路，即主调节器参数的整定将图3-3所示过热汽温串级控制系统仿真组态图中主回路反馈系数r1改为1 （即将主回路反馈投入），副调节器的比例系数 kp2保持上一步的整定参数不变，仿真时间设1000s ,逐渐增加主调节器的比例系数kp1 ,在响应曲线显示器Scope中观察温度t1的变化，直至响应曲线出

10、现等幅振荡，记下此时的比例系数kp1=2.02，同时通过响应曲线可以确定振荡周期 Tk=220 ,kp1=2.02，振荡周期 Tk =220177 页表 6-7 ）。查表即可确定调节器参数值（见谷老师热工控制系统课本 带入以下公式即可以计算主调节器的各参数：11.26Tk k =0.007323 ；1主调节器比例系数kp1=0.9667 ；积分系数：ki12.1 kTk微分系数Kdl=31.900714 k3、完成过热汽温串级控制系统的参数整定后，在1500s时加入减温水扰动，即将阶跃信号输出模块(Stepl )的响应时间(Step time )设为1500，终值(Final value )设为2500， 仿真后在响应曲线显示器Scope中观察减温水量增加后对过热蒸汽温度t1的影响。第四部分 某电厂热工系统SAM图分析对汽包锅炉给水控制系统 SAM图分析，根据自己的理解画出其结构简图。如图所示:总结通过对过热汽温控制