导前微分控制系统

1、第四章导前微分控制系统4-1系统结构1.实例002.结构根据上图画出原理图ee(a)系统也有两个回路组成(b)微分器Wd(S)取实际微分Wd(S)=KDTDS1TdS11(c)调节器Wa(S)取PIorPIDWa(S)=-(1+)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(I，；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

2、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：1主调节器:_*Wa11TdSWd(S)KdTdS1M1、(1)KdTdS等效副调节器:_*_Wa2(s)=Wd(S)W3(S)J(1)31TdSTisTi1Tis1TdS_*_.Wa2（S）不同于一般工业调节器，而具有积分一微分特点:i. 若TD>Ti,则Wa2（S）具有比例+积分特点（惯性）*Wa2TDTdS1-1T-1反:斗1一)、1TdS,1TdSii.若TD<Ti,则Wa2（S）具有比例+微分特点。W；2T（1。=KdTd(1*TiS(1二)iii.若Td=Ti,则w；2（s）=KD具有比例作用V4-3

3、导前微分系统的整定等效为串级系统，且主副调节器可分别独立整定注意：这里先整定主调节器W；i(S)=Wd(S)主回路为:1副回路快速随动，等效为oWh2(S)利用单回路整定方法，可确定Kd、Td。*整定副调节器：Wa2(S)=Wd(S)Wa(S)副回路为:Wd(s)W,(s)Wo2(s)WH2(S)<KdTdSKdTdKdTdfeTdTd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。1TdS1TS*_Kc1所以w、求出”,丁，由于Kd已求得，故S也可求得6二、用“补偿法”整定将图转化为：叫i(S)K°(1ToS)n0KiWo1(S)=(i+TiS)niW02(S)

4、K2(1T2S)n2叫i(s)*ccccC1W0Q)二四2(S)巩i(S)叫2(S)W(S)Z叫1(S)1)关于等效对象Woe(S)如何选取。设Wo(S)=Woi(S)W02(S)=惰性区导前区希望：Woe(S)静态时具有Wo(S)的特性，动态时具有W02(S)的特性。即Woe(S)=K0(1T2S)n22) Wd(S)的整定W0e(S)=W02(S)W01(S)+Wh2(S)Wd(S)-vvhAaK。(1T2S)n2K2K1(1T2S)n2(1T1S)Wh2(S)石Wd(S)H2()n1Wh1(S)J1WH1（S）1r1WD（S）水山-而*EK-正词"工KS、K/1-1TdS/（1

5、TH1a）Kd、Td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q=1,则可实现完全补偿K=K1TdSr21Tls比较系数后得：Td=T1；Kd=K1；c）若惰性区为二阶以上，即n1>2,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:KdTdS1TdS:KdTdS(1-TdSTD2S2-)(必1)2T12s2.WMS)K。(1T2S)n2k2K0(1T2S)n2K2cK0二W02(S)-2K2r1rK1-L1-=K1'小丁君1 r2(1T1S)n11r2r12必n11比较系数得：Kd-K11F，Td=丁T112nli23) Wa(S)整定思考题：1

6、 .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W,整定了6、Ti、Kd和Td现由于某种原因要提高主回路的稳定性，而保持副回路甲不变，问”Kd应如何变？为什么？注：将系统等效成用级系统11一主调节器Wai(S)=&

7、#39;(l+')P2调节器，要提高稳定性，减小比例作用,KdTdS须增大Kd,要保持副回路甲不变，应使6用Kd的比例增大，副调节器的比例系Kr一一一数一不变。（见下页）64-4采用导前微分信号的双回路汽温控制系统系统结构及其分析、整定其中Wd(S)=KdTdS1TdSWa（s）-(11Tis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:Wa1(S)1Wd(S)(11TDsKdTdS1TiS副调节器：Wa2(S尸

8、WD(S)Wa(S)=HM3S-副调节器简化：Wa2（S）=等（1+心）0动态偏差主回路：Kd增加，乎1增大，调节过程动作速度减小,增大，。调节时间增大；副回路：Kd增加，乎2减小，九校正动作增大。主回路要求变Kd时，为保证副回路乎2不变，应使士不变KdTi增大，乎2增大（不明显），0a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W。*(S),即：KdTdSKi,11TdS11(1TiS)n1£Kd、Td还可以通过实验的方法来确定：(1)将Wa(s)与Kz断开，并取Wa(s)：6=100

9、%,1=叫Td=0,那么,调节器的输入信号就是等效对象的输出信号；(2)将不同的Kd、Td,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：ya0TDA小0)T£i*大Kd、Td的考虑：起始阶段主要考虑Kd；衰减速度主要考虑Td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：Wd(s)=区卫适时，1TdS7相当于串级：主：Wa1(s)=(1)KdTdS-K1副：Wa2（S）=（1丁）、T,s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

10、机组负荷降低30%,再热汽温如不加控制，将降低2835C。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 .汽一汽热交换一、采用烟气挡板控制再热汽温的控制系统1 .结构主烟道旁路烟道挡板再热器省煤器低过省煤器挡板见图，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50c左右。3）再热汽温对象的动态特性：主烟道挡板开度变化

11、一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W（S）=MS)S(S)(1+TS)n例如：某125MW机组：W（S）=(1TS)4K:0%/100%A0=52K=0.52C/%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（540C）。当负荷低于75%时，再热汽温给定值应小于（540C）,并随负荷下降而下降。不能低于某一选定的最低温度。f1(x)最低温度给定75%负荷给定(54).+,G»<A>AHzr再

12、热汽温给定图中：因：测量元件(蒸汽流量)0：小选器上J:大选器G_1：给定器(540C)一再热汽温给定值fi(x)一函数发生器其中fi(x):将蒸汽流量转换为再热汽温给定值。fi(x)的输出：(1)当负荷高于75%时，输出大于540c(2)当负荷低于75%时，输出小于540c(2)再热汽温主调节回路调节任务：根据实测再热汽温02与给定值匕之间的偏差来调节挡板开度。如下图：Qr给定Q被调量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。注意不上是“一号：DT-流过再热器的烟温和烟量T,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）540最低温度

13、给定值（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：再热汽温Qz色超温-PI2输出增大-经过偏差报警装置：（1）报警（2）打开电磁阀f调节减温水年正常一关闭电磁阀一停止喷水。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。（2）烟气再循环风机叶片容易被磨损和腐蚀。再循环烟气量主汽流量蒸发量

14、减少对流吸热增大辐射热减少主汽压力主汽温度2、控制系统负荷（或送风量）-前馈为什么环节且出来是“-”：因为负荷（orV）增大-烟气量增大一对流受热面吸热量增大-0z增大，应及时换小挡板。这部分的调节原理图为:送风V(1)正常情况下的调节回路当0Z下降(低于给定值时)一8z上升一(PI1)挡板上升VG上升A0Z上升Vg经烟温修正后作为Pli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0z>0zr-通过调节，使挡板J,VgJ-若挡板已关死，但0Z>0Zr则：1)不再进行烟气再循环2)经偏差报警装置，报警(-P2,AG/

15、AD),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(-Pi,±Pl3)进行强制降低。I0z>时，才能进行喷水。比例偏置器士表示，只能当0z高出8zr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、采用汽一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。由于汽一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(七=3040S,Tc=40100S)(2)蒸气量D(t=1

16、020S,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：内外回路工作频率相差很大(w2A>3w1,orn0T0A3n2T2)分别整定,一般匕=05,.0.9(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Wa1(S)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wa2(s)(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：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