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TD＞Ti， 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δ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）=K1[1-

a) 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n1＝１，则可实现完全补偿
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：

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、6
1. 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Ψ，整定了δ、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Ψ不变，问δ、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Ψ不变，应使δ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，Ψ1增大，调节过程动作速度减小，θ动态偏差增大，θ调节时间增大；
副回路：KD增加，Ψ2减小，θa校正动作增大。
主回路要求变 KD时，为保证副回路Ψ2不变，应使不变。
Ti增大，Ψ2增大（不明显），θa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：
（１） 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；
（２） 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，
①相当于串级：主：
副：
②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28~35℃。
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: μ—0%↗100% Δθ=52℃ K=0.52℃/% T=80S
2.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：

² 当负荷高于75%时，再热汽温给定值恒定（540℃）。
² 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。
² 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℃） θZr —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θ2与给定值θZr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Σ2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：

θZ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
θZ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。
（２） 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→θZ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θZ下降（低于给定值时）→ΔθZ上升→（PI1）挡板上升→VG上升→ΔθZ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θZ＞θZr→通过调节，使挡板↓，VG↓→若挡板已关死，但θZ＞θZr则：1）不再进行烟气再循环 2）经偏差报警装置，报警（-P2，ΔG/ΔD），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。∣ΔθZ∣＞Δ时，才能进行喷水。
比例偏置器±Δ表示，只能当θZ高出θZr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（=30~40S，TC=40~100S）
（2）蒸气量D（=10~20S，TC=40~100S）
（3）烟气侧扰动（=10~20S，TC=40~100S）
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:①首先按希望的等效对象确定主调节器的
②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:
①按希望的等效对象,确定实际的微分环节。对象怎样选择??
②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.