控制系统概述

大型火电机组热工自动控制系统电能锅炉汽轮机发电机电网机械能燃料水蒸汽锅炉控制系统汽轮机控制系统发电机控制系统协调控制协调自动发电控制系统火力发电过程控制系统概述第一部分控制系统概述第二部分单元机组控制一、自动化支撑：理论与技术从技术装置来看发展：1．三、四十年代基地式仪表2．五、六十年代单元组合仪表3．七十年代计算机控制国外，五十年代开始试验计算机控制

（1）DDC控制

（DirectDigitalControl直接数字控制）

（2）SCC控制（SupervisoryComputerControl监督计算机控制

）

（3）DCS控制（DistributedControlSystems分散控制系统）

厂级管理信息层(MIS)厂级监控信息层(SIS)ManagementInformationSystemSupervisorInformationSystem生产级监控层控制层现场层管理和生产过程控制结构测量、执行机构、对象过程控制站（分布式处理单元）运行操作站、工程师站（4）FCS控制（FieldbusControlSystem现场总线控制系统）

理论上看控制发展：

五十年代以前，理论基础是传递函数（经典控制），以简单控制系统为主。

六十年代，以状态空间分析方法为基础，现代控制理论应用。由于以线性系统为前提，但实际应用效果不好。第三代控制理论出现针对机理复杂，精确数学模型难以建立。理论上看控制发展：以专家控制系统、神经网络控制和模糊控制为主。

典型应用：MAXPower1000+

以专家系统，神经网络进行生产过程设备故障分析和性能分析。XDPS分散控制系统（新华控制工程公司）加入了模糊控制模块。OVATION分散控制系统(西屋）提供模糊控制、神经网络算法模块。二

热工自动化

自动检测顺序控制自动保护自动调节单元机组控制：机、炉、电为一整体

我国机组近年发展：300MW→600MW亚临界→600MW超临界→1000MW（660MW）超超临界一般600MW机组单元机组和公用系统I/O测点数量一般约8000~9000点；控制设备数量约为750~900个。（DCS系统）1000MW超超临界机组单元机组和公用系统I/0测点数量达到12000点左右，控制设备数量约为1100~1400个，模拟量控制回路数量和600MW机组无明显差别。控制系统四个部分：被控对象、检测变送、控制器、调节机构三、控制系统构成

控制系统分类

结构分：单变量控制系统、多变量控制系统工艺参数分：过热汽温控制系统、主蒸汽压力控制系统任务分：比值控制系统、前馈控制系统装置分：常规过程控制系统、计算机控制系统（DCS、FCS）闭环分：开环控制系统、闭环控制系统

控制系统的分类按给定值的不同来分类：1．

定值控制系统2．

随动控制系统3．程序控制系统四、控制性能指标四个常用指标

(1)衰减比和衰减率

(2)最大偏差和超调量（3）调节时间（控制时间）（4）

余差（静态偏差）五、被控对象动态特性

1、多输入单输出的被控对象

物质或能量

2多输入多输出系统

YUD多变量控制的耦合问题

热工对象一般特性

有自平衡能力对象

无自平衡能力对象

tUtYtY对象动态特性具有以下一些特点。（1）

被调量的变化是不振荡的（2）

被调量有迟延和滞后特性（3）

自平衡能力和无自平衡能力（4）描述对象的动态方程的参数有：放大倍数K、时间常数T、迟延时间τ。

六、控制策略

1、PID控制proportional—integral—derivativecontrolPID控制规律：

（1）

原理简单，使用方便。（2）

适应性强。（3）鲁棒性强。比例控制（P控制）

（一）控制规律：（二）特点：控制及时、但有差控制积分控制

（I控制）

（一）控制规律：

TI：积分时间

（二）特点：无差控制

消除余差，但稳定性变差（相对纯P控制）

（三）积分时间对过渡过程的影响

（纯I控制）

（四）

PI控制

I控制响应慢，工程上很少有单独使用，一般都是PI控制。P：粗调；I：细调微分控制（D控制）

（一）控制规律

Td：微分时间。实际上不单独使用（二）PD控制

实际PD：

（三）

PID.

2、其它控制策略（1）自适应控制（2）预测控制七、控制系统结构1、单回路反馈控制系统

放大系数对控制质量的影响

<1>

干扰通道的放大系数Kd越小越好

<2>如被控对象是线性系统，控制通道放大系数K,则对控制质量无影响。

时间常数和迟延时间对控制质量的影响

1、干扰通道时间常数Td和迟延τd的影响。

控制通道T和τ对控制质量的影响

T对控制质量的影响

控制通道时间常数太大，系统反映速度慢，工作频率下降，过程的持续时间较长。

T太小，反应过于灵敏，容易引起系统振荡。τ迟延对控制质量的影响测量元件和变送器特性对控制质量的影响

执行机构特性对控制质量影响

1调节阀在联管路中

（1）流量特性变化（2）可调范围减小2、调节阀在并联管路中（1）流量特性不变。（2）调节范围减小单回路控制系统的参数整定

①不测对象特性

测对象特性

整定基础

根与响应关系

整定要求：①

通过整定选择合适的参数，稳定(首要)②

有一定的稳定裕度（即衰减比），一般要求：4：1～10：1③

快速性，准确性（稳态偏差（余差）小，最大偏差小）2、

串级控制系统

给定主变送器副参数主对象副变送器副对象主调节器调节阀副调节器主参数二次干扰一次干扰串级控制系统的特点

(1)对进入副回路的二次干扰具有很强的克服能力。

(2)时间常数大大减小（副回路）(3)提高了系统的工作频率

(4)具有一定的自适应能力

3、前馈控制系统

反馈控制：总是落后于干扰作用，是不及时控制。

Gd(s)Gm(s)G(s)Y(s)D(s)前馈控制系统的形式

（1）静态前馈

（2）动态前馈

（3）前馈－反馈控制单纯前馈不能存在的原因（1）

完全补偿是不可能的，（a）精确模型要求；（b）实现很难（2）存在其他干扰，每一个干扰都建立前馈，系统复杂，难有实用价值，而且有的干扰无法测量，有的可测量，但测量惯性很大，这样无法消除其他干扰对被调量的影响。Gd(s)R(s)Gm(s)G(s)Y(s)D(s)Gc(s)前馈－反馈的优点：（1）

减化前馈控制系统，（2）

降低了对前馈调节器精度的要求，（3）控制精度高，控制及时，显著提高控制质量。前馈——串级控制

Gd(s)R(s)Gm(s)Gc2(s)Y(s)D(s)Gc1(s)G2(s)G1(s)另一种形式的前馈：针对(1)随动系统，R变化；（2）对象时间常数大

典型应用：燃料控制系统，协调控制系统，前馈形式是动态的微分形式。

R(s)Gm(s)G(s)Y(s)Gc(s)4