超临界机组协调控制系统的分析与设计毕业设计论文

毕业设计说明书(论文)专业：热能与动力工程(火电厂集控运行)题目：超临界机组协调控制系统的分析与设计毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。的规定，即：按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。毕业设计说明书(论文)中文摘要火电厂超临界机组协调控制系统是一个多变量被控对象，具有非线性强、参数时变大、迟延等特性，针对这些特性，需然后对控制算法进行改进，使系统更加稳定的运行。响因素进行了总结，分析了超临界机组的动态特性以及超临界机组在100%负荷下的动态数学模型；再次，通过对该超临界机组数学模型相对增益的计算，结果表明，该系统是以汽机跟随为基础的协调控制系统；然后，分别采用前馈解耦和对角阵解耦两种方法对超临界机组协调控制系统进行了仿真研究，比较解耦后与解耦前以及等效单回路的阶跃响应曲线；最后，对机组的控制效果进行改进，利用积分分离PID控制算法对超临界机组100%负荷模型进行了仿真研究，并与常规PID控制算法进行了比较，结果表明：积分分离PID控制算法比常规PID控制算法能够显著降低系统的超调量，使系统更趋与稳定运行。毕业设计说明书(论文)外文摘要nonlinear,time-varyingpara 南京工程学院毕业设计说明书(论文)前言 1 2 2 2 3 4第二章机炉协调控制系统概述 6 62.1.1协调控制系统的基本策略 8 2.2.1超临界机组协调控制系统的特点 2.2.2超临界机组协调控制系统的数学模型 3.1概述 3.2前馈补偿解耦法 3.3对角矩阵法 3.4解耦控制效果比较 3.4.1模型降阶51 3.4.2前馈补偿法开环解耦控制效果比较 3.4.3对角矩阵法开环解耦控制效果的比较 3.5小结 4.1机跟炉协调控制系统 4.1.2补偿汽机侧扰动的机跟炉协调系统 南京工程学院毕业设计说明书(论文)4.2.1补偿锅炉侧扰动的炉跟机协调系统 4.2.3实现双向补偿的炉跟机协调系统 第五章协调控制系统的仿真研究与分析 5.1解耦后单回路控制系统的整定 5.2前馈法闭环解耦与等效单回路控制效果的比较 5.2.1前馈法闭环解耦后的整定 5.2.2前馈补偿法闭环解耦控制系统与等效单回路控制系统的仿真比较725.3对角矩阵法闭环解耦与等效单回路控制效果的比较 5.3.1对角矩阵法解耦后的整定 5.3.2对角矩阵法解耦控制系统与等效单回路控制系统的仿真比较 第六章改进积分算法的协调控制系统仿真研究 6.1采用积分分离PID控制器的仿真研究 第七章结论 参考文献 致谢 南京工程学院毕业设计说明书(论文)前言众所周知，我国现阶段正处在电力建设的高峰期。根据国家的“十一五”电力规划，2010年发电装机将要达到5.8～6亿千瓦左右，其中火电在4亿千瓦以上，“十一五”电力安排投产在1.65亿千瓦左右，而其中火电为8500万千瓦，到2020年全国规划装机容量预计达到9～9.5亿千瓦左右，其中63%为火电装机容量。而现阶段300MW、600MW等大容量、高参数、单元制机组已经成为火力发电的主力机组，1000MW也已陆续投入生产。目前，超临界机组是我国新建或扩建火力发电厂的主流机组，随着越来越来多的大容量、高参数机组的投运，现代化电力生产对机组运行安全性、经济性要求的提高，使其自动化水平也得到了很大的提高，自动化已经在生产过程中起到了至关重要的作用。超临界机组是以汽水一次循环为特征的直流锅炉，是强耦合、非线性、多参数的被控对象，必须同时考虑锅炉惯性较大，汽机反应较快的特点，将机炉看作联系紧密的一体化对象，采用协调控制(CCS)策略；单元机组协调控制系统是在常规的机炉局部控制系统的基础上发展起来的复杂控制系统，具有多种控制功能，能够满足不同运行方式和不同工况下的控制要求。随着技术的发展，对单元机组控制提出更高的要求，研究单元机组协调控制系统，将有助于提高火电厂的自动化程度和安全经济运行水平，因此具有很重要的现实意义；又由于协调控制系统的被控对象是一个多变量被控对象，具有非线性、参数时变、大迟延等特性。而且机、炉耦合严重，机、炉响应特性差异巨大，精确的数学模型难于得到，常规机炉协调控制系统的控制策略远远不能满足电网对单元机组协调控制系统的要求。因此，需要对单元机组协调控制系统的被控对象特性及控制策略进行深入研究。第一章绪论近年来，随着我国电力工业体制改革及电力建设步伐的加快，长期制约国民经济发展和人民生活水平提高的电力紧缺问题基本得到缓解。但是，由于用电结构发生明显变化，电网负荷峰谷差呈不断增大趋势，电力系统面临着电网峰谷差偏大、调峰能力不足的矛盾。电网AGC控制对单元机组提出了深度调峰的要求。对单元机组来说，也就是对其协调控制系统的控制品质提出了更高的要求。主要包括：大范围的负荷变动，良好的负荷动静态跟踪性能、稳定性单元机组协调控制系统把锅炉和汽轮机发电机组作为一个整体进行控制，采用了递阶控制系统结构，把自动调节、逻辑控制、联锁保护等功能有机的结合在一起，构成一种具有多种控制功能，满足不同运行方式和不同工况下控制要求的综合控制系统。单元机组协调控制系统的设计充分利用了机炉对象特性方面的特点，采用了前馈、补偿、多变量解耦等控制策略，使控制系统具有合理、可靠、易于维护调整等优点。传统意义上的协调控制有两种划分方式：一种是根据系统发展的基础按照机跟炉或炉跟机的方式来划分。另一种是从能量平衡的观点出发，将协调控制系统分为直接能量平衡(DEB)和间接能量平衡系统(IEB)两大类。协调控制的本质就是维持机组在运行过程中机炉之间供需能量的平衡。通常把机前压力P:作为锅炉输出能量与汽机需求能量之间平衡的特征参数。通过控制间接参数来维持整个机组能量平衡的系统，称为间接能量平衡系统。通过构造出能量平衡信号，并以此直接控制能量输入的系统，称为直接能量平衡系统[01]。从目前工程领域的应用来看，无论是直接能量平衡协调控制系统还是间接能量平衡协调控制系统都属于近似解祸设计方法范畴。这类系统通常具有以下局限性：(1)间接能量平衡协调控制系统的设计往往是在机炉独立控制回路的基础非线性及大范围适应性等。1.2.1国内外协调控制的应用现状国内众多电厂已成功地应用了国外的控制系统。广东沙角发电厂A厂3号机组采用德国Hartmann&Braun公司的Symphony分散控制系统，其协调控制方厂6号和7号机组采用美国西屋公司的WDPF分散控制系统作为硬件平台，电厂3号机组采用了SIEMENS公司的Teleperm-Xp分散控制系统，协调控制满意的效果[08]。美国的L&N公司首先发明了DEB的控制方案，其协调控制方式基本以DEB为主而美国的FOXBORO公司的协调方案也是以DEB为主。对于日本的日立公司的HAICS-1000协调控制系统以锅炉跟随为基础，从能量的角度来看它以功率指令信号作为前馈，所以它也是能量间接平衡系统(IEB)。为主。1.3研究内容与研究计划(1)协调控制系统的控制方案综述协调控制系统按反馈回路分类，可分为以机跟炉为基础和以炉跟机为基础的协调控制系统。由于纯粹的机跟炉和炉跟机系统都有较大单元机组中一般都加入前馈补偿信号作为机炉彼此协调动作的联系。从前馈回路的设计不同，可分为按指令信号间接平衡(IEB)的系统和直接能量平衡(DEB)的系统。(2)协调控制系统被控对象的模型分析单元机组协调控制系统的被控对象是一种存在强烈耦合特征的、复杂的多变量系统。受控过程是一个多输入、多输出的过程，并在输入与输出之间存在着交叉的关联和耦合。由于直流锅炉单元机组就是三输入三输出的被控对象，化，传递函数的微分环节具有快速随动性，因此解耦的过程中可将其忽略，从(3)对协调控制系统对象进行解耦研究由以上的分析可知，单元机组协调控制系统是以锅炉燃料量、汽轮机阀门控制系统之间存在耦合时，当各控制参数设置不合适的时候会引起系统间的干涉振荡，以至于系统无法正常运行。所以，分析控制系统的动态特性，减弱系统间的耦合，是系统设计的一个重要内容。(4)协调控制系统的控制器的选型与参数整定以机炉为被控对象的多变量系统经解耦后，可作为单回路控制系统进行研究。本毕业设计对于单回路控制系统结构的控制器结构选型和控制器参数的整定进行了仿真研究。(5)用积分分离PID控制算法对协调系统的研究往往引起系统产生较大的超调和长时间的波动。采用积分分离PID控制算法第二章机炉协调控制系统概述2.1协调控制系统概述[12]简单地说，机炉协调控制系统主要完成以下功能：(1)接受电网中心调度所的负荷自动调度指令、运行人员的负荷指令和电适应电网负荷变化的需要。(2)协调锅炉和汽轮发电机的运行，在负荷变化率较大时，能维持两者之间的能量平衡，保证主蒸汽压力稳定。(3)协调机组内部各子系统(燃料、送风、炉膛压力、给水、蒸汽温度等控制系统)的平衡。在负荷变化过程中使机组的主要运行参数在允许的工作范围内，以确保机组有较高的效率和可靠的安全性。能力受到限制的异常情况下，可根据实际情况，限制或强迫改变机组负荷。协调控制系统的结构如图2-1烦差信号负荷指令值死员指企管理系统单元机组机炉主控制器图2-1协调控制系统的结构机炉协调控制系统一般由协调主控系统及与协调主控系统相关的锅炉汽机控制子系统组成，如图2-2。南京工程学院毕业设计说明书(论文)上下限设定上下限设定RU/RD/RB确认目标指令实发功率机前压力电网频率锅炉子系统状态锅炉子系统(燃烧、控制系统方式选择机前压力设定滑压定压选择机组指令重要参数显示运行方式显示系统报警显示机组指令处理汽轮机子系统状态汽机指令监控管理机炉主控锅炉图2-2协调控制系统的组成协调主控系统主要由三部分组成：第一部分为机组指令处理回路，用以协调机组能力与电网需求的平衡，根第二部分为机炉主控系统或机炉主控制器，根据机组功率指令ULD、机组的运行工况、运行方式以及机、炉不同的动态特性，协调锅炉与汽轮机间的能量平衡，提供机组级的输出功率与机前压力联合控制，从而使机组的负荷适应性与运行稳定性兼优。第三部分为协调子系统。协调主控系统输出的锅炉指令和汽轮机指令，分别控制锅炉、汽轮机的各子系统—燃料、送风、引风、给水、喷水….…以及汽轮机阀位。对主控系统来说，各子控制系统均相当于伺服系统或随动系统。要实现机组协调控制，首先必须使锅炉、汽轮机子系统运行正常，也就是说要提南京工程学院毕业设计说明书(论文)高基础自动化水平。2.1.1协调控制系统的基本策略从不同的观察角度，协调控制系统的划分不尽相同。但最常用的有两种：1、按系统结构划分，主要有以锅炉跟随为基础的协调控制系统、以汽机跟随为基础的协调控制系统和汽机机炉协调控制系统；2、按能量平衡关系，主要有间接能量平衡系统(IEB)和直接能量平衡系统一、以锅炉跟随为基础的协调控制系统这种协调控制系统是在锅炉跟随控制系统基础上增加相应的环节形成的，原理如图2-3所示：图2-3以锅炉跟随为基础的协调控制系统正常运行时汽轮机侧闭环调功、锅炉侧闭环调压+ULD前馈。图中，F(t)一般为超前-滞后环节，它一方面使燃烧率指令μB随给定功率变化而没有迟延，另一方面对给定功率的微分超前调节作用，有利于改善锅炉对功率的响应特性。环节F(x)为带有死区的非线性环节有利于提高协调控制系统的稳定性。若负荷变化速度过快或燃料扰动过大，造成机前压力偏差超过F(x)的不灵敏区△时，汽轮机侧即由调功率转入压力拉回方式，确保压力波动在规定的死区范围之内。死区的大小决定了蓄能的利用，兼顾负荷适应性与运行稳定性，斜率的选择取决于压力偏差动态校正的速度。二、以汽机跟随为基础的协调控制系统这种协调控制系统在汽机跟随控制方式的基础上，允许汽压在一定范围内波动，原理方框图如图2-4所示。图2-4以汽机跟随为基础的协调控制系统汽轮机侧同时闭环调压调功+ULD前馈、锅炉侧闭环调功+ULD前馈。为了克服单纯汽轮机跟随控制方式时负荷响应慢及功率波动大的缺点，在汽轮机侧同时加入了功率偏差信号，分析入下：(1)外扰时的蓄能应用功率指令同时送机、炉两侧，合理利用锅炉蓄能，提高了机组的负荷响应。汽轮机侧PI调节器输入为[P-K(ULD-N]-P,,可理解为负荷变化(增加)时，动态改变(降低)了压力定值，以放出蓄能。功差项K(ULD-N)就是加负荷时压力定值的动态降低量。若负荷变化超过规定，对K(ULD-N)信号设置有F(x)予以限制，以免机前压力偏差超过允许范围。F(x)模块的斜率K,就是一个外扰动态过程锅炉蓄能利用程度参数。(2)内扰时扰动单向补偿设计交叉环节F(x),使之满足则理论上基本消除了炉对机的影响，实际中一般取这样，燃料扰动(增加)时，功率信号(增加)抑制了汽轮机控制回路由于机前压力(增加)要开大阀门的动作，减少了功率的波动，有利于系统的稳定。实际系统中，考虑到机组各种运行工况及辅机情况，一般设计有多种运行方式，并具有无扰切换功三、机炉协调控制方式机炉协调控制方式最早是在20世纪50年代提出的，但其是在60年代末，随着电动液压控制的发展而得到应用。不管是炉跟随还是机跟随控制方式，都是采取机炉分工、先后动作的配合方式，而对于变动负荷的机组负荷控制，必须遵循负荷协调控制原则的协调控制方式。当外界负荷发生变化时，负荷指令同时送到机、炉主控制器，对汽轮机和锅炉发出负荷控制指令，改变汽轮机的进汽量和锅炉的燃烧率，利用锅炉的蓄能快速响应负荷需求，同时通过改变燃烧率从而改变进入锅炉的能量，保持机组输入能量与输出能量的平衡。同样，当主蒸汽压力产生偏差时，机、炉主控制器同时接受指令信号对汽轮机和锅炉进行操作，一方面改变锅炉的燃烧率，补偿蓄能的变化，另一方面适当改变汽轮机的进汽门的开度，控制蒸汽流量，维持主汽压力的稳定。其原理图如图2-5所示。锅炉No汽机汽机图2-5单元机组机炉协调控制方式2.2协调控制系统的数学模型分析由于不存在汽包的缓冲，超临界直流锅炉的热水段、蒸发段和过热段之间没有固定界限，水汽转换一次性完成，所以具有很多与亚临界汽包锅炉不一样的对象特性，而这些特性与机组的运行方式及控制策略密切相关。在分析和研究超临界机组的控制策略之前，我们首先需要分析和研究超临界机组的对象特第11页超临界参数锅炉与亚临界汽包锅炉在自动控制方面有所不同，其原因是直流锅炉与汽包锅炉之间的差别。超临界参数锅炉是指过热器出口主蒸汽压力超过22.129MPa,理论上认为，在水的状态参数达到临界点时，水的汽化会在一瞬间完成，即在临界点时饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的二相区存在，也就是说二者的各项参数不再有区别。由于在临界参数下汽水密度相等，在超临界压力下无法维持自然循环，因此超临界锅炉必须是直流锅炉。随着锅炉朝排污量也相应减少，经济效益十分明显。超临界机组与亚临界汽包锅炉结构和(1)机组启动系统首先要建立启动压力和启动流量，保证给水能连续通过回收锅炉启动初期排出的热水、汽水混合物、饱和蒸汽以及过热度不足的过热(2)超临界直流炉没有汽包环节，给水经加热、蒸发和变成过热蒸汽是一发点会自发地在一个或多个加热区段内移动，汽水之间没有一个明确的分界点。这要求控制系统更为严格保持各种比值的关系(如给水量/蒸汽量、燃料量汽压维持比较困难。(4)直流炉由于汽水是一次完成的，因而不象汽包炉那样。汽包在运行中汽包中的存水和空间容积暂时维持锅炉的工质平衡关系，以保持各段受热面积不变。这使得直流炉汽机与锅炉之间具有强烈的耦合特性，整个受控对象是一多输入多输出的多变量系统。(5)强烈的非线性是超临界机组又一主要特征。超临界机组采用超临界参数的蒸汽，其机组的运行方式采用滑参数运行，机组在大范围的变负荷运行中，运行压力10-25MPa之间。超临界机组实际运行在超临界和亚临界两种工况下，在亚临界运行工况给水具有加热段、蒸发段与过热段三大部分，在超临界运行工况汽水的密度相同，水在瞬间转化为蒸汽，因此超临界运行方式临界运行方式机组具有完全不同的控制特性，超临界机组是一种特性复杂多变的被控对象，随着机组负荷的变化，机组的动态特性参数亦随之大幅度变化。如燃水比调节的温度对象，在负荷变化50～100%范围内，增益变化达5～6倍，时间常数的变化也有3倍左右。由于超临界直流炉的强非线性，常规的控制策略难以达到良好的控制效果。因此需要大量采用变参数PID,变结构控制策略，以保证在各个负荷点上控制系统具有良好的效果。具有运行经济性高、负荷适应性强的特点，是我国未来大型火电机组的发展方超临界直流锅炉对象特性的变化体现在汽水系统中，而制粉系统、风烟系统、汽轮机调门、汽轮机动态环节同汽包锅炉是一致的。当风烟系统特性忽略后，仍然可以将超临界直流炉划分为制粉环节和锅炉核心环节，只不过锅炉核心环节是三入三出的。各种扰动下输出的响应曲线如图2-6所示。1.汽轮机调门开度阶跃增加扰动在汽轮机调门开度阶跃增加扰动下，各个输出变量变化为：机前压力降低导致锅炉蓄热释放，机组负荷增加，由于燃料量和给水流量没有变化，锅炉释放出蓄热后，经过一段时间后机组负荷恢复到原来的水平；机前压力随着锅炉蓄热的释放逐渐降低最后稳定；中间点温度在蒸汽流量增加后略微降低，由于燃料量和给水流量没有变化，随着蒸汽流量恢复回升到原来的水平。2.燃料量阶跃增加扰动在燃料量阶跃增加扰动下，各个输出变量变化为：锅炉各个受热面吸热增加，导致附加蒸发量增加，机组负荷上升，由于给水流量没有增加，在附加蒸发量蒸发完毕后，蒸汽流量开始降低，过热汽温上升，减温水系统增加喷入减温水流量以维持过热汽温，实际蒸汽量增加，机组负荷增加到与燃料量相对应的水平；由于蒸汽量增加而汽轮机调门开度不变，机前压力上升至一定水平；由于燃水比增加，蒸发段提前，中间点温度上升至一定水平。3.给水流量阶跃增加扰动南京工程学院毕业设计说明书(论文)第13页减温水系统减少喷入减温水流量以维持过热汽温，最终使负荷恢复到原来水平；同样由于附加蒸发量增加，使机前压力先增加，由于减温水流量减少，最终恢复到原来水平；由于燃水比减小，蒸发段延后，中间点温度下降至一定水图2-6超临界直流锅炉动态特性曲线三、超临界机组协调控制特点1.机、炉控制耦合汽轮机和锅炉之间的非线性耦合是超临界机组难点之一，常规的控制系统汽包等参数集中的储能元件，在直流运行状态汽水之间没有一个明确的分界点，给水从省煤器进口就被连续加热、蒸发与过热，根据水、湿蒸汽与过热蒸汽物理性能的差异，可以划分为加热段、蒸发段与过热段三大部分，在流程中每一段的长度都受到燃料、给水、汽机调门开度的扰动而变化，从而导致了功率、压力、温度的变化。另外，由于没有汽包的缓冲，超临界锅炉动态特性受末端阻力的影响远比汽包式锅炉大。主汽阀开度一方面控制汽轮机功率，一方第14页面改变了锅炉的被控特性，这和汽包锅炉的情况不同。例如当汽轮机负荷增加时，汽轮机功率调节器会增大汽机主蒸汽阀开度，增大汽轮机进汽量，由于锅炉的响应速度较慢，无法及时产生足够蒸汽，从而使机前压力降低，阻碍了汽轮机进汽量进一步增大。为了获得更多进汽量以满足负荷需求，汽轮机功率调节器会进一步开大调节汽门，导致机前压力进一步降低，最终形成恶性循环。对于汽包锅炉，由于汽包的蓄热较大，可利用汽包的蓄热满足汽轮机超调的需求，使主汽压力不致产生过大波动。对采用直流锅炉的超临界机组而言，由于锅炉的蓄热相对较小，难以按足汽轮机的需求，从而使主汽压力大幅度变化，降低了控制质量。a.汽机扰动对锅炉的耦合特性直流锅炉汽水一次性循环特性，使超临界锅炉动态特性受末端阻力的影响远比锅筒式锅炉大。当汽机主汽阀开度发生变化，影响了机组的功率，同时也直接影响了锅炉出口末端阻力特性，改变了锅炉的被控特性，由于没有汽包的缓冲，汽机侧对直流锅炉的影响远大于对汽包锅炉的影响。其特性不但影响了锅炉的出口压力，而且由于压力的变化引起了给水流量的变化，延长了锅炉侧汽水流程的加热段，导致了温度的变化。b.锅炉燃料扰动对压力、温度、功率的影响燃料发生变化时，由于加热段和蒸发段缩短，锅炉储水量减少，在燃烧率扰动后经过一个较短的延迟蒸汽量会向增加的方向变化，当燃烧率增加时，一开始由于加热段蒸发段的缩短而使蒸发量增加，也使压力、功率、温度增加。c.给水扰动对压力、温度、功率的影响当给水流量扰动时，由于加热段、蒸发段延长而推出一部分蒸汽，因此开始压力和功率是增加的，但由于过热段缩短使汽温下降，最后虽然蒸汽流量增加但压力和功率还是下降，汽温经过一段时间的延迟后单调下降，最后稳定在一个较低的温度上。d.被控参数之间的耦合关联在直流锅炉中，压力控制是最重要的被控对象，因为压力的变化不仅影响机组负荷的变化，还会影响给水流量的变化，从而导致对温度的影响。从上面的分析可以看出，直流锅炉的一次循环特性，使机组的主要控制参数功率、压力、温度均受到了汽机调门开度、燃料量、给水量的影响。从而也说明直流锅南京工程学院毕业设计说明书(论文)炉是一个三输入/三输出相互耦合关联极强的被控特性。2.非线性特性强机组在大范围的变负荷运行中，压力运行在10MPa~25MPa.之间。超临界机组实际运行在超临界和亚临界两种工况下。在亚临界运行工况下，给水具有加热水在瞬间转化为蒸汽。由于超临界和亚临界区工质物性的巨大差异，以燃烧率下锅炉蒸发段(或相变点)位置的迁移等因素的影响，机组的动态特性变的被控对象，远比常规的亚临界机组难于控制。3.燃水比难于控制超临界机组控制的重点在于锅炉的燃水比调节。由于燃水比变化时出口汽温的响应迟延很大，因此不能用出口汽温来作为燃水比调节的反馈量。与汽包锅炉机组调节系统相比，超临界机组给水调节系统类型繁多，但现有控制方案仍各有不足，不能满足变压运行与大范围负荷变化的要求。2.2.2超临界机组协调控制系统的数学模型超临界单元机组可以看成一个三输入三输出的多变量调节对象，如图2-7所示。考虑锅炉主要调节量(汽机调门开度μT、给煤量B、给水量W)对功率N、主汽压P、主汽温T、中间点焓值H的影响。负荷给水量主汽压力超临界机组图2-7超临界机组控制系统的输入、输出由于汽机阀门开度对中间点焓值影响很小可以近似忽略。给水功率影响不大也可忽略不计。则其动态模型可以简化如图2-8所示。第16页十十++++W十N图2-8某厂1000MW燃煤机组在100%负荷上的动态数学模型一、超临界机组数学模型的建立模型的选取与编码[04]在100%负荷下的汽轮机调节阀开度μT、给水量W、给煤量B作为辨识输入数据，主汽压力P、汽轮机实际输出功率N、由汽水分离器出口压力(中间点压力)和汽水分离器出口温度(中间点温度)经华北电力大学能源与动力工程系开发的水和水蒸汽IAPWS-97标准计算程序计算得到的中间点焓值H分别作为辨识输出数据。根据热工过程阶跃响应曲线和超临界机组动态特性G₁₁(s)、G₁₂(s)、G₂₁(s)、南京工程学院毕业设计说明书(论文)第17页本文辨识所用到G(s)的数据均来自某1000MW超临界机组运行的实际汽机输出功率在100%工况附近小范围变化的一段。数据的采样周期为3s,共600组。本文使用的量纲为：功率N:MW;主汽压力P:MPa;中间点焓值H:kJ/kg;给煤量B:t/h;给水量W:t/h。对各组数据进行去噪处理后通法。例如给煤量数据去噪MATLAB实现语句为：X=wden(B,'rigrsure','s',m'ln',MBestS=157.6942,3.1904,42.2122,0.3027,10.5315,1.9382,4.945,8783,94.4774,22.7701,128.0847,105.3025,87.795875.0311,41.2927,105.7540,145.7527,30.4466,即100%负荷下的传递函数为：(17)南京工程学院毕业设计说明书(论文)分别对汽机调门开度阶跃变化+1,给煤量阶跃变化+1t/h,则在100%工况下功率、主汽压力、中间点焓值输出响应分别如图2-9、2-10所示。十十1N11+1111H111价BP+1、汽机调门开度μ阶跃变化+1%响应曲线，如图2-9所示：南京工程学院毕业设计说明书(论文)3210(a)功率响应曲线00(a)压力响应曲线图2-9汽机调门开度阶跃变化+1%响应曲线2、给煤量B阶跃变化+1t/h响应曲线，如图2-10所示(a)功率响应曲线南京工程学院毕业设计说明书(论文)第20页(b)压力响应曲线220(c)中间点焓值响应曲线通过图2-10与图2-6的比较发现，此处选择的数学模型的阶跃响应曲线与超临界机组的动态特性基本有一致，是符合超临界协调控制系统的数学模第21页第三章多变量耦合系统概述超临界机组协调控制系统是一个多变量控制系统，从理论上说，完全可以按多变量控制理论进行控制系统的设计。但由于受控对象数学模型的精度不高、控制器结构复杂、设计方法不便于工程技术人员掌握等条件限制，目前直接按照多变量控制系统分析设计理论进行单元机组协调控制系统的设计与综合，还处于初级阶段。但随着多变量控制技术的发展与完善及计算机控制系统的广泛应用，这一问题将逐步得到解决。当回路间存在严重耦合时，即使采用最好的回路匹配也得不到满意得控制效果。一种简单、有效解决方法是对系统进行解耦。解耦的本质在于设计一个计算网络，用它去抵消过程中的关联，以保证各个单回路控制系统能独立工作。下面我们以某厂1000MW超临界机组在100%负荷下协调控制系统的三输入(汽轮机调门开度μT、给煤量B、给水量W)三输出(功率N、主汽压P、主汽温T、中间点焓值H)的数学模型进行解耦控制。P=μTG₂1+BG₂2+WG₂3南京工程学院毕业设计说明书(论文)第22页对于一个三输入三输出的多变量系统，假设y是包含系统所有被调量他调节量都保持不变的情况下，得到开环增益y=PL道的开环增益，记作矩阵Q。它的元素qij的静态值称为μj到y;通道的第二放南京工程学院毕业设计说明书(论文)第23页第二放大倍数分别为：南京工程学院毕业设计说明书(论文)故同理可得：所以该系统的相对增益矩阵人为：南京工程学院毕业设计说明书(论文)第26页所以系统的静态相对增益为：即由上述相对增益可可发现：表明静态时：由y₁和μ₂组成的控制回路与其他回路之间没有关联；由y₂和μ组成的控制回路与其他回路之间没有关联；由y₃和μ₃组成的控制回路与其他回路之间没有关联；而λ,(λ,Z₃,22,23,A₃1,A₃)=0,则表明不能用μ,来控制y,。根据静态相对增益，得到静态时系统的单回路控制系统如图3-1:图3-1根据静态相对增益得到单回路控制系统根据相对增益矩阵，可将该机组100%负荷下的数学模型转化为如图3-2形式：南京工程学院毕业设计说明书(论文)++++十W图3-2根据相对增益调整后的数学动态模型3.2前馈补偿解耦法前馈补偿法是自动控制中最早出现的一种克服干扰的方法，同样适用于解耦控制系统。图所示为应用前馈补偿器来解除系统间耦合的方法，假定从μ到Ha通路中的补偿器为D,从W到μ2通路中的补偿器为D₂₃,从B到μ2通路中的补偿器为D₂₂,从B到μ通路中的补偿器为D₃₂,利用补偿原理得到图3-3:南京工程学院毕业设计说明书(论文)3.3对角矩阵法南京工程学院毕业设计说明书(论文)第29页出解耦器的数学模型，先写出该系统的传递矩阵G(s)。由静态相对增益，原控制图形进行了调整，调整后的传递矩阵为：被调量yi和调节量μi之间的矩阵为：调节量M;(s)与调节器输出Mci(s)之间的矩阵为：将(2)式代入(1)式得到系统传递矩阵为：对角矩阵综合法即要使系统传递矩阵成为如下形式：将(3)式和(4)式相比较可知，欲使传递矩阵成为对角矩阵，则要使如果传递矩阵G(s)的逆存在，则将式(5)式两边左乘G(s)矩阵之逆矩阵得到解耦器数学模型为：南京工程学院毕业设计说明书(论文)第31页将解耦器带入上图，发现：(D₁G₁₂+D₂₁G₁₁)Mc₂=0;说明y₁将不再受Hc₂的影响将不再受μ的影响(D₂₂G₂₁+D₁₂G₂₂)Mc₁+(D₂₃G₂₁+D₃₃G₂₃)Mc₃≠0;说明完全对角矩阵法解除不了He、H₃对y₂的影响，故不能达到完全解耦，不行形成单回路控制系统。由系统的传递函数可发现，G₁₁、G₂₃为微分环节，当系统处于静态时，其输出为0,在此不考虑对其进行解耦，所以对该控制系统进行部分对角矩阵法解耦，解耦器设计如图3-5所示：图3-5部分对角矩阵法解耦控制系统传递函数为：南京工程学院毕业设计说明书(论文)第32页被调量yi和调节量μi之间的矩阵为：调节量M;(s)与调节器输出Mci(s)之间的矩阵为：将(2)式代入(1)式得到系统传递矩阵为：对角矩阵综合法即要使系统传递矩阵成为如下形式：将(3)式和(4)式相比较可知，欲使传递矩阵成为对角矩阵，则要使如果传递矩阵G(s)的逆存在，则将式(5)式两边左乘G(s)矩阵之逆矩阵得到解耦器数学模型为：按式(6)就可以组成如图所示的解耦控制系统。将解耦器带入上图，发现：将不再受μ的影响则实现了控制系统的完全解耦，得到单回路控制系统，如图3-6所示：图3-6利用部分对角矩阵法得到的三个彼此独立的系统由单回路控制系统可发现，该燃煤电厂1000MW机组的协调控制系统为以汽轮机跟随锅炉为基础的协调控制系统。第34页3.4解耦控制效果比较3.4.1模型降阶5]带来方便。态。在MATLAB控制系统工具箱中提供了基于平衡实现降阶函数BALREAL和在MATLAB中，函数BALREAL的调用格式为为平衡对角线gram矩阵。在MATLAB中，函数MODRED用于系统降阶实现，其调用格式为阶后的系统；'mde'—降阶中保持增益匹配；'del'—降阶中不保持匹配。将系统状态空间模型转化成传递函数模型：南京工程学院毕业设计说明书(论文)为系统状态方程系数矩阵，返回结果den和num分别为传递函数分母和分子多项式系数向量。一、前馈补偿法解耦器的模型降阶由馈补偿法得到前馈补偿解耦器分别为：由于解耦器的阶次较高，故采用模型降阶的方法对解耦器进行降阶处理。用MATLAB对解耦器的传递函数进行编程，如下：den11=conv([8.8999,1den12=conv([94.47741],conv([22.77011den21=conv([105.3025den22=conv([8.29681den23=conv([75.03111],conv([41.29271南京工程学院毕业设计说明书(论文)den32=conv([145.75271],conv([30.44den33=conv([10.8201,1],conv([16.52-4.345e007s^4-2.707e006s^3-3.869e004s^2由sys1运行结果发现，分子阶次比分母高，故不能采用模型降阶的方式。在用MATLAB编写程序如下：%D22解耦器的模型降阶%求平衡实现系统sysb%求降阶系统模型%比较降阶前后系统阶跃响应南京工程学院毕业设计说明书(论文)运行结果为：>>[num2,den2]=ss2tf%D23解耦器的模型降阶运行结果为：>>[num3,den3]=ss2tf%求平衡实现系统sysb%求降阶系统模型%比较降阶前后系统阶跃响应%降阶求得系统状态空间模型所以模型降阶之后的解耦器为：(4)对D₃2解耦器进行模型降阶用MATLAB编写程序如下：%D32解耦器的模型降阶sysmde32=modred(sysb32,2:3,'运行结果为：>>[num4,den4]=ss2tf(a%求平衡实现系统sysb%求降阶系统模型%比较降阶前后系统阶跃响应%降阶求得系统状态空间模型所以模型降阶之后的解耦器为：二、对角矩阵法解耦器的模型降阶由对角矩阵偿法得到对角矩阵解耦器分别为：南京工程学院毕业设计说明书(论文)第39页由于D₂₂、D₃₂解耦器的阶次较高，故采用模型降阶的方法对解耦器进行降阶处用MATLAB对解耦器的传递函数进行编程，如下：den21=conv([105.302den32=conv([145.75271],conv([30.4466den33=conv([10.8201,1],conv([16.5258,(1)对D₂₂解耦器进行模型降阶用MATLAB编写程序如下：%D22解耦器进行模型降阶%求平衡实现系统sysb%求降阶系统模型第40页运行结果为：>>[num1,den1]=ss2tf%降阶求得系统状态空间模型所以模型降阶之后的解耦器为：%D32解耦器的模型降阶运行结果为：%求平衡实现系统sysb%求降阶系统模型%比较降阶前后系统阶跃响应%降阶求得系统状态空间模型南京工程学院毕业设计说明书(论文)>>[num4,den4]=ss2tf(a所以模型降阶之后的解耦器为：3.4.2前馈补偿法开环解耦控制效果比较当系统处于静态解耦时，解耦器分别为：(令s→0)系统处于静态解耦时的控制系统图3-7:南京工程学院毕业设计说明书(论文)0.00091111NP111111H图3-7前馈补偿法静态解耦控制系统系统处于动态解耦时的控制系统图3-8:南京工程学院毕业设计说明书(论文)十t十tN1111111111H1图3-8前馈补偿法动态解耦控制系统(1)当只有燃料量B改变时，观察静态、动态解耦后与解耦前原控制系统的负荷△N、主汽压△P、中间点焓值△H的阶跃响应曲线：35未加角器、加青静争耦器、全52a和加角辉者景20加青解誉告NoNNo051图3-9当△B=1,△u=0,△W=0时，解耦前后的阶跃响应曲线(2)当只有汽机调门开度μ改变时，观察静态、动态解耦后与解耦前原控制系统的负荷△控制系统的负荷△N、主汽压△P分的阶跃响应曲线：2禾加控制髫、加首静1控制公苦、1药南京工程学院毕业设计说明书(论文)6(3)当只有给水量W改变时，观察静态、动态解耦后与解耦前原控制系统的主汽压△统的主汽压△P、中间点焓值△H的阶跃响应曲线：tuureNo.FileEditVieWIrserta012图3-11当△B=0,△uT=0,△W=1时，解耦前后的阶跃响应曲线结论：通过上述三组解耦前后的阶跃响应曲线得出：1)解耦后的控制系统降低了耦合通道的影响，达到解耦控制的效果。2)动态解耦效果比静态解耦效果要好的多，动态解耦几乎完全消除了耦合通道的影响。将模型降阶之后的解耦器带入对角矩阵控制系统，观察其相应曲线与系统未加解耦器控制系统的比较。当系统处于静态解耦时，解耦器分别为：(令s→0)静态解耦时的控制系统图3-9:十十1111111+NHB0图3-12对角矩阵法静态解耦控制系统动态解耦时的控制系统图3-10:南京工程学院毕业设计说明书(论文)111N1+1P1111HrreNoFEd2粉加加查解6南京工程学院毕业设计说明书(论文)口-35a1NoA1D61(2)当只有汽机调门开度μT改变时，观察静态、动态解耦后与解耦前原控制系统的负荷△N、系统的负荷△N、主汽压△P的阶跃响应曲线：通6南京工程学院毕业设计说明书(论文)A0图3-15当△B=0,△μT=1,△W=0时，解耦前后的阶跃响应曲线主汽压△主汽压△P、中间点焓值△H的阶跃响应曲线：A④未加解耦器、加静解吊器南京工程学院毕业设计说明书(论文)D未加解耦、加静态解未郸号45通过上述三组解耦前后的阶跃响应曲线得出：3.5小结1、通过计算相对增益，得到系统静态控制时的单回路控制系统为：BIWPH机跟随为基础的协调控制系统。2、观察以上几组解耦前后的仿真曲线，可知：1)在△B=1,△μ,=0,△W=0情况下，无论是前馈解耦还是对角矩阵解耦，第52页而且动态解耦效果优于静态解耦效果是一个微分环节，它具有快速随动性，同时在前馈解耦时，由于D₁解耦器分子的阶次比分母高，故将D₁₁=0进行处理；在对角矩阵解耦时，因为G(s)的快速随动性，故在解耦器的设计时，将G₁(s)=0简化了其解耦器的设计，所以前馈解耦、角矩阵解耦的阶跃响应曲线都与解耦前原控制系统的阶跃响应曲线一致，△N的变化都是以一个幅值的波动之后3)在△B=0,△uT=0,△W=1情况下，通过图3-11与图3-16的比较发现，前馈解耦的动态解耦效果最好；由于△W到△P通道的传递函数G₂₃(s)是微分环节，具有快速随动性，在解耦器的设计时，将G₂₃(s)=0简化了其解耦器的设计，故对角矩阵解耦与解耦前原控制系统的阶跃响应曲线一致。3、由于传递函数中有微分环节的存在，所以在对角矩阵法解耦时没有达到完全解耦，通过前馈补偿法与对角矩阵法的比较发现，在该1000MW超临界协调控制系统的解藕控制的方案中，前馈补偿法解耦控制系统优于对角矩阵法的第四章协调控制系统的控制策略如前所述，协调控制系统是在简单的机炉控制系统基础发展起来的。按照控制方式的不同。这种简单的机炉控制系统可分为机跟炉方式和炉跟机方式两种。机跟炉控制系统的原理框图如图4-1所示。图4-1机跟炉控制系统的原理框图在机跟炉系统中，机组输出功率由锅炉给定，汽轮机主汽门开度调节主蒸汽压力。这种控制方式的主要缺点在于对机组负荷变化需求的响应速度慢。另外，当锅炉侧产生内部扰动时，导致机前压力P的变化和输出功率N的变化。这将引起主汽门开度μ和燃料量B的同时动作。正确的调节作用应当是由锅炉炉内部扰动时。会导致输出功率长时间的来回波动甚至振荡。因而，机跟炉控制方式既不适用于带变动负荷的运行工况，也缺乏有效地抑制锅炉侧内部扰动的能力。目前在机炉控制中还保留这种控制方式，主炉跟机控制系统的原理框图如图4-2所示南京工程学院毕业设计说明书(论文)十N十B+PspB+调节汽门锅炉指令图4-2炉跟机控制系统的原理框图这种控制方式的特点是机组对外负荷变化需求的响应性好。其实质是利用了机组内部的蓄热能量，满足外部负荷的需求。这一基本特点被广泛地应用于机炉协调控制系统中。然而，维持机炉能量的平衡，最终要由锅炉输入量的改变、保持机前压力。由于这种方式没有考虑机炉对象的耦合特性，系统品质就不会很理想。如果调节器参数整定不当，可能引起系统的振荡和不稳定。一般地，炉跟机方式在汽机侧局部故障时使用。尽可能消除机炉对象之间不利的耦合因素，并充分吸收机跟炉和炉跟机控制方式的特点，克服其存在的弱点和不足，使系统的控制品质得以改善和提高。下面简要介绍机跟炉和炉跟机系统基础上的IEB协调控制系统。4.1机跟炉协调控制系统4.1.1补偿锅炉侧扰动的机跟炉协调系统系统原理框图如图4-3所示。为叙述方便起见，统记为I系统。对锅炉侧扰动的补偿信号；引入功率定值信号作为锅炉前馈信号。当锅炉侧出现扰动，譬如进入锅炉的燃料量变化、或锅炉燃烧工况动时，将引起汽压和输出功率偏离给定值。依据功率偏差，锅炉调节器输出改变燃料量，以消除内部扰动。此时，并不希望汽机调节汽门动作。通过将功率偏差信号引入汽机调节器，利用机前压力P和实发功率N对燃料扰动反应曲线形状相似的特性，近似地使汽机调节器G₁上的功率偏差信号与汽压偏差信号相互抵消，保持汽机调节器的输出不变。这样，实现了锅炉侧扰动由锅炉调南京工程学院毕业设计说明书(论文)节器消除，而不引起汽机调节汽门不必要的动作。NN+十十∑G十μBPp△4.1.2补偿汽机侧扰动的机跟炉协调系统PpPpPT△D∑G调节汽门μ∑锅炉指令BNpN+△南京工程学院毕业设计说明书(论文)图4-4补偿汽机侧扰动的机跟炉协调系统(I2)在12系统中，机炉调节器的主信号仍与I1系统相同。由机炉动态特性可形状相似，方向相反。由此可以把机前压力P的微分信号引入至锅炉主调节器G₂中。当汽机侧扰动出现时，功率信号节作用来消除。器保持，功率由锅炉调节器保持，P经微分器D₃作为对汽机侧扰动的补偿信4.1.3实现双向补偿的机跟炉协调系统该系统的原理框图如图4-5所示，记为I3系统。△∑锅炉指令B调节汽门μ+++图4-5双向补偿的机跟炉协调系统(I3)I3系统与I2系统具有许多类似之处。—是这两个系统都属于以机跟炉为基础南京工程学院毕业设计说明书(论文)第57页4.2炉跟机协调控制系统4.2.1补偿锅炉侧扰动的炉跟机协调系统本系统记为I4系统，如图4-6所示。NNNp+△∑+μ△DB图4-6补偿锅炉侧扰动的炉跟机协调系统(I4)锅炉侧扰动可能引起的汽机调节器动作，使P的变化与N的变化相抵消。另P下降相当于削弱了功率指令Nsp的增加，起到限制汽机调节汽门过开的作用，对稳定机前压力有利。随着锅炉燃烧率的上升，使P恢复时，调节汽门况下，可起到稳定机前压力，保证机组安全的作用。但是也使机组响应外界负荷的速率受到了一定的限制。4.2.2补偿汽机侧扰动的炉跟机协调系统该系统框图如图4-7所示。记为I5系统。补偿汽机例扰动较理想的方案是I2系统。但是对于以炉跟机为基础的系统来说，汽机调节器本身就具有很强的消除汽机侧扰动的能力。因此，汽机侧扰动不致对锅炉调节器产生严重影响。这样，在汽机侧出现扰动的动态过程中，利用输出功率与机前压力响应方向相反的特点，简单地把功率偏差信号引入至锅炉调节器G₂,就构成了对汽机侧扰动补偿的功能。功率定值Nsp起到增强锅炉指令的作用。I5系统所实现的补偿比其它系统更为近似，但其特点是系统结构更加简单。NN△μBNp+△图4-7补偿汽机侧扰动的炉跟机协调系统(I5)4.2.3实现双向补偿的炉跟机协调系统如果在一个系统中同时考虑对汽机侧和锅炉侧扰动的补偿，就构成双向补偿的协调控制系统。补偿的作用实质是消除机炉对象特性存在的耦合。一个双向补偿协调控制系统原理框图如图4-8所示。记为16系统。I6系统的基本结构属于炉跟机系统。对于锅炉侧的扰动，采用了I4系统的补偿结构；对于汽机侧的扰动，采用了15系统的补偿结构。因为I6系统与I5系统都属于炉跟机方式，所以，采用把功率偏差信号简单地引入锅炉调节器的方法，可以粗略地对汽机侧扰动实现动态补偿。NspN十B+NpNspN十B+Np△+μBN图4-8双向补偿协调控制系统原理框图(I6)南京工程学院毕业设计说明书(论文)第60页第五章协调控制系统的仿真研究与分析衰减曲线法：衰减曲线法是在纯比例作用下将系统投入闭环运行，不断改变比例带δ(1)设置调节器整定参数T→0,To=0,δ置于较大的数值后，将系统投入闭环运行。(2)系统运行稳定后，适量减小比例带的数值并施加阶跃扰动(减小比例带是设法使系统达到所要求的衰减率),当系统达到所要求的衰减率时，记录当时对应的比例带δ,和振荡周期T。(3)根据比例带δ和振荡周期T,查如下表，该表是提衰减曲线法整定参数调节器中的各整定参数。按y=0.75的条件确定调节器的整定参数调节规律调节器传递函数8TP0.1T(4)将计算出的各整定参数值设置到调节器中，对系统作阶跃扰动试验，观解耦后的单回路控制系统如图5-1所示：BWPH图5-1解耦后等效单回路(一)常规单回路控制系统的整定：μ2=μ干④μ2=μ干④④④图5-2常规单回路控制系统的控制策略1、给煤量控制功率(B-N)单回路的整定根据衰减曲线法：,δ=100,将系统投入闭环运行。(2)系统运行稳定后，适量减小比例带的数值并施加阶跃扰动，当系统达到y=0.75时，记录当时对应的比例带δ和振荡周期T。数名称12344δ南京工程学院毕业设计说明书(论文)M110+0自户口的阔蹈曰简泵 所以：δ=0.62;T₅=1000将δ=0.744,T=500带入调节器，进行整定：数名称123δT南京工程学院毕业设计说明书(论文)11111M11+□口区□口区…整定方法同给煤量控制功率(B-N)单回路的整定方法一数名称1234δ南京工程学院毕业设计说明书(论文)第64页1+0pp自90的居图曰隔卡1所以：δ=-1.98;T=300根据按y=0.75的条件确定调节器的整定参数表，可计算得出：将δ=-2.376T,=150带入调节器，进行整定：数名称1234δ1111M南京工程学院毕业设计说明书(论文)1p1p11哈口口区汽机调门控制功率(μ-P)单回路的整定结束。整定方法同给煤量控制功率(B-N)单回路的整定方法一样：数名称1234δM南京工程学院毕业设计说明书(论文)11HH1所以：δ=-0.85;T,=100将δ=-1.02T,=50带入调节器，进行整定：数名称1234δT1111第67页+1热国品口福饭15.2前馈法闭环解耦与等效单回路控制效果的比较2.当δ=-4.2,T₁=150时；汽机调门开度控制主汽压力(μ-P)单回路的衰减率φ=0.75;3.当δ=-0.965T=50时；给水量控制中间点焓值(W-H)单回路的衰减率φ=0.75;南京工程学院毕业设计说明书(论文)1111111111十H图5-3静态解耦常规PID控制算法名次数δT1121口回区…8名次数δT112121(3)当W=1时，对仿真曲线H的整定：名次数δTM1121南京工程学院毕业设计说明书(论文)自9×0的遇昭日福诉1…B0+111111111111NPH图5-4动态解耦常规PID控制算法南京工程学院毕业设计说明书(论文)名次数δM1121台自9口的居蹈日安日口区名次数δ1121自9日风的国晒口南振1哈口口区南京工程学院毕业设计说明书(论文)名次数δ1121台自口网口的阔旧口口口区5.2.2前馈补偿法闭环解耦控制系统与等效单回路控制系统的仿真比较南京工程学院毕业设计说明书(论文)ViewInsortToolWIndowHeIc由户ja6图5-5当△B=1,△μ=0,△W=0时，△N解耦后与等效单回路的阶跃响应曲线PIDPID控制算法下与等效单回路常规PID控制算法的仿FlEdityiewIntTo常规控制系统图5-6当△B=0,△μT=1,△W=0时，解耦后与等效单回路的阶跃响应曲线中白H匮*卜偿法动态萍控制系武46图5-7当△B=0,△μ=0,△W=1时，解耦后与等效单回路的阶跃响应曲线很好，即通过前馈补偿解耦后系统等效为三个独立的单输入单输出系统。5.3对角矩阵法闭环解耦与等效单回路控制效果的比较5.3.1对角矩阵法解耦后的整定由解耦后单回路控制系统的整定得知：6.当δ=-0.965T=50时；给水量控制中间点焓值(W-H)单回路的衰减率φ=0.75;将解耦后单回路控制系统整定得到的衰减率φ=0.75时的δ、T值带入对角矩阵法的控制系统，进行整定，之后与等效单回路控制系统比较。一、对角矩阵法静态解耦器常规PID控制系统的整定南京工程学院毕业设计说明书(论文)B饵11D2211111111N1N1++111图5-8对角矩阵法静态解耦器常规PID控制系统名次数δT1121名次数δ1121自9×口的居喝口面标1(3)当W=1时，对仿真曲线H整定名次数δTM1121JH2…0二、对角矩阵法动态解耦器常规PID控制系统的整定：B训111N1N111+11111图5-9对角矩阵法动态态解耦器常规PID控制系统南京工程学院毕业设计说明书(论文)名次数δM1121口口区(2)当μ=1时；对仿真曲线P的整定：名次数811211南京工程学院毕业设计说明书(论文)第79页(3)当W=1时，对仿真曲线H整定名次数δM1121.较动态解耦常规PID控制算法下与等效单回路常规PID控制算法的仿真曲线的比较南京工程学院毕业设计说明书(论文)FileEditViewInsertToolsWi常规控制系统对角矩阵法静态解耦控制东统对角矩阵法动态解耦控制系统对角矩阵法静态解耦控制系统常规控制系统充对角矩阵法动态解糯控制系统084常规控制系统对角巨阵法动态解耦控制系统H很好，即通过前馈补偿解耦后系统等效为三个独立的单输入单输出系统。5.4小结1、在系统整定的过程中，此处衰减曲线性能的整定方法为衰减曲线法，直至整定到衰减曲线的衰减率y=0.75。2、观察前馈解耦、对角矩阵解耦与等效单回路的阶跃响应曲线发现，等效单△H形状基本相同，只是幅值稍有偏差，但最终趋于一致，所以可以将解耦回路等效为单回路。3、通过比较前馈解耦与等效单回路的阶跃响应曲线和对角矩阵解耦与等效单回路的阶跃响应曲线发现，前馈解耦的主汽压响应曲线△P、中间点焓值响应曲线△H与等效单回路的响应曲线完全重合，而对角矩阵法都是略有偏差，说的超临界机组的协调控制系统的前馈解耦控制优于对角矩阵解耦控制。南京工程学院毕业设计说明书(论文)第82页6.1采用积分分离PID控制器的仿真研究在普通PID控制中，引入积分环节的目的主要是为了消除静差。但在过程的启动、结束或大幅度增减设定时，短时间内系统输出有很大偏差，会造成PID运算的积分积累，致使控制量超过了执行机构可能允许的最大动作范围对应的极限控制量，引起系统较大的超调，甚至引起系统较大的振荡，这在生产过程中是绝对不允许的。积分分离控制基本思想是：当被控量与设定值偏差较大时，取消积分的作用，以免由于积分作用使系统稳定性降低，超调量增大；当被控量接近给定值时，引入积分控制，以便消除静态偏差，提高控制精度。其具体实现步骤如下：a)根据实际情况，人为设定阈值ε>0;b)当|error(k)|>ε时，采用PD控制，可避免产生过大的超调，又使系统有较快的响应；c)当|error(k)|≤ε时，采用PID控制，以保证系统的控制精度。β——积分项的开关系数一、常规PID和积分分离PID的比较仿真南京工程学院毕业设计说明书(论文) BWNP(一)△B→△N回路，常规PID控制与积分分离PID控制系统的比较1111N图6-1常规PID和积分分离PID的仿真比较框图111图6-2积分分离PID控制器南京工程学院毕业设计说明书(论文)图6-3常规PID和积分分离PID的比较仿真曲线某厂1000MW机组100%负荷下常规PID控制系统仿真曲线的性能指标名称调节稳定值峰值时间最大动态偏差调节时间衰减率超调量数值某厂1000MW机组100%负荷下积分分离PID控制系统仿真曲线的性能指标名称调节稳定值峰值时间最大动态偏差调节时间衰减率超调量数值11图6-4常规PID和积分分离PID的仿真比较框图南京工程学院毕业设计说明书(论文)1151151图6-5积分分离PID控制器积分分离PID1图6-6常规PID和积分分离PID的比较仿真曲线某厂1000MW机组100%负荷下常规PID控制系统仿真曲线的性能指标名称调节稳定值峰值时间最大动态偏差调节时间衰减率超调量数值某厂1000MW机组100%负荷下积分分离PID控制系统仿真曲线的性能指标名称调节稳定值峰值时间最大动态偏差调节时间衰减率超调量数值南京工程学院毕业设计说明书(论文)(三)△W→△H回路，常规PID控制与积分分离PID控制系统的比较13一13一小口11图6-7常规PID和积分分离PID的仿真比较框图图6-8积分分离PID控制器FigureFigureNo.11积分分离PID图6-9常规PID和积分分离PID的比较仿真曲线某厂1000MW机组100%负荷下常规PID控制系统仿真曲线的性能指标名称调节稳定值峰值时间最大动态偏差调节时间衰减率超调量数值某厂1000MW机组100%负荷下积分分离PID控制系统仿真曲线的性能指标名称调节稳定值峰值时间最大动态偏差调节时间衰减率超调量数值6.2小结100%负荷下常规PID控制系统△B→△N仿真曲线的性能指标名称调节稳定值峰值时间最大动态偏差调节时间衰减率超调量数值100%负荷下积分分离PID控制系统△B→△N仿真曲线的性能指标名称调节稳定值峰值时间最大动态偏差调节时间衰减率超调量数值100%负荷下常规PID控制系统△μ→△P仿真曲线的性能指标名称调节稳定值峰值时间最大动态偏差调节时间衰减率超调量数值100%负荷下积分分离PID控制系统△u→△P仿真曲线的性能指标名称调节稳定值峰值时间最大动态偏差调节时间衰减率超调量数值100%负荷下常规PID控制系统△W→△H仿真曲线的性能指标名称调节稳定值峰值时间最大动态偏差调节时间衰减率超调量数值100%负荷下积分分离PID控制系统△W→△H仿真曲线的性能指标名称调节稳定值峰值时间最大动态偏差调节时间衰减率超调量数值积分分离PID的仿真曲线与常规PID仿真曲线相比较可知，采用积分分离PID控制算法的仿真曲线的超调量明显比常规PID控制算法的超调量小，保证了系统的稳定性，提高了系统的控制性能。南京工程学院毕业设计说明书(论文)第七章结论本论文以单元机组的协调控制系统为研究对象。在