协调控制基本原理..doc

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协调控制基本原理.

第一节 协调控制系统CCS概述 CCS是一种连续的调节系统(Continuious Control System),被控的变量是模拟量。 电站的最终目标是满足电网负荷要求,要靠锅炉和汽轮发电机共同配合,由于两者特性有较大差异,所以为了既满足电网需求,又能使机组安全稳定运行,必须协调锅炉和汽轮机之间的运行,所以需要一种负荷协调控制系统(Coordinated Control System)。 这种系统往往是将被控量与设定值进行比较,经调节器运算后输出控制信号,使被控量发生变化,最终使被控量等于或接近设定值,系统是一个闭合的回路。所以又称其为闭环控制系统(Closed loop Control System)。 狭义上讲,CCS只是指负荷协调控制系统,广义上讲,单元机组上所有的连续调节系统都属于CCS。 电厂生产过程采用自动化技术已有较长历史,相对于其它工业部门具有较高的自动化水平,而且仍以较快的速度发展。促使这种发展的主要因素有: 随着大容量、高参数汽轮发电机组的出现,要求监控的参数越来越多,因此,自动控制系统已成为锅炉。汽轮发电机组不可缺少的组成部分。为了保证机组的安全、经济运行对自动化设备的可靠性,以及对自动控制系统的性能都提出了更高的要求。 电子技术的发展也为自动化提供了越来越完备的仪表和设备。特别是随着计算机控制技术的发展,微机分散控制系统(DCS),以其功能全面、组态灵活、安全可靠的优点,而被广泛应用于火电厂的自动控制。 下面先介绍一些基础知识。 1.自动控制的基本概念及术语 被控对象――被控制的生产过程或设备,也称为调节对象或简称对象。例如汽包水位控制系统中的汽包。 被控量――控制系统所要控制的参数,又称为被调量,例如汽包水位。 设定值――被控量所要达到或保持的数值。例如汽包水位定值 。 扰动量――破坏被控量与设定值相一致的一切作用,例如汽包水位控制系统中的蒸汽流量、给水量。 调节器――用于自动控制系统中的控制装置、或具有相似作用的软件。例如P、PI、PID调节器。 控制指令――或称调节指令。一般是调节器的输出信号,也可是运行人员手动给出的控制信号,该信号被送往执行机构。 执行机构――接受控制指令、对被控对象施加作用的机构。也称为执行元件、执行器。例如,机械执行机构、电动执行机构、液压执行机构。 控制机构――其动作可以改变进入对象的质量或能量的装置,例如给水阀门、空气挡板。 2.自动控制系统的分类 实际生产过程中采用的自动控制系统的类型是多种多样的,从不同的角度出发,可以进行不同的分类。 按设定值变化的规律来分,有恒值控制系统、程序控制系统和随动控制系统。恒值是指设定值不随时间而变化。例如电厂锅炉水位、汽温控制系统,属于这一类型 按系统的结构来分,有闭环控制系统、开环控制系统和复合控制系统。 闭环控制系统亦称反馈控制系统,这是一种最基本的控制系统。在闭环控制系统中。被控量信号以反馈方式送入调节器的输入端,作为不断引起控制作用的依据,而控制的目的是尽可能地减少被控量与其设定值之间的偏差,因此,信号是沿控制系统的闭合回路传递的。 如果系统中不存在被被控量的反馈回路,“调节器” 只是根据直接或间接反映扰动输入的信号来控制,例如前馈控制系统,这种控制系统被称为开环系统。 开关量控制,例如阀门的开、关,挡板的开、关、电机的启、停,一般称为顺序控制,但也有一些电厂将这类系统称为开环控制系统。 生产过程中,开环控制和闭环控制常常配合使用,组成复合控制系统,例如前馈、反馈控制系统。 按控制系统闭环回路的数目来分,有单回路控制系统和多回路控制系统,例如机组负荷协调控制系统就是一种多回路控制系统。 按系统特性分,有线性控制系统和非线性控制系统。 所有各种类型的控制系统中,最基本、也是目前热工生产达程中用得比较广泛的,是线性闭环、恒值控制系统。 3.自动调节器的典型动态特性 在最基本的热工自动控制系统中,自动调节器和被控对象组成一个相互作用的闭合回路。在这种系统中,调节器根据被控量Y与设定值Z的偏差信号e,而使执行机构按一定的规律动作,从而引起控制机关位置m的变化。 目前的调节器的动态特性一般由三种典型调节作用组成,它们是比例、积分和微分作用,即P、I、D作用。即使DCS应用于电厂以后,PID(规律)仍然是主要的控制器。 (1)比例作用(P作用) 比例作用的动态方程为m=ke,K称为比例系数, 称为比例带。 比例作用的规律是,偏差e愈大,控制机关位移量m也愈大,偏差e 的变化速度快,控制机关的移动速度也快。 当采用P作用调节器时,控制机关位置m与被控量或相关变量的数值之间必然存在着一一对应的关系,因此,在不同负荷时(即对应不同的控制机关位置),被控量与设定值之间的偏差也不同,也就是说,调节过程结束

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