[工学]哈工大过程控制课件第六章.ppt

1.锅炉设备的主要控制要求 ? 汽包的液位、蒸汽的压力：一定范围内，适应负荷变化 ? 过热蒸汽温度：一定范围内 ? 炉膛负压：一定范围内 ? 燃烧完全：经济性和环保的要求 ? 运行安全：液位、炉膛负压、过热汽温度、蒸汽压力等在安全运行范围内 2.锅炉设备的主要控制系统 ? 给水控制系统：保持物料的平衡（给水和蒸汽） 被控变量：汽包液位 调节量：给水量 ? 锅炉燃烧的控制系统：经济性、安全性和环保要求 被控变量：蒸汽压力 调节量：燃料量 被控变量：烟气含氧量 调节量：送风量 被控变量：炉膛负压 调节量：引风量 ? 过热系统的控制系统：满足过热度、壁温等要求 被控变量：过热蒸汽温度 调节量：喷水量 ? 多位调节：多个位式调节组合的控制方式。 滞环、继电特性 ? 时间比例调节：调节器输出是不同长度的开或关时间，用占空比衡量。 占空比：调节阀全开时间与总时间（开关时间之和）的比值。 死区、滞环、继电特性 时间比例调节 （三）为满足一定的控制要求设置的非线性 ? 积分分离PID ? 选择控制系统中选择器为一个非线性环节 ? 为延长调节阀的使用寿命，有些控制系统采用死区PID。 锅炉燃烧控制系统分析设计 单元制机组热力发电过程 一、 概述 大迟延对象：τ/T0.3 控制难度大：超调量大，调节时间长 （一）时滞对控制质量的影响 1. 时滞τ 对系统稳定性的影响 ? τ增加频率特性改变稳定性变差 ? τ增加剪切频率下降，低频干扰会使系统不稳定； ? τ增加临界放大倍数下降，调节器增益下调，品质变差； §6-3 大迟延系统 2. 时滞τ 对动态指标的影响 ? τ的存在使得调节器的输出不能及时改变； 简单解决办法：微分先行、中间反馈、滞后补偿等 ? τ的存在使开环系统相位滞后增加，动态特性变差，超调量增加，调节时间加长，衰减率下降 有时滞的系统输出 有时滞时的调节器输出 无时滞的系统输出 无时滞时的调节器输出 两种控制方式下对扰动的响应相同。 （二）微分先行 将PD移至反馈通道，对输出进行微分，则反馈量不再是被调量，而是输出经比例微分运算后的值。 两种控制方式下对给定的响应不同。 则在低频段静态增益相同，稳态精度相同； 较PID控制下少了一个零点，二者频率特性之比为 对任意频率，有PID的增益大于微分先行的，故动态偏差大，超调量大，由此看出微分现象可有效的减少给定变化下的超调。 PID 先行 （三）中间反馈 稳态时dc/dt=0，只有PI输出 从动态特性比较分子相同，分母不同，中间反馈TDs的引入使得系统的极点距离虚轴远、实轴近。 当τ较小时，可近似为 解得相应的极点分别为 若已知广义对象为 若已知广义对象为 某大迟延对象不同控制方案仿真结果 方案 PID 微分先行 中间反馈 超调量 调节时间 0.289 0.162 0.133 25min 28min 21min 二、 采用补偿原理克服大迟延的影响 加补偿器预估对象的模型，产生超前的作用，使调节器提前动作，减小大滞后对系统的影响。 整理得史密斯预估器为： 实现纯滞后的完全补偿 补偿后的闭环系统 则等效的带纯滞后补偿器的调节器传递函数为 给定值变化R PID控制输出 史密斯预估控制输出 Gsc(s) r c t d c t 特征方程不含纯迟延项，因此消除了纯迟延对系统固有特性的影响。但对负荷扰动的改善作用不大。 负荷扰动D PID控制输出 史密斯预估控制输出 史密斯预估控制对定值扰动有很好的控制效果，对其他扰动控制效果变差，且当预估器模型不准确时，控制效果也变差。 三、史密斯预估器的几种改进方案 完全抗干扰的带史密斯补偿器的控制器传函为 （一）完全抗干扰的史密斯补偿器 可得： 若满足： 则有： 则可得增加的补偿器传函为： 则闭环传函为： 由此可见该补偿装置不仅对干扰完全补偿，而且对给定值实现了理想的跟踪。 （二）内膜控制(Internal Model Control，简称IMC) 过程模型为GM(s)，内膜控制器为 理想的内膜控制器可根据模型与过程完全匹配得到。 若过程为 模型为 则有 且可物理实现，则过程和模型一致时，则不仅能够消除扰动对系统输出的影响，且能保证无差。 1. 对偶稳定性 史密斯预估控制是一个特例。 内膜控制特点：把对象数学模型引入控制回路中 若Gm=Go，则简化为 ? 内膜控制稳定的充要条件是闭环特征根在单位圆内 ? 当G0稳定，当Gc稳定，则内幕控制系统稳定 称为内模控制系统的对偶稳定性 ? 当G0 Gc中有一个不稳定，则内幕控制系统稳定 2. 理想控制器 ? 当GM