重庆大学创新实验：600MW超临界火电机组过热汽温串级控制.docx

动力工程学院本科生创新实验报告题目: 600MW 超临界火电机组过热汽温控制学号: 2011 班级:核工程与核技术 02 姓名: 教师:王广军动力工程学院中心实验室 2014 年 12月重庆大学动力工程学院本科生创新实验报告 2 某 600MW 超临界火电机组过热汽温串级控制 1实验背景 PID 控制由于结构简单、稳定性好、可靠性高, 在工业控制中得到广泛的应用,一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较, 然后把这个差别用于计算新的输入值, 这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算不同, PID 控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值,这样可以使系统更加准确,更加稳定。对于 PID 控制器,其参数有 P、I和D, PID 控制器的传递函数可写作 1 1 (1 ) p d i K T s T s ? ?其中 k P 为放大倍数,T i 为积分时间,T d 为微分时间,积分时间和微分时间所在项称为积分时间项和微分时间项。放大倍数越小, 过渡过程越平稳, 但余差越大。放大倍数越大, 过渡过程容易发生振荡。积分时间越小,消除余差就越快, 但系统振荡会较大,积分时间越大,系统消除余差的速度较慢。微分时间太大,系统振荡次数增加,调节时间增加,微分太小,系统调节缓慢。 2控制对象某 600MW 超临界压力锅炉高温过热器汽温对象, 动态过程数学模型见表 , 其中输入为喷水流量的变化( kg /s), 输出为主蒸汽温度的变化( ℃)。表 汽温对喷水置扰动的动态特性负荷导前区惰性区 100 % 负荷 /(1+18 s) 2 /(1+18. 4 s) 6 75% 负荷 /(1+20 s) 2 /(1+27. 1 s) 7 50% 负荷 /(1+25 s) 2 /(1+42. 1 s) 7 使用 MATLATB 的 SIMULINK 仿真工具箱整定控制器参数对其进行仿真研究。 控制系统框图过热器气温控制系统有两种控制方案, 串级控制和微分控制。本实验选择串级控制作为过热器汽温的控制方案。串级控制系统的方框图如图 所示。 W H1 (s) 和W H2 (s) 均取为 1, 主调节器 W a2(s)取 PID 环节,待整定参数为 P、I、D,副调节器 W a1(s)取P 环节,待整定参数 P 。调节对象中间点参数 y a 以前的部分,称为调节对象的导前区, y a 以后的部分称为调节对象的惰性区,图中 W o1(s) 为导前区,W o2(s) 重庆大学动力工程学院本科生创新实验报告 3 为惰性区。图 串级控制基本原理从热工自动控制系统来看, 串级系统有两类: 1) 要求 ya,y1 均等与给定值, 对于这种情况, ya 只能由生产过程要求确定,而主、副调节器均应选择 PI ,以使稳态时, ya, y1 均等于给定值, y=ya ;2)y1 等于给定值, ya 不加限制。如汽温调节系统,其中 ya 选择的原则有: 1 )能提前反应较多的扰动; 2 )能测量副调节器:选 P或 PD , 以尽快消除内回路扰动;主调节器:选 PI或 PID 。 系统整定方案选择控制系统整定方案主要有两种, 双回路法和补偿法。副回路快速随动,即副回路的响应频率较高时,可使用双回路法整定,依次整定主、副回路。主、副回路的响应频率接近,或者说动作快慢差不多时,选用补偿法整定。本实验使用双回路法整定各调节器参数, 假设副回路响应频率较高, 副回路快速随动, 故可将副回路等效为 21 (s) HW ,此时用单回路整定方法,整定此时的等效主回路,如图 所示,可确定 P、I和D。图 所示框图,可确定参数 P。图 2 .4 参数整定方法选择整定方法主调节器和副调节器的方法是选用衰减曲线法。衰减曲线法的原理通过调整放大系数、积分时间和微分时间, 得到合适的衰减比为 4:1 的响应曲线,从最终的响应曲线上得到最终的放大倍数 Ks 和振荡周期 Ts ,如图 。由得重庆大学动力工程学院本科生创新实验报告 4 到最终的放大倍数 Ks 和振荡周期 Ts ,根据表 的4:1 衰减曲线法整定控制器参数经验公式,即可算出控制器的参数。图 4:1 衰减曲线法整定控制器参数经验公式控制器类型控制器参数 pK/ i T s / d T s P sK —— PI sK sT — PID