火电厂热工过程控制

自动控制系统组成：被控对象、被控量、给定值、控制量、执行机构、偏差、反馈控制系统

自动控制系统分类

根据生产过程被控量所希望保持的数值的情况分类：恒值控制系统、程序、随动

根据控制系统内部结构分类：闭环、开环、复合

按照控制器形式分类：常规、计算机

按照系统输入输出信号数量分类：单变量系统、多变量系统

3. 自动控制系统的过渡过程有几种形式？

发散振荡、等幅振荡、衰减振荡、单调衰减、单调发散

4.自动控制系统的性能指标形式

单项控制指标：（稳）衰减比和衰减率、（准）静态偏差e最大动态偏差和超调量（最大/稳定）、（快）过渡时间和振荡频率

综合控制指标：

下列公式中，式中，J为目标函数值；e为动态偏差

通常采用4种表达形式

（1）平方偏差积分（ISE）

（2）绝对偏差积分（IAE）

（3）时间乘以偏差绝对值的积分（ITAE）

5.建立数学模型的方法：机理建模、试验测定法建模

机理建模方法： 有自平衡对象：

图形看书，具体会判断是否具有自平衡能力

无自平衡能力：

6.PID控制

：P——有差调节、调节过程迅速、对于扰动有很强的抑制作用，控制作用贯穿整个过程；I——无差调节、调节过程较比例环节慢、只要存在偏差，积分作用就会一直增加，其控制作用体现在后期，不适用于无自平衡对象；D——超前调节，（在控制过程开始时，被调量的偏差小，变化速度大，会使执行机构产生一个较大的位移，有利于克服动态偏差） ；提高哦系统的准确性和稳定性，可适当减小静态偏差，不能消除稳态偏差。

δ很大，1/δ很小，μ很小，被控量变化平稳，但静态偏差很大，ts较大

Ti↓（1/Ti）↑，积分作用越强，调节阀动作越快，越容易引起和加剧振荡，但频率 ↑，最大动差↓

比例作用中分别加入积分和微分作用后，控制系统性能和稳定性会有哪些变化？为保持

控制性能，相应参数应做哪些调整？加入D调节：调节迅速，消除稳态偏差，有效抑制被调量的震荡，提高系统稳定性。但微分作用不宜过强，否则会引起执行机构过度动作和系统震荡，对高频干扰具有放大作用。减小，减小静态误差。加入I调节：通过适当减小来补偿由于积分作用引起的稳定性下降；提高闭环系统的阻尼比，阻尼比的增加对应于衰减率的增加，相应地，系统的稳定性提高。

PID 控制器的整定方法有哪些？各有什么特点？分别适用何种类型的被控对象？ 整定方法：临界比例带法，优点：特点鲜明，独立于对象，缺点：局限性大

衰减曲线法，优点：限制少，应用广泛，缺点：精度不高

经验法，优点：方法简单，可操作性强，缺点：工作量大，参数难匹配

动态参数法，优点：对象与调节器关系明确缺点：对象动态特性试验繁琐

单回路控制系统

被控对象的特性质质量的影响：

放大系数的影响：1.干扰通道的放大系数kd越小越好，可使静态偏差减小，提高控制精度。2.控制通道的放大系数K：线性系统无影响：非线性，有影响

时间常数和阶次的影响：具有惯性环节的扰动通道相当于低通滤波器。

随着TD的增太面严重，阶次m越高幅值章减程度越严重，这将有利于控制，

控制通道传通函数的时间常数Tµ太大，阶次n太高，系统反应慢，工作现率下降，过程的持续时间长，对控制不利

纯迟延影响：扰动通道的纯迟延τ对系统的控制品质没有什么影响。控制作用要推迟τ后才作用，对控制不利

单回路控制系统的工程整定方法

A:临界比例带法（等幅振荡）、衰减曲线法、响应曲线法，经验法

1将调节器积分时间设定为无穷大、微分时间设定为零（即Ti＝∞，Td＝0），比例度适当取值，调节系统按纯比例作用投入。稳定后，适当减小比例度，在外界干扰作用下，观察过程变化情况，寻取系统等幅振荡临界状态，得到临界参数。

2根据临界比例度δk和临界周期Tk，按下表计算出调节器参数整定值 临界比例度法PID参数整定经验公式

.3、将计算所得的调节器参数输入调节器后再次运行调节系统，观察过程变化情况。多数情况下系统均能稳定运行状态，如果还未达到理想控制状态，进需要对参数微调即可。

B） 衰减曲线法

衰减曲线法整定调节器参数通常会按照4：1和10：1两种衰减方式进行，两种方法操作步骤相同，但分别适用于不同工况的调节器参数整定。 4：1衰减曲线法整定调节器参数

纯比例度作用下的自动调节系统，在比例度逐渐减小时，出现4：1衰减振荡过程，此时比例度为4：1衰减比例度δs，两个相邻同向波峰之间的距离为4:1衰减操作周期TS，

串级控制系统组成、工作原理

两个控制器串联工作，主控制器的输出最为福控制器的给定 主回路、副回路：在外面的闭合回路称为主回路，也称为主环，在里面的闭合回路称为副回路，也称为副环。

主对象、副对象：主国路所包括的对象称为主对象，也称上被控对象，副回路所包括的对象称为副对象，也称副被控对象，主对象与副对象是由原被控对象分解而得到的。

主被控变量、副被控变量：主被控变量是主被控对象的输出信号，副被控变量是副副回路对控制品质的影响：减小副对象的等效时间常数、提高了工作频率，响应速度快

串级控制系统由于副回路的存在，改善了对象特性，使整个系统的工作频率提高了，过渡过程的振荡周期减小了，衰减率相同的条件下，过渡过程时间缩短了，提高了系统的快速性，改善了系统的控制品质。当主、副对象的特性一定时，副控制器的放大系数K。越大，这种效果越显著。

副回路的抗干扰能力：对副回路的干扰有很强的抑制能力，主副回路的比例系数乘积越大，抗干扰能力就越强

串级控制的特点：1)由于副回路的存在,改善了对象的动态特性。减小了对象的时间常数,缩短了控制通道,使控制作用更加及时;提高了系统的工作频率,使振荡周期减小,调节时间缩短,系统的快速性增强了

(2)对进入副回路的扰动具有很强的克服能力,对进入主回路的扰动也有一定克服能力。

(3)对负荷或操作条件的变化具有一定的自适应能力。

减小控制通道中副回路的时间常数，从而减小整体对象的时间常数。

前馈-反馈复合控制系统

前馈的概念：被控量的偏差不反馈到控制器，而是将扰动反馈到控制器

前馈-反馈控制原理

前馈是根据扰动消除扰动，反馈是根据偏差消除偏差，即可实现高精度控制，又能保证系统的稳定运行。 前馈控制的特点，干扰一旦出现，调节器直接根据检测到的干扰的大小和方向按一定规律进行控制。

引入前馈的原则：1.扰动可测不可控。2.扰动变化幅值大、频率高；3.对被控量影响大的扰动；4.控制通道迟延大，扰动时间常数小

单闭环比值控制

在开环的基础上，增加一个从动量闭环控制系统，并且主动量经比值运算后，作为控制量的给定值

特点：结构简单，控制方便，能保持主副流量比值，住流量不受影响

双闭环比值控制 变比值控制

当主动量受到干扰发生波动时,主动立液从量回路对其进行定值控制,使主动量始终稳定在给定值附近。

当主动量回路的给定值改变时,不仅「比值器主动量要发生变化,而且从动量也将随主动量成比例地变化

主从之间的比值为常数，动量比不是常数，通过主参数C校正

过热汽温分段控制系统

为什么要对过热蒸汽温度采用分段控制，特点是什么？大型锅炉过热器管道长，结构复杂。

特点，每段都是独立的汽温控制系统；分段控制不仅使过热器出口汽温保持稳定，也使中间各段汽温保持稳定，有利于管道安全；各段控制器参数分别整定；控制系统复杂，参数整定、调试、维护量大。

再热蒸汽温度的控制方式：采用烟气挡板、烟气再循环、汽-汽热交换器、喷水减温、调节燃烧火焰中心位置法

给水控制系统的任务，维持汽包水位；保持给水量稳定。

三冲量：给水流量W，蒸汽流量D，汽包水位H

给水自动控制系统的基本方案：单级三冲量给水自动控制系统、串级三冲量给水自动控制系统、采用变速泵的给水控制系统

全程控制系统：在启停过程和正常运行时均能实现自动控制的系统

燃烧过程的控制任务：使燃料燃烧所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要，同时还要保证锅炉安全经济运行。

燃烧过程自动控制系统的基本方案;基本原则：能迅速改变炉膛燃烧率，适应外界变化；迅速发现并消除燃烧率扰动；确保燃料引风送风等参数的变化，

单元机组负荷控制方式：

（1） 锅炉跟随：炉跟机BFT：特点： 汽轮机主汽门开度调节机组功率，锅炉维持主蒸汽压力；优点： 机组对外负荷变化需求的响应性好（实质是利用机组内部的蓄热，满足外部负荷需求）；缺点： 机前压力品质不理想（若调节器参数整定不当，可引起系统的振荡和不稳定）；结论：此方式在汽机侧局部故障时使用。

（2） 汽轮机跟随：机跟炉TFB：特点： 锅炉改变风煤等保证机组输出功率，汽轮机维持主汽压力；优点： 机前压力维持较好；缺点：机组负荷适应性较差，不适合带变动负荷；结论： 此方式在锅炉侧局部故障时使用。

（3） 机炉协调控制方式：较好地解决机组的负荷适应性与运行稳定性这一对矛盾；1) 机组的负荷由机、炉同时控制；2) 汽压由机、炉同时控制；3) 为了尽快适应外界负荷要求，维持汽压稳定，机、炉在过渡过程中同时动作，互相协调。

虚假水位——由于在热负荷增加时蒸发强度的提高，使汽水混合物中的汽泡容积增加，而且这种现象必然先于蒸发量增加之前发生，从而使汽包水位先上升的现象。

（1） 前馈作用快速补偿了由于蒸汽流量变化引起的“虚假水位”现象；

（2） “负微分”能有效地克服“虚假水位”现象引起的水位动态偏差。