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过程控制理论课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解过程控制理论的基本概念，掌握控制系统各组成部分的功能与相互关系。
2. 学生能够描述常见的过程控制算法，如PID控制，并解释其工作原理。
3. 学生能够运用数学工具分析控制系统的稳定性、准确性和鲁棒性。
技能目标：1. 学生能够运用所学的理论知识，设计简单的过程控制系统，并进行模拟。
2. 学生能够运用图表和计算工具对控制系统的性能进行分析和优化。
3. 学生通过小组合作，能够解决实际过程中可能遇到的控制问题，提高团队协作和问题解决能力。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到过程控制在现代工业中的重要性，增强对工程技术的兴趣和认识。
2. 学生在学习过程中培养批判性思维和创新意识，敢于面对挑战，勇于尝试新方法。
3. 学生通过学习，认识到科技发展对社会进步的推动作用，形成积极向上的科学态度和社会责任感。
本课程针对高年级学生，考虑其已具备一定的工程基础和数学分析能力，课程性质偏重理论与实践相结合。
课程目标旨在使学生在掌握过程控制基本理论的同时，能够将其应用于实际问题的分析和解决，培养其成为具有实际操作能力和创新精神的工程技术人才。
通过具体可衡量的学习成果，教师可对学生的学习进度进行有效监控，并为后续教学提供指导依据。
二、教学内容1. 过程控制基本概念：控制系统定义、开环与闭环控制系统、控制系统的性能指标（稳定性、快速性、准确性）。
- 教材章节：第1章 过程控制概述2. 控制系统组件：控制器、执行器、传感器、被控对象等组成部分的作用和特性。
- 教材章节：第2章 控制系统组件3. 常见控制算法：PID控制算法、前馈控制、比例-积分-微分控制原理及应用。
- 教材章节：第3章 控制算法基础4. 控制系统数学模型：传递函数、状态空间方程，系统稳定性分析。
- 教材章节：第4章 控制系统数学模型5. 控制系统性能分析：稳态误差、动态性能指标、频域分析法、根轨迹分析。
过程控制课程设计pid一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握PID控制的基本原理，理解比例（P）、积分（I）、微分（D）三个参数在过程控制中的作用和相互关系。
2. 使学生了解PID控制器的常见类型，如P、PI、PID控制器，并掌握其适用场景。
3. 帮助学生理解过程控制中的稳定性、快速性和准确性等性能指标，并学会分析PID参数对控制效果的影响。
技能目标：1. 培养学生运用PID控制算法解决实际过程控制问题的能力，如温度、压力、流量等控制。
2. 让学生通过编程或仿真软件，实现PID控制器的参数整定和优化，提高控制系统的性能。
3. 培养学生分析过程控制系统中问题、提出解决方案并进行调试的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制技术的兴趣和热情，激发学生主动探究、创新的精神。
2. 使学生认识到过程控制在工业生产和社会发展中的重要性，增强学生的社会责任感。
3. 培养学生团队合作意识，让学生在小组讨论、实践中学会倾听、交流、协作。
本课程针对高年级学生，课程性质为理论与实践相结合。
根据学生特点，课程目标设定既注重知识传授，又强调技能培养和情感态度价值观的塑造。
通过本课程的学习，学生将能够具备解决实际过程控制问题的能力，为今后的学习和工作打下坚实基础。
在教学过程中，教师需关注学生的学习成果，及时调整教学策略，确保课程目标的实现。
二、教学内容1. 引入PID控制基本概念：介绍比例（P）、积分（I）、微分（D）控制的作用和原理，分析各控制环节对系统性能的影响。
教材章节：第三章“过程控制系统”第2节“PID控制原理”2. PID控制器类型及适用场景：讲解P、PI、PID控制器的结构、特点，分析各种控制器在不同过程控制中的应用。
教材章节：第三章“过程控制系统”第3节“PID控制器类型及选择”3. PID参数整定与优化：介绍PID参数对控制系统性能的影响，讲解常见参数整定方法，如临界比例度法、衰减曲线法等。
教材章节：第三章“过程控制系统”第4节“PID参数整定方法”4. 过程控制系统性能分析：分析稳定性、快速性、准确性等性能指标，探讨PID参数对控制系统性能的影响。
过程控制的课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解过程控制的基本概念，掌握其核心原理；2. 使学生能够运用所学知识，分析并解决实际过程中的控制问题；3. 引导学生了解过程控制在不同领域的应用，拓展知识视野。
技能目标：1. 培养学生运用数学模型描述实际过程的能力；2. 提高学生设计简单过程控制系统并进行仿真实验的能力；3. 培养学生运用现代工具对过程控制问题进行分析和解决的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制学科的兴趣和热情，激发求知欲；2. 引导学生树立正确的工程观念，认识到过程控制在国民经济发展中的重要作用；3. 培养学生的团队合作意识和严谨的科学态度，提高责任感。
课程性质：本课程为应用性较强的学科，旨在培养学生的实际操作能力和创新精神。
学生特点：学生具备一定的物理、数学基础，具有较强的逻辑思维能力和动手能力。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调在实际问题中发现、分析、解决问题的能力。
通过课程学习，使学生能够将所学知识内化为具体的学习成果，为后续相关课程的学习和实际工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 过程控制基本概念：控制系统组成、开环与闭环控制、控制系统的性能指标；2. 数学模型描述：传递函数、状态空间表示、线性系统的特性；3. 过程控制原理：PID控制算法、超前-滞后校正、串并行控制；4. 过程控制系统设计：系统建模、控制器设计、系统仿真；5. 过程控制应用案例分析：工业生产过程、生物医学工程、环境监测等领域的应用实例；6. 现代过程控制技术：智能控制、网络控制、大数据在过程控制中的应用。
教学大纲安排：第一周：过程控制基本概念及性能指标；第二周：数学模型描述及传递函数；第三周：过程控制原理及PID控制算法；第四周：过程控制系统设计及建模；第五周：过程控制应用案例分析；第六周：现代过程控制技术及其发展趋势。
教学内容与教材关联性：教学内容紧密结合教材章节，涵盖教材中过程控制的核心知识，注重理论与实践相结合，以提高学生的实际应用能力。
过程控制课程设计实验一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握过程控制的基本概念、原理和方法，培养学生运用过程控制理论分析和解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解过程控制的基本概念、分类和特点；（2）掌握过程控制的基本原理，包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等；（3）熟悉过程控制系统的组成、设计和应用；（4）了解过程控制在我国的发展现状和趋势。
2.技能目标：（1）能够运用过程控制理论分析和解决实际问题；（2）具备过程控制系统的设计和调试能力；（3）掌握常用的过程控制软件和工具，如MATLAB、Simulink等；（4）具备一定的创新能力和团队协作精神。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对过程控制学科的兴趣和热情；（2）树立正确的科学观和价值观，认识到过程控制技术在现代社会中的重要性；（3）培养学生具有良好的职业道德和责任感，关注过程控制技术在环保、安全等方面的应用；（4）培养学生的团队协作意识和沟通能力，提高学生在实际工程中的综合素质。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.过程控制的基本概念和分类；2.过程控制的基本原理，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等；3.过程控制系统的组成、设计和应用，包括温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；4.过程控制技术的最新发展，如智能控制、自适应控制等；5.过程控制软件和工具的使用，如MATLAB、Simulink等；6.过程控制技术在实际工程中的应用案例分析。
三、教学方法本课程采用多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：通过讲解基本概念、原理和实例，使学生掌握过程控制的基本知识；2.讨论法：学生分组讨论，培养学生的思考能力和团队协作精神；3.案例分析法：分析实际工程案例，使学生能够将理论知识应用于实际问题；4.实验法：安排实验课程，让学生亲自动手操作，提高学生的实践能力；5.互动教学法：鼓励学生提问、发表见解，教师引导学生进行思考，形成良性互动。
过程控制 课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解过程控制的基本概念，掌握其原理和分类。
2. 使学生掌握过程控制系统中常用的数学模型及其应用。
3. 引导学生了解过程控制系统的设计方法和步骤。
技能目标：1. 培养学生运用数学模型分析和解决过程控制问题的能力。
2. 培养学生设计简单过程控制系统的能力，能根据实际需求选择合适的控制策略。
3. 提高学生运用现代工具（如计算机软件）进行过程控制系统仿真的技能。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制学科的兴趣和热情，激发他们探索未知、勇于创新的科学精神。
2. 培养学生具备良好的团队合作意识，学会与他人共同分析问题、解决问题。
3. 引导学生认识到过程控制在工业生产、环境保护等领域的重要作用，增强他们的社会责任感和使命感。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标旨在让学生掌握过程控制的基本知识和技能，培养他们解决实际问题的能力。
通过课程学习，学生将能够：1. 理论联系实际，运用所学知识分析、解决过程控制问题。
2. 掌握过程控制系统的设计方法和步骤，具备一定的控制系统设计能力。
3. 提高自身的科学素养，培养良好的团队合作精神和创新意识。
4. 关注过程控制在社会生产中的应用，为我国工业发展和环境保护做出贡献。
二、教学内容1. 过程控制基本概念：包括过程控制定义、分类、发展历程及其在工业中的应用。
教材章节：第一章 绪论2. 过程控制系统数学模型：介绍控制系统的传递函数、状态空间表达式、方块图及其相互转换。
教材章节：第二章 数学模型3. 过程控制策略：讲解比例、积分、微分控制规律，以及串级、比值、前馈等复合控制策略。
教材章节：第三章 控制策略4. 过程控制系统设计方法：阐述控制系统的设计原则、步骤和方法，包括稳定性分析、性能指标和控制器设计。
教材章节：第四章 系统设计与分析5. 过程控制系统仿真：介绍过程控制系统仿真软件及其应用，通过实例演示仿真过程。
教材章节：第五章 系统仿真与实现6. 过程控制案例分析：分析典型过程控制系统的实际问题，探讨解决方案。
过程控制课程设计实验一、课程目标知识目标：1. 让学生理解过程控制的基本概念，掌握过程控制系统的组成和原理；2. 使学生掌握过程控制实验的基本方法和步骤，学会使用相关仪器和设备；3. 帮助学生掌握过程控制算法，如PID控制，并能应用于实际控制系统。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析和解决过程控制问题的能力；2. 培养学生设计简单的过程控制系统实验方案，进行实验操作，并能对实验数据进行处理和分析；3. 提高学生团队协作和沟通表达的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制技术的兴趣和热情，激发他们探索科学技术的欲望；2. 培养学生严谨求实的科学态度，养成良好的实验习惯；3. 增强学生的环保意识，使他们认识到过程控制在节能减排和环境保护方面的重要性。
课程性质：本课程为实验课程，注重理论与实践相结合，以培养学生的实际操作能力和创新思维为主。
学生特点：学生处于高年级阶段，已具备一定的过程控制理论知识，具有一定的实验操作能力。
教学要求：教师需引导学生主动参与实验，关注实验过程中的问题，培养学生的动手能力和问题解决能力。
同时，注重培养学生的团队协作和沟通能力，提高他们的综合素质。
通过本课程的学习，使学生达到上述课程目标，为将来的学习和工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 过程控制基本概念：控制系统组成、开环与闭环控制、控制系统的性能指标等；教材章节：第二章第一节。
2. 过程控制实验方法与步骤：实验方案设计、实验设备使用、实验数据采集与处理等；教材章节：第三章。
3. 过程控制算法：PID控制原理、参数整定方法、应用案例等；教材章节：第四章。
4. 过程控制系统设计与实践：设计简单的过程控制系统实验方案，进行实验操作，分析实验结果；教材章节：第五章。
5. 过程控制应用案例分析：分析实际工业过程控制案例，了解过程控制在不同领域的应用；教材章节：第六章。
教学内容安排与进度：第一周：过程控制基本概念；第二周：过程控制实验方法与步骤；第三周：过程控制算法；第四周：过程控制系统设计与实践；第五周：过程控制应用案例分析。
过程控制课程设计用教材一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握过程控制的基本概念、原理和方法，能够运用所学知识分析和解决实际问题。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解过程控制的发展历程和基本原理；（2）掌握过程控制的主要方法和应用领域；（3）理解过程控制系统的组成和功能。
2.技能目标：（1）能够运用过程控制原理分析和解决实际问题；（2）具备设计和优化过程控制系统的的能力；（3）学会使用过程控制相关的软件工具。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的创新意识和团队合作精神；（2）增强学生对过程控制技术的兴趣和热情；（3）提高学生对工程伦理和可持续发展的认识。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个部分：1.过程控制的基本概念和原理；2.过程控制的主要方法和应用领域；3.过程控制系统的组成和功能；4.过程控制技术的最新发展动态。
具体的教学大纲如下：1.引言：介绍过程控制的发展历程和基本概念；2.过程控制原理：讲解过程控制的基本原理和方法；3.过程控制应用：分析过程控制在各领域的应用案例；4.过程控制系统：介绍过程控制系统的组成、功能和性能指标；5.过程控制技术发展：讲解过程控制技术的最新发展动态。
三、教学方法为了实现本节课的教学目标，我们将采用以下教学方法：1.讲授法：讲解过程控制的基本概念、原理和方法；2.案例分析法：分析过程控制在各领域的应用案例；3.实验法：安排实验环节，让学生动手操作和验证过程控制理论；4.讨论法：学生分组讨论，促进学生思考和交流。
四、教学资源为了支持本节课的教学内容和教学方法，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的过程控制教材；2.参考书：提供相关的过程控制参考书籍；3.多媒体资料：制作精美的教学PPT，提供视频、动画等多媒体资源；4.实验设备：准备过程控制实验所需的设备和相关软件工具。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，我们将采用以下评估方式：1.平时表现：通过观察学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况，评估学生的学习态度和积极性；2.作业：布置适量的作业，要求学生按时完成，并根据作业质量评估学生的掌握程度；3.考试：安排期中考试和期末考试，全面测试学生对过程控制知识的掌握情况；4.实验报告：评估学生在实验环节的操作技能和分析问题的能力；5.小组项目：评估学生在团队合作中的表现和解决问题的能力。
过程控制技术课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解过程控制技术的基本概念，掌握其原理和分类；2. 学习过程控制系统的数学模型，了解各参数对系统性能的影响；3. 掌握过程控制策略的设计与优化方法；4. 了解过程控制技术在工业生产中的应用案例。
技能目标：1. 能够运用所学知识对过程控制系统进行分析，建立数学模型；2. 能够设计简单的过程控制策略，并进行仿真与优化；3. 能够运用过程控制技术解决实际工程问题，具备一定的实际操作能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制技术的兴趣，激发其探索精神和创新意识；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实践与理论相结合；3. 增强学生的团队协作能力，提高沟通与交流能力；4. 培养学生关注过程控制技术在工业生产中的应用，提高其社会责任感和使命感。
课程性质：本课程为高年级专业课程，旨在帮助学生建立过程控制技术的理论体系，提高实际操作能力。
学生特点：学生具备一定的专业基础知识，具有较强的逻辑思维能力和动手能力。
教学要求：结合课程性质和学生特点，注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，提高其解决问题的能力。
通过本课程的学习，使学生能够掌握过程控制技术的基本原理和方法，具备实际工程应用能力。
教学过程中，将目标分解为具体的学习成果，以便后续的教学设计和评估。
二、教学内容1. 过程控制技术基本概念与原理：包括过程控制定义、分类、发展历程及在工业生产中的应用。
教材章节：第一章2. 过程控制系统的数学模型：介绍数学模型的基本概念，分析过程控制系统中各参数对系统性能的影响。
教材章节：第二章3. 过程控制策略设计与优化：学习PID控制、模糊控制、自适应控制等策略，并进行仿真与优化。
教材章节：第三章4. 过程控制设备与系统：介绍过程控制系统中常用的传感器、执行器、控制器等设备，以及系统的组成和原理。
教材章节：第四章5. 过程控制技术在工业生产中的应用：分析典型工业生产过程中过程控制技术的应用案例，如化工、热工、电力等。
过程控制工程 课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握过程控制工程的基本概念，理解控制系统的结构、原理及分类。
2. 使学生了解过程控制系统中各环节的作用，掌握主要参数的测定与调整方法。
3. 帮助学生理解过程控制系统的数学模型，并学会运用相关理论分析控制系统的性能。
技能目标：1. 培养学生运用所学理论知识，分析实际过程控制工程问题的能力。
2. 培养学生设计简单的过程控制系统方案，并进行模拟与优化的能力。
3. 培养学生团队协作、沟通表达和动手实践的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制工程的兴趣，激发他们探究未知、解决问题的热情。
2. 培养学生严谨、务实的科学态度，使他们具备良好的工程素养。
3. 引导学生关注过程控制工程在国民经济和生活中的应用，提高他们的社会责任感。
本课程针对高年级学生，结合过程控制工程学科特点，注重理论与实践相结合，旨在提高学生的专业知识水平、实际操作能力和综合素养。
课程目标明确、具体，便于教师进行教学设计和评估，同时有利于学生明确学习方向，提高学习效果。
二、教学内容1. 过程控制工程基本概念：控制系统定义、分类、性能指标。
教材章节：第一章第一节2. 控制系统数学模型：传递函数、方框图、信号流图。
教材章节：第一章第二节3. 控制系统元件及环节：传感器、执行器、控制器、滤波器等。
教材章节：第二章4. 过程控制系统设计：系统建模、控制器设计、系统仿真。
教材章节：第三章5. 常见过程控制系统分析：PID控制、模糊控制、自适应控制。
教材章节：第四章6. 过程控制系统应用实例：化工、热工、电力等领域。
教材章节：第五章教学内容安排和进度：第一周：过程控制工程基本概念第二周：控制系统数学模型第三周：控制系统元件及环节第四周：过程控制系统设计第五周：常见过程控制系统分析第六周：过程控制系统应用实例教学内容根据课程目标进行选择和组织，确保科学性和系统性。
通过制定详细的教学大纲，明确教材章节和内容，有助于教师按计划进行教学，同时便于学生跟进学习进度。
关于过程控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解过程控制的基本概念，掌握其定义、分类及作用。
2. 学生能掌握过程控制系统中常见设备的工作原理及其应用。
3. 学生能运用数学模型描述过程控制系统，理解系统稳定性、准确性和快速性的评价指标。
技能目标：1. 学生能运用所学知识分析实际过程控制问题，提出合理的解决方案。
2. 学生具备使用过程控制软件进行简单系统模拟的能力。
3. 学生能通过小组合作，设计并实现一个简单的过程控制系统。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制技术的兴趣，激发其探索精神和创新意识。
2. 培养学生具备团队协作精神，学会与他人共同解决问题。
3. 增强学生的环保意识，使其认识到过程控制在节能降耗和环境保护方面的重要性。
课程性质：本课程为应用性较强的学科，旨在培养学生的实际操作能力和解决实际问题的能力。
学生特点：学生具备一定的物理、数学基础，具有较强的逻辑思维能力和动手操作能力。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调实际操作和小组合作，提高学生的应用能力和团队协作能力。
通过分解课程目标为具体的学习成果，使学生在完成课程后能够达到预期目标。
二、教学内容1. 过程控制基本概念：介绍过程控制定义、分类、发展历程及应用领域，对应教材第一章内容。
- 控制系统数学模型- 控制系统性能评价指标2. 常见过程控制设备及其工作原理：分析各类传感器、执行器、控制器等设备的工作原理及应用，对应教材第二章内容。
- 传感器原理与应用- 执行器原理与应用- 控制器原理与应用3. 过程控制系统设计与实现：讲解过程控制系统设计方法、步骤及注意事项，对应教材第三章内容。
- 系统设计原则与方法- 控制算法选择与应用- 系统仿真与优化4. 过程控制实例分析：分析典型过程控制实例，使学生了解过程控制在实际工程中的应用，对应教材第四章内容。
- 典型过程控制系统实例- 故障分析与处理方法- 系统运行与维护5. 过程控制实验与实训：组织学生进行过程控制实验和实训，提高学生的实际操作能力，对应教材第五章内容。
火电厂锅炉主汽温度控制策略研究
夏蕾1
, 袁镇福2
(1. 浙江大学热能工程研究所, 浙江杭州310027 ;
2. 浙江大学宁波理工学院, 浙江宁波315100)
关键词: 火电厂; 锅炉; 综述; 主汽温度; 控制
摘要: 锅炉主汽温控制有非线性和时变性。
其大延时和大惯性的特点使其一直以来都成为火电厂自动
控制的难点。
综述了引起锅炉主汽温度变化的因素、控制的必要性。
按经典控制理论、现代控制理论、智能
控制3 方面总结了国内主汽温度控制的方法,并对其优缺点进行分析。
中图分类号: TK223. 7 文献标识码: A
2 2
1 前言
锅炉是火电厂重要且基本的设备,其最主
要的输出变量之一就是主蒸汽温度。
主汽温度
自动调节的任务是维持过热器出口汽温在允许
范围内,以确保机组运行的安全性和经济性。
如果该温度过高,会使锅炉受热面及蒸汽管道
金属材料的蠕变速度加快,降低使用寿命。
若
长期超温,则会导致过热器爆管,在汽机侧还会
导致汽轮机的汽缸、汽阀、前几级喷嘴和叶片、
高压缸前轴承等部件的寿命缩短,甚至损坏;假
如该汽温过低,会降低机组的循环热效率,一般
汽温每降低5 ℃～10 ℃,效率约降低1 % ,同时
会使通过汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加,引
起叶片磨损;当汽温变化过大时,将导致锅炉和
汽轮机金属管材及部件的疲劳,还将引起汽轮
机汽缸和转子的胀差变化,甚至产生剧烈振动,
危及机组的安全,所以有效精准的控制策略是
十分必要的。
2 引起主汽温度变化的因素及其控制难点
运行中引起汽温变化的因素有很多,在蒸汽
侧有主蒸汽流量(锅炉负荷) 、给水温度、减温水
温度、减温水流量等;在烟气侧有烟气量(总风
量、燃料量) 、燃烧器的投运方式(包括燃烧器摆
角) 、受热面的污染情况等。
但最主要的是主蒸
汽流量、烟气量(总风量、燃料量)和减温水流量3
个扰动因素[ 1 ]。
虽然影响因素众多,但汽温控制的质量要求
却非常严格,一般要求主蒸汽温度稳定在±5 ℃的范围内,加上汽温对象的复杂性,汽温控制困难,其主要难点表现在以下几个方面:
(1) 影响汽温变化的因素众多,存在强耦合
现象。
(2) 汽温对象具有大迟延、大惯性的特点,
尤其随着机组容量和参数的增加,蒸汽过热受热
面相对于蒸发受热面的比例加大,使其迟延和惯
性更大,从而进一步加大了汽温控制的难度。
(3) 汽温对象在各种扰动作用下反应出非
线性、时变等特性,使其控制的难度加大。
(4) 由于过热器正常运行时的温度已接近
钢材允许的极限温度,强度方面的安全系数很
小,汽温控制的不好会导致材料的疲劳、蠕变等, 因此,中高压锅炉的主汽温短时偏差最大也不能
超过±10 ℃,精确度要求较高。
3 主汽温度的控制策略介绍
针对电厂锅炉这个复杂的控制对象,人们不断地探索更为有效和精确的控制手段:从长期研
究和实践总结出的经典控制理论到随着微机的
发展和应用而得到飞跃发展的现代控制理论,再
到后来出现的无须精确数学模型的智能控制方
法。
现不对具体结果,仅对控制思想、控制方法作个简要的介绍和综述。
3. 1 基于经典控制理论的主汽温度控制方法
常规PID 控制,具有结构简单易于实现、鲁棒性强等优点,因此目前广泛应用于电厂主汽温
度的调节。
但常规PID 控制器构成的调节系数
存在其固有的缺点:参数是根据被控对象的数学
模型来整定的,而汽温调节对象的时变性、不确定性和非线性,使其难以建立精确的数学模型,
仅仅依靠PID 控制,无论PID 参数如何匹配,也很难使蒸汽温度适应各种扰动的变化。
而且,一
旦运行工况发生较大变化,过热汽温对象的动态
特性和模型参数会受到较大影响。
所以,采用常
规PID 控制方法很难获得令人满意的控制性能。
基于以上常规PID 控制的缺点,出现了一系
列的改进方法,有相应的相位补偿,前馈补偿控制,分段控制等。
但是,这些针对PID 控制系统
的一系列改进措施,仍然不能从根本上使控制系
统达到满意的控制品质。
根本原因是它们无法
对系统的内部动态参数进行直接有效地控制。
典型的PID 控制方法有下列几种:
3. 1. 1 普通PID 串级控制
PID 串级控制由主、副2 个控制回路组成。
副控制回路中的调节器根据导前汽温的变化改
变减温水量,消除减温系统的内部扰动,对主汽
温进行粗调。
当主汽温偏离给定值时,主调节器输出校正信号,不断调节减温水量,直到主汽温
恢复到给定值,对主汽温起细调作用。
锅炉过热汽温串级控制系统结构如图1 所
示,图中: R1 ( s)和R2 ( s)分别为副控制器和主控制,G1 ( s) G2 ( s)分别为导前区和惰性区的传递函数, H1 ( s)和H2 ( s)分别为导前汽温和过热汽温的测量变送单元特性, d1 和d2 为系统扰动。
图1 主汽温串级控制回路框图
3. 1. 2 相位补偿控制
相位补偿网络,是补偿被控对象的滞后,通
过补偿网络的相角超前,有效降低补偿后等效被控对象的模型阶次。
这种控制方法的主要思想, 是用一个超前动态补偿网络,通过它的超前性能来补偿被控对象的惯性和滞后,从而使补偿后的等效对象具有滞后较小的特性。
因此,可在保证控制系统稳定性不变的前提下,加快调节器的动作速度,从而有效抑制汽温的变化,文献[ 2 ]相位补偿技术的控制思想如图2 所示。
图2 相位补偿控制回路框图
3. 1. 3 分段控制
目前大机组的过热汽温一般采用分段控制,
Ⅰ级喷水减温器通常布置在屏式过热器之前, Ⅱ级喷水减温器通常布置在末级过热器之前,主汽温的控制通过Ⅰ级喷水和Ⅱ级喷水来实现,这样便可以提高汽温调节对象的动态特性。
就原理
上说,在定值分段汽温控制系统中,末级喷水维
持锅炉出口汽温,末级前的每级喷水分别维持过热器段相应的中间点温度,各个减温喷水器的控制逻辑相互独立,定值系统的控制目标明确,系
统结构分明,系统参数整定容易,投运相对简单, 且各级调节系统手动、自动切换自由。
但是,由于定值分段汽温调节系统各子系统分别维持各
段汽温于相应的设定值,因此,当各段汽温的调
节对象特性不同时,这种调节系统将不适应锅炉工艺过程的要求。
3. 2 基于现代控制理论的主汽温度控制方法
自动控制理论在计算机飞速发展的同时也
得到了飞跃的进步,二十世纪五六十年代出现了
本质为“时域法”的现代控制理论,它相对于经典控制理论是一大进步,很快就有学者将其运用到
主汽温度的控制中来。
现代控制理论从理论上
解决了系统的可控性、可观测性、稳定性及许多复杂系统的控制问题,它们在控制品质上可以达
到较为理想的效果,然而在工程实现方面却都面
临这样或那样的问题,目前工程应用仍然不是
很多。
3. 2. 1 状态变量控制。
