热工控制系统--实验三--过热汽温串级控制系统仿真实验

实验一 串级过热汽温控制系统的设计与参数整定一、实验目的1) 熟悉串级控制系统的组成和工作原理。

2) 掌握串级回路理论整定方法，获得理想整定参数。

3) 掌握Matlab 设计系统框图的方法。

二、实验设备计算机 三、实验原理过热汽温控制对象导前区的迟延和惯性比惰性区要小，而且副调节器又选用P 或PD 控制规律，在这种情况下，内回路的控制过程要比外回路的控制过程快得多。

此时，串级汽温控制系统可以采取内、外回路分别整定的方法进行整定。

控制系统原理如图1所示图1 串级过热汽温控制系统原理框图其中各环节的传递函数为：221211012232201111();()(1)9()()()(/)(115)(125)8()(/)(115)0.1(/)1T T i O O O O Z W s W s T SW s W s W s C V S S W s C V S V C K K θθμδδγγ⋅==+==++=+===当ψ＝0·75时，主、副调节器的理论整定参数为，10.5δ=，20.04δ=，174()i T s =。

四、实验内容和步骤 1) 打开Matlab ，然后单击图标或者在命令行键入simulink ，启动simulink 程序。

2) 新建一个文件，按照图2设计系统框图。

3)系统设计完毕后，此处调节为1000，点击左边箭头启动，双击示波器观察波形。

4)对上图中PID模块进行调试，使超调量为45%左右，调节时间500以内，衰减比4：1左右。

根据下表所给范围选择7组数据，进行调试。

A.先整定主调节器，然后整定副调节器。

B.对于每个调节器，先整定P值，将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。

C.然后整定I值，减小积分时间加大积分作用，并相应调整比例系数，反复试凑至得到满意的相应，确定比例和积分的参数。

注意：调节PID模块时，将调节器传递函数展开，公式P+I/s+Ds对应P，I，D三个参数。

实验三 过热汽温串级控制系统仿真实验一、实验目的1、了解过热汽温串级控制系统的结构组成。

2、掌握过热汽温串级控制系统的性能特点。

3、掌握串级控制系统调节器参数的实验整定方法。

4、分析不同负荷下被控对象参数变化对控制系统控制品质的影响。

二、实验原理本实验以某300MW 机组配套锅炉的过热汽温串级控制系统为例，其原理结构图如下图所示：过热器过热器喷水减温器图3－1 过热汽温串级控制系统原理结构图由上图，可得过热汽温串级控制系统的方框图如下：扰动图3－2 过热汽温串级控制系统方框图● 主调节器在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中主调节器()1T W s 采用比例积分微分（PID ） 调节器，其传递函数为：()11111111111T d p i d i W s T s K K K s T s s δ⎛⎫=++=++ ⎪⎝⎭式中：1p K ——主调节器比例系数(111p K δ=)；1i K ——主调节器积分系数(1111i i K δ=)； 1d K ——主调节器微分系数(111d d K T δ=)。

● 副调节器在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中副调节器()2T W s 采用比例（P ）调节器， 其传递函数为：()2221T p W s K δ==式中：2p K ——副调节器比例系数(221p K =)。

● 导前区对象在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中导前区对象()2W s 在50％和100％负荷下 的传递函数分别为：（1）50％负荷下导前区对象传递函数：()3.076251s -+（2）100％负荷下导前区对象传递函数：()0.815181s -+● 惰性区对象在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中惰性区对象()1W s 在50％和100％负荷下 的传递函数分别为：（1）50％负荷下惰性区对象传递函数：()31.119421s +（2）100％负荷下惰性区对象传递函数：()31.276181s +三、实验步骤1、在MATLAB软件的Simulink工具箱中，打开一个Simulink控制系统仿真界面，根据图3－2所示的过热汽温串级控制系统方框图建立仿真组态图如下：图3－3 过热汽温串级控制系统仿真组态图惰性区对象传递函数模块的建立惰性区对象传递函数为三阶惯性环节，在组态图中采用建立子模块的方式建立惰性区对象传递函数模块。

课程实验总结报告实验名称:过热汽温控制系统实践课程名称:专业综合实践：大型火电机组热控系统设计及实现（3）1 概述 (2)2 一级过热减温控制 (2)2.1 相关图纸 (2)2.2 控制系统原理 (2)2.3 控制系统结构 (3)2.4 控制逻辑与分析 (3)3 实验过程 (7)3.1 对象特性实验 (7)3.2 对象传递函数 (7)3.3 参数整定 (8)3.3.1 正反作用确定 (8)3.3.2 实验步骤 (8)3.3.3 原PID参数 (8)4 总结 (10)4.1 正反作用分析 (10)4.2 串级控制优点 (10)1 概述过热汽温(过热蒸汽的温度)的控制就是维持过热出口蒸汽温度在允许范围内，并且保护过热器，使管壁温度不超过允许的工作温度。

过热蒸汽温度控制系统是单元机组不可缺少的重要组成部分，其性能和可靠性已成为保证单元机组安全性和经济性的重要因素。

过热蒸汽温度较高时，机组热效率则相对较高，但过高时，汽机的金属材料又无法承受，气温过低则影响机组效率。

过热蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行非常重要，所以对其控制有较高的要求。

但是由于过热蒸汽温度是一个典型的大迟延、大惯性、非线性和时变性的复杂系统，本次实验我们设计采用串级控制以提高系统的控制性能。

在双鸭山600MW超临界机组的过热蒸汽系统中，采用了二级喷水减温来控制主汽温，使用的控制策略均为串级控制。

2 一级过热减温控制2.1 相关图纸SPCS-3000控制策略管理-8号站-145页、146页2.2 控制系统原理过热减温A侧控制系统是串级PID控制系统。

通过调节一级减温喷水调节阀，改变一级减温器喷水流量，控制一级减温器出口温度。

然后主蒸汽经过过热器，进而达到调节二级减温器入口侧蒸汽温度。

两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵电动门，从而对主被控变量具有更好的控制效果。

在减温水串级控制系统中，副回路具有快速控制作用，当蒸汽温度发生变化时能快速实现调节作用，同时它能有效地克服进入副回路的扰动的影响，改善了对象的动态特性。

过程控制系统设计仿真实验报告实验名称：电厂过热汽温串级控制系统仿真实验姓名：孔艺臻学号：20121637班级：2012034一、实验目的1. 掌握过热汽温串级控制系统的组成和原理2. 掌握串级控制系统两步法PID参数整定过程。

3. 理解掌握串级控制系统的动态特性和克服扰动能力。

二、实验步骤1、针对100%负荷工况，用两步法整定串级控制系统的参数(1)搭建该系统的仿真模型，如图所示。

(2)先将主调节器的比例度P1S置于100%，然后由大到小逐渐降低福调节器的比例度P2S，直到得到副回路的过渡过程衰减比为4:1的比例度P2S，过渡过程的振荡周期为T2S。

(3)在副调节器的比例度等于P2S的条件下，逐步降低主调节器的比例度P1S，直到得到主回路的过渡过程衰减比为4:1的比例度P1S，过渡过程的振荡周期为T1S。

(4)按照已求得的P1S、T1S和P2S、T2S值，结合副控制器（PI控制器）和主控制器（PID控制器）的调节规律，按衰减曲线整定参数的经验公式，计算出主、副调节器的整定参数值。

(5)设置好参数后对主控制器参数进行调整，得到理想曲线。

2、整定控制器采用PID控制规律的单回路控制系统，并与串级控制系统效果进行对比3、一类扰动和二类扰动对串级控制系统的影响（1）串级控制系统的主回路和副回路根据一的实验步骤整定各参数。

（2）将一类扰动D1和二类扰动D2分别加入已经整定好参数的串级控制系统中，求出一类扰动D1和二类扰动D2在单位阶跃时主被控量的静差。

分别分析蒸汽测扰动D1（一类扰动）在单位阶跃时对主汽温的影响和喷水压力扰动D2（二类扰动）在单位阶跃时对主汽温的影响；4、一类扰动和二类扰动对单回路控制系统在两种扰动下的控制效果与串级控制系统进行对比。

5、负荷降至75%但控制器参数没有变化，比较串级控制和单回路控制系统的效果。

三、实验记录1、针对100%负荷工况，用两步法整定串级控制系统的参数（1）先将主调节器的比例度P1S置于100%，然后由大到小逐渐降低福调节器的比例度P2S，直到得到副回路的过渡过程衰减比为4:1的比例度P2S，过渡过程的振荡周期为T2S。

实验一典型环节动态特性一、实验目的：利用MATLAB命令得阶跃响应曲线，熟悉各种典型环节的响应曲线，分析环节动态特性。

二、基本内容：利用MATLAB仿真软件构成各环节，加阶跃扰动，从示波器中看曲线。

掌握比例、积分、惯性、实际微分环节的动态特性。

三、需用仪器及工具：MATLAB仿真软件，计算机四、实验步骤：1)进入WINDOWS操作系统，点击WINDOWS窗口中MATLAB图标，启动MATLAB。

2)点击MATLAB软件，进入Simulink工作环境。

3)在Simulink Library Browser(Simulink图书浏览器)中,调出示波器模块(Scope)、传递函数模块(Transfer Fcn)、阶跃信号（step）。

4)构成一个比例环节的对象模型，接入示波器及阶跃输入，并设置模型参数，点击StartSimulation 得响应曲线图1 比例环节的对象模型改变参数K观察响应曲线变化。

（mux---信号集合模块）5)构成一个惯性环节的对象模型，接入示波器及阶跃输入，并设置模型参数，点击StartSimulation 得响应曲线图2 惯性环节的对象模型T一定，改变参数K观察响应曲线变化K一定，改变参数T观察响应曲线变化同时改变T，K参数，观察相应曲线变化。

6)打开Simulink窗口，构成一个积分环节对象模型，加阶跃输入，观察响应曲线变化。

图2 单容无自平衡（积分环节）对象模型改变参数T的值，观察响应曲线变化7)打开Simulink窗口，构成一个实际微分对象模型，加阶跃输入，观察响应曲线变化。

改变参数T、K的值，加阶跃输入，观察响应曲线变化。

五、实验结果记录及分析：1、画出以上项目中系统阶跃响应曲线图，由图分析系统动态特性2、区别惯性环节和实际微分之间的区别。

实验二调节对象的动态特性一、实验目的：学习利用MATLAB命令得阶跃响应曲线，分析系统动态特性，了解单有、单无、多有、多无对象的动态特性。

浅析过热汽温串级控制的控制方案过热汽温串级控制是一种重要的控制方式，可用于调节电站的发电过程。

本文将从两个方面浅析过热汽温串级控制的控制方案。

一、控制模型过热汽温串级控制是基于PID控制方法的，通过PID控制器对控制对象进行调节。

PID控制器包括三个部分，分别为比例、积分和微分。

其中，比例控制器根据误差信号与设定值之间的差别来计算输出量，积分控制器维护一个累积误差的变量，并将其与比例控制器计算出的输出量相加，最终输出调节量。

而微分控制器根据误差变化率的变化来计算输出量，用以预测未来的误差变化情况，从而更好地改善控制系统的稳定性。

过热汽温串级控制中，PID控制器通常通过串级的方式进行连接。

该控制方式通常是将一个PID控制器插入另一个PID 控制器的反馈路径中，以此方式逐层调节。

首先，我们需要使用第一级PID控制器来实现对主蒸汽温度的调节。

第二个PID 控制器负责进一步调节再热蒸汽温度，以保持其稳定性。

通过这种方式，系统可以快速地调整过热汽温度以保持其稳定性。

二、控制算法在过热汽温串级控制中，控制器的选择至关重要。

控制器需要具有快速响应、准确性和可靠性，以确保系统的稳定性。

目前，最常用的控制器算法是基于模型预测控制（MPC）的控制方式。

MPC控制器需要建立一个过热汽温度的动态模型，并通过该模型来预测未来的状态。

在预测过程中，MPC控制器考虑了过去、现在和未来三个时段，根据这些信息对控制系统进行调节，以实现最优的温度控制。

MPC控制器使用优化算法来搜索最优解，以尽可能地减小系统误差。

总体而言，MPC是一种有前途的过热汽温度控制方法，具有一定的优势和实用价值。

然而，对于普通电站和控制系统的实际应用，MPC控制器的计算复杂度很高，需要大量的计算资源。

因此，目前还需要针对MPC控制器展开更多的研究，以提高其效率和实用性。

综上所述，过热汽温串级控制是一种有效的控制方式，可以帮助调节电站发电过程的稳定性，优化系统的能耗效率。

锅炉过热气温控制M A T L A B及控制系统仿真(总13页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除课程设计报告题目：MATLAB及控制系统仿真课程设计学院电子信息工程学院学科门类电气信息类专业自动化学号 2012449107姓名陈文华指导教师姜萍2016年 1 月 16 日目录一引言 ........................................................................... 错误!未定义书签。

1.1 实验目的 01.2 实验内容与要求 0............................................................................... 错误!未定义书签。

............................................................................... 错误!未定义书签。

二倒立摆控制系统设计 02.1倒立摆的简介 02.2倒立摆的数学模型 0............................................................................... 错误!未定义书签。

............................................................................... 错误!未定义书签。

2.3模型转化 (1)三基于状态反馈的倒立摆系统设计.................. 错误!未定义书签。

3.1系统的开环仿真 (2)............................................................................... 错误!未定义书签。

蒸汽/热水型换热器数字PID控制系统的设计与仿真摘要：在当今社会的工业领域之中，换热器已经逐渐成为一种标准的工艺设备，并且已经广泛的应用于动力工程领域和一些其他的过程工业部门。

本次实验是要求以控制输入蒸汽流量来达到输出热水温度的稳定。

但是，由于被控对象为蒸汽流量，故存在大惯性、参数时变、纯滞后等非线性特点，所以利用传统的PID控制不能满足其动态、静态特性的要求。

单一的控制方式和现在制造工艺的限制，导致目前换热器普遍存在效果差，效率低的现象同时也造成了能源的浪费。

如何改变这样的现状，提高换热器的控制效果及效率，对于缓解能源紧张的状况具有长远的意义。

本课题是通过PID控制系统来调节换热器的输入（蒸汽流量），来控制输出（热水温度），同时也引入了smith预估器来解决时滞问题，通过建立数学模型来求取被控对象的传递函数，从而建立simulink模型，通过MATLAB仿真得到其阶跃响应曲线图。

本文首先基于开环阶跃响应曲线法，通过调节参数（蒸汽流量）的阶跃输入作用下得到被控参数（供水温度）的变化规律，从而得到广义被控对象的特性参数，从而得到换热器的开环传递函数，通过搭建模型仿真观察结果，未达标，引入smith预估器重新搭建模型仿真并与之前的图形对比，接着采用PID进行校正，基于时域响应法进行PID参数整定，最后，修改比例、积分、微分三个环节的参数并对比确定最后的取值，并观察结果符合要求。

关键词：换热器时滞 PID控制 smith预估器指导老师签名：Design and Simulation of digital PID control system for steam /water heat exchangerAbstract: In the industrial field of today's society,Heat exchanger has gradually become a standard process equipment,And has been widely used in the field of power engineering and some other process industries. This experiment is required to control the input steam flow rate to achieve the output hot water temperature stability. But, Due to the controlled object as the steam flow, there are some nonlinear characteristics such as large inertia, time varying parameters and time delay.So the use of traditional PID control can not meet the requirements of its dynamic and static characteristics.Single control mode and current manufacturing process limitations,At the same time, the current heat exchanger has poor efficiency and low efficiency, and it also causes the waste of energy.How to change the current situation, improve the control effect and efficiency of the heat exchanger, to ease the situation of energy tension has a long-term significance.This topic is through the PID control system to regulate the heat exchanger input (steam flow), to control the output (hot water temperature),At the same time, the Smith predictor is introduced to solve the problem of time delay,By establishing mathematical model, the transfer function of the controlled object is obtained,So as to establish the Simulink model, the step response curve of the MATLAB model is obtained by the simulation.In this paper, based on the open loop step response curve method,The variation law of controlled parameters (water temperature) was obtained by adjusting the step input of the parameters (steam flow),The characteristic parameters of the generalized controlled object are obtained,The open loop transfer function of the heat exchanger is obtained,By setting up the model simulation results, not up to the standard,The Smith predictor is introduced to build the model simulation and compare with the previous figure,Then use PID to correct,PID parameter tuning based on time domain response method,last，Modify the proportion, integral, differential parameters of the three links and determine the final value, and observe the results meet the requirements.Keyword：Heat exchanger time lag PID control smith predictorSignature of Supervisor:目录1 绪论1.1 PID控制的目的和意义 (5)1.2 PID控制的国内外发展状况 (5)1.3 换热器PID控制系统的设计方法 (7)1.4 本文的主要研究内容 (7)2 换热器PID控制系统的构建2.1 换热器的简要介绍 (9)2.2 控制方案的设计 (9)2.3 传递函数的求取 (9)2.4 PID的简要介绍 (9)2.5 Smith预估器 (11)3 基于MATLAB的simulink模型建立3.1 仿真系统模型的建立 (13)3.2 控制系统的时域分析 (13)3.3 阶跃信号输入的优点 (13)3.4 simulink模型建立 (14)4 参数校正及仿真4.1 PID参数的整定 (18)4.2 校正系数的确定 (18)4.3 仿真结果及分析 (18)5 结论结论 (25)参考文献 (26)致谢 (27)1 绪论1.1 蒸汽/热水型换热器数字PID控制的目的和意义本次研究的是蒸汽/热水型换热器数字PID控制系统的设计与仿真。

第25卷第8期2018年8月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONV o l.252018 No.8过热蒸汽温度系统的串级DMC-P I D控制王卉、黄晓英2(1.山西轻工职业技术学院，太原030013; 2.河北建筑工程学院，河北张家口075000)摘要：过热蒸汽温度系统的控制效果对火电机组运行的安全性、稳定性和经济性有着重要影响。

其被控对象的大 迟延、大惯性、多扰动以及时变等特点，令外回路传统P ID控制方法难以取得令人满意的控制效果。

本文采用传统 过热蒸汽温度控制系统的串级结构，充分利用其内回路能快速消除扰动、提高系统工作频率的优点，在保留内回路 P ID控制器的前提下，进行了外回路D M C控制器设计。

仿真研究表明串级D M C-P I D控制相较于串级P I D-P I D控制 具有更好的给定值跟随能力和抗干扰能力。

关键词：过热蒸汽温度系统；串级；D M C;跟随；抗干扰DO 1:10. 3969/j. i ssn. 1671 -1041.2018. 08. 003中图分类号：TM621.2 文献标志码：A 文章编号：1671-1041 (2018)08-0010-03Cascade DMC-PID Control of Superheated Steam Temperature SystemW angH ui1, H uang X iaoying1(1. Shanxi Vocational College o f Light Industry,Taiyuan,030013, C hina;2. Hebei College o f A rchitecture and C iv il Engineering,Hebei,Zhangjiakou,075000, China)Abstract：The control effect o f the superheated steam temperature system has an im portant influence on the safety,stab ility and economy o f the operation of the therm al power u n it.The large delay,large inertia,m ulti-perturbation,and tim e-varying charac­teristics o f the controlled object make it d iffic u lt to achieve a satisfactory control effect o f the traditional PID control method of the outer loop.This paper adopts the cascade structure o f the traditional superheated steam temperature control system，makes fu ll use o f its internal loop can qu ickly elim inate the disturbance，improve the system operating frequency advantages,w hile m aintaining the internal loop PID controller under the premise o f the external loop DMC controller design.Sim ulation studies show that the cascade D M C-PID control has better setpoint follow ing a b ility and anti-jam m ing capability than the cascade P ID-P ID control.K e y w o r d s:superheated steam temperature system;cascade;DM C;follow;anti—jam m ing〇引言火电厂过热蒸汽温度是衡量汽包锅炉运行质量的重要 指标。

1 引言电力行业是国民经济发展的重要支柱，是人类社会生产和生活必不可少的重要产业。

在我国各大电力系统中，主力机组的单机容量已有300MW过渡到600MW，并继续到1000MW迈进。

随着单机容量的增大，初蒸汽参数也向高压、超高压、亚临界、超临界、超超临界压力逐步过渡。

超临界机组是我国近期发展起来的大容量机组，并逐渐将成为国家电力行业的主力机组。

就目前看来，我国发电还是主要以火力发电为主，锅炉主汽温控制过热汽温控制对于机组的安全经济的运行有着非常重要的意义，但同时也是最难控制的的系统之一，其控制难点主要体现在一下几个方面：1）过热汽温的干扰因素很多，例如负荷，减温水量等。

2）在各种扰动量的干扰下汽温对象具有非线性、时变等特性，使控制难度加大。

3）汽温对象具有大迟延、大惯性的特点，尤其是随着机组容量和参数的提高，蒸汽过热受热面的比例加大，使其迟延和惯性进一步加大，增大了控制难度。

但同时过热汽温控制对于机组安全经济的运行有着相当重要的作用，主要有以下几个方面：1）过热汽温过高会使蒸汽管道金属和锅炉受热面的蠕变加快，影响使用寿命。

当超温严重的时候，将会使材料强度急剧下降从而导致管道破裂。

过热汽温过高还会导致汽轮机的汽缸、汽门、前几级喷嘴和叶片的机械强度下降，导致使用寿命降低和设备损坏。

2）汽温过低，将会影响机组的经济性。

当汽温低的时候机组热效率降低，煤耗增大。

另外，汽温降低会使汽轮机尾部的蒸汽湿度增大，影响汽轮机内部的热效率，使汽轮机末几级叶片的侵蚀加剧。

此外，汽温降低会使汽轮机所受的轴向推力增大，对汽轮机的安全运行很不利。

3）主汽温变化过大，除使管材及有关部件产生疲劳外，还将引起汽轮机汽缸的转子与汽缸的胀差变化，甚至产生剧烈振动，危及机组安全运行。

总之，过热汽温是火电机组的主要参数。

由于过热器是在高温、高压环境下工作，过热器出口汽温是全厂工质温度的最高点，也是金属壁温的最高处，工艺上允许的汽温变化又很小，汽温对象特性呈非线性，影响汽温变化的干扰因素多等，这些都使得汽温控制系统复杂化，因此正确选择控制汽温的手段及控制策略是非常重要的。

锅炉主汽温度控制系统的串级控制仿真实验一、实验目的1、掌握串级控制系统的构成及参数整定方法。

2、分析串级控制系统对进入内回路干扰的抑制情况。

3、通过与单回路控制系统的性能比较，掌握串级控制系统的特点。

二、实验内容1、系统描述锅炉过热器出口的主蒸汽温度是锅炉最主要的输出变量之一。

主汽温度在确保机组运行的安全性和稳定性方面具有及其重要的作用，主汽温度过高会造成一些设备的损坏，锅炉受热面以及蒸汽管道金属材料的蠕变速度将会大大加快，这样会降低设备的使用寿命。

温度过低会使得机组的循环热效率降低。

在设备运行过程中，引起气温变化的因素很多，其中最主要的影响因素是主蒸汽流量，烟气流量和减温水流量等。

对锅炉主汽温度的控制一般要求主蒸汽温度应该稳定在额定值的±5℃范围内。

某锅炉系统过热汽温调节系统如图1所示,图1 过热器出口温度调节系统结构示意图2、主汽温度的串级控制系统原理通过喷淋减温水来控制过热气温时,通常将过热器分为两个区,减温器之前是导前区,减温器后是惰性区。

由于通过过热器出口温度控制喷淋水惯性很大，因此对过热器出口蒸汽温度的控制通常采用串级控制方案，如图2。

串级控制原理框图见图3.图2 过热气温串级控制结构原理图图3过热蒸汽温度串级控制系统控制原理图 假定导前区的传递函数为0228()(115)W s s =+， 惰性区的传递函数为0131.125()(125)W s s =+， 过热器蒸汽温度测量变送器的传递函数为01020.1/o mA C γγ==， 执行机构和减温水调节阀门的传递函数1z K K μ=。

3、实验要求1) 试在simulink 下搭建主汽温度串级控制系统，在不加控制的情况下观察导前区和惰性区的单位阶跃响应。

2) 若副回路采用比例控制，主回路采用比例积分控制，试整定串级控制系统的主、副调节器参数，给出整定的过程。

3) 根据整定好的参数，分析过热气温串级控制系统的阶跃响应性能。

某串级系统的方框图如图所示，已知各环节的传递函数如下： 对象特性：，)13)(130(1)(1++=s s s G o ，)110()1(1)(22++=s s s G o 调节器：， )11()(11sT K s G i c c +=，22)(c c K s G = 调节阀： 1)(==v v K s G 变送器： 121==m m G G（1）先用稳定边界法对副调节器进行整定，求出2c K ；然后对主调节器整定，求出主调节器的参数1c K 、i T 。

（2）如果主调也用比例作用，求二类扰动D 2和一类扰动D 1在单位阶跃时主被控量的静差，并进行分析。

（3）若采用简单控制系统，已得调节器的比例增益4.5=c K ，再分别求出二类扰动D 2和一类扰动D 1在单位阶跃时的静差，且与（2）比较分析。

过程控制系统设计仿真实验报告实验名称：串级控制系统仿真实验姓名：学号：班级：一、实验目的1. 掌握串级控制系统的组成和原理2. 掌握串级控制系统两步法PID 参数整定过程。

3. 理解掌握串级控制系统的动态特性和克服扰动能力。

二、实验步骤（1）a:先用稳定边界法对副调节器进行整定，求出2c K =1/P2=12.1①使系统处于串级运行状态，主，副调节器均为比例作用的条件下，先将主调节器的比例度 P1置于100%刻度上，然后有大到小逐渐降低副调节器的比例度P2，直到系统对输入的阶跃 响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数Pm=0.0412;②根据所记录的Pm ，用195页的经验公式计算调节器的整定参数:P2=2Pm=0.0824。

b:然后对主调节器整定，求出主调节器的参数1c K =1/P1=9.9、iT =9.86。

①在副调节器的比例度等于2Pm 的条件下，逐步降低主调节器的比例度P1,直到同样得到临 界振荡，记下这时的比例放大系数Pm=0.0459和临界振荡周期Tm=11.6。

②根据所记录的Pm 和Tm ，用195页的经验公式计算调节器的整定参数： P1=2.2Pm=0.10098,iT =0.85Tm=9.86。

主汽温串级控制系统仿真研究毕业论文1绪论1.1论文的意义和选题背景在现代火力发电厂的热工过程控制系统中，锅炉过热器出口温度（主汽温）对整个电厂的效率和安全具有十分重要的作用，是锅炉的主要参数之一，对电厂的安全经济运行有重大影响。

主汽温偏高，会使过热器和汽轮机高压缸承受过高的热应力而损坏，从而威胁机组的安全运行；主汽温偏低，则会降低机组的热效率，影响机组运行的经济性。

同时，主汽温偏低会使蒸汽的含水量增加，从而缩短汽轮机叶片的使用寿命。

因此，必须将主蒸汽温度严格控制在给定值附近。

若温度过高，过热器和高压锅炉会被损坏，若温度过低，电厂的效率会被降低。

过热器内部温度变化也要很好的抑制，否则，剧烈的温度变化会引起较大的机械压力，可能会引起锅炉破裂，从而会减少加热系统单元的生命并且增加维护费用。

因此合理控制主汽温对保证电厂的安全经济运行有重大影响。

在实际中，由于过热汽温系统具有大迟滞，大惯性，对象具有明显的滞后性，非线性，时变性等特点，并且具有温度波动允许范围小，模型失配，参数不确定等因素，控制主汽温并不是一件容易的工作。

国内电厂在这方面还有很多工作要做，例如，我国刚开始刚引进的300MW，600MW的大型机组时，主蒸汽只有一级喷水减温器作为调温手段，由于我国热控自动化应用水平有限，导致主汽温经常失控，甚至超温。

到目前为止，锅炉生产厂家往往都采用至少两级喷水减温，降低控制难度来调节主汽温。

单回路调节系统(只有被调量一个反馈回路)虽然是一种最基本的、使用最广泛的调节系统，但由于现场实际对象多半属于大迟延大惯性，用单回路调节系统性能指标很差，若调节质量要求较严时就无能为力了，采用传统的单回路控制难以达到控制要求。

因此，需要改进调节结构、增加辅助回路或添加其他环节，组成串级调节系统。

过热气温串级调节系统是火电厂最典型的调节系统，所以一般采用串级系统对生产流程加以控制。

据此，本文设计了主汽温串级控制系统，取得了较好的仿真结果。

串级控制系统仿真与设计
一、锅炉温度串级控制系统的仿真与设计
如图所示为锅炉夹套水温同锅炉内胆水温串级控制系统。

锅炉夹套水温为主变量，锅炉内胆水为副变量。

1、锅炉温度串级控制系统的仿真
1）确定主、副对象的传递函数；
2）试分别采用单回路控制和串级控制设计主、副PID控制器的参数，并给出整定后系统的阶跃响应特性曲线和阶跃扰动的响应曲线，并说明不同控制方
案对系统的影响。

2、锅炉温度串级MCGS系统的设计
根据要求采用MCGS监控组态软件设计监控制界面。

3、课程设计论文应完成的工作
摘要，要求100字内的论文摘要，中英文均要求。

关键词（3—5个），中英文关键词。

前言、方案论证及方案选择、仿真系统的设计或MCGS系统的设计、调试及结论、致谢、参考文献
二、上下水箱液位串级控制系统的仿真与设计
如图所示为上下水箱液位串级控制系统。

下水箱液位为主变量，上水箱液位为副变
量。

1、上下水箱液位串级控制系统的仿真
1）确定主、副对象的传递函数；
2）试分别采用单回路控制和串级控制设计主、副PID控制器的参数，并给出整定后系统的阶跃响应特性曲线和阶跃扰动的响应曲线，并说明不同控制方案对系统的影响。

2、锅炉温度串级MCGS系统的设计
根据要求采用MCGS监控组态软件设计监控制界面。

3、课程设计论文应完成的工作
摘要，要求100字内的论文摘要，中英文均要求。

关键词（3—5个），中英文关键词。

前言、方案论证及方案选择、仿真系统的设计或MCGS系统的设计、调试及结论、致谢、参考文献。