锅炉汽包水位双冲量控制系统的设计_课程设计说明书(编辑修改稿)

锅炉汽包水位双冲量控制系统的设计_课程设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

调节器 1 调节器 2 M 减温器 减温 水 温度变送器 武汉理工大学《过程控制系统》课程设计说明书 6 — — 看作一个闭合的副回路代替了原来的一部分对象，起了改善对象特征的作用。 除了克服落在副环内的扰动外，还提高了系统的工作频率，加快过渡过程。 串级控制由于副环的存在，改善了对象的特性，使等效副对象的时间常数减小，系统的工作频率 提高。 同时，由于串级系统具有主、副两只控制器，使控制器的总放大倍数增大，系统的抗干扰能力增强，因此，一般来说串级控制系统的控制质量要比单回路控制系统高。 在炉温过热蒸汽温度控制系统中，为了获得更好的控制精度，所以采用串级控制系统以得到良好的控制特性。 串级控制方案论证 串级控制是随着工业的发展，新工艺不断出现，生产过程日趋强化，对产品质量要求越来越高，简单控制系统已不能满足工艺要求的情况下产生的。 图 串级控制系统方框图 由上图可知，主控制器的输出即副控制器的给定，而副控制器的输出直接送往控制阀。 主控制器的给定值是由工艺规定的，是一个定制，因此，主环是一个定值控制系统；而副控制器的给定值是由主控制器的输出提供的，它随主控制器输出变化而变化，因此，副环是一个随动控制系统。 串级控制系统中，两个控制器串联工作，以主控制器为主导，保证主变量稳定为目的，两个控制器协调一致，互相配合。 若干扰来自副环，副控制器首先进行 “粗调 ”，主控制器再进一步进行 “细调 ”。 因此控制质量优于简单控制系统。 串级控制有以下优点 主调节器 主调节器 主变送器 副变送器 副调节器 调节阀 副对象 二次扰动 一次扰动 副参数 主参数 给定 武汉理工大学《过程控制系统》课程设计说明书 7 由于副回路的存在，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； 对二次干扰具有很强的克服能力，对客服一次干扰的能力也有一定的提高； 对负荷或操作条件的变化有一定的自适应能力。 一 般来说，一个设计合理的串级控制系统，当干扰从副回路进入时，其最大偏差将会较小到控制系统的 1/10— 1/100，即便是干扰从主回路进入，最大偏差也会缩小到单回路控制系统的 1/3— 1/5。 但是，如果串级控制系统设计得不合理，其优越性就不能够充分体现。 因此，串级控制系统的设计合理性十分重要。 气包水位串级双冲量调节系统图 图 中所示的双冲量调节系统 ,汽包水位是被控变量 ,是主冲量信号 ,蒸汽流量和给水流量是辅助冲量信号。 系统将蒸汽流量和给水流量前馈到汽包水位调节系统中去 ,一旦蒸汽流量或给水流量发生波动 , 不是等到影响到水位才进行调节 ,而是在这两个流量改变之时就能通过加法器立即去改变调节阀开度进行校正 ,故大大提高了水位这个被调参数的调节精度。 图 中所示的串级控制系统有一个明显的特点 :在结构上有两个闭环。 一个环在里面，称之为副环或副回路，在控制过程中起着“粗调”的作用。 一个环在外面，称之为主环或主回路，用来完成“细调”任务，以最终保证被调量满足工艺要求。 在串级控制系统中，主调节器和副调节器的任务不同，主调节器的任务是校正水位偏差。 副调节器的任务是用以消除给水压力波动等因素引起的给水流量的自发性扰动以及当蒸 汽负荷改变时迅速调节给水流量，以保证给水流量和蒸汽流量平衡。 主调节器具有自己独立的设定值，它的输出作为副调节器的设定值，而副调节器的输出信号则送到执行机构去控制生产过程。 这样，当负荷变化时，水位稳定值是靠主调节器来维持的，并不要求进入副调节器的蒸汽流量信号的作用强度按所谓“静态配比”来进行整定 .恰恰相反，在这里可以根据对象在外扰下虚假水位的严重程度来适当加强蒸汽流量信号的作用强度，从而改变负荷扰动下的水位控制品质。 武汉理工大学《过程控制系统》课程设计说明书 8 图 串级控制系统 锅炉汽包水位的 PID控制方案 控制汽包水位的手段是操纵给水，依此构成的单回路控制系统对锅炉的假水位现象回发出相反的补偿动作，严重时甚至会使汽包水位降到足以发生危险事故的程度，如果根据蒸汽流量来给出校正动作，就可以纠正虚假水位引起的误动作，从而减少水位的波动，改善控制的精确度。 前馈调节系统 比较前馈系统，反馈系统的最大缺点是在干扰作用下，必须形成偏差，才能进行调节（或偏差即将形成）那么能否在干扰作用发生后，在未影响被控变量时，就开始调节，使被控变量保持不变。 而前馈系统是按干扰进行调节的开环调节系统，在干扰发生后，被控变量未发生变化时，前馈控制器根据干扰幅值，变化趋势，对操纵变量进行调节，来补偿干扰对被控变量的影响，使被控变量保持不变的方法。 图 前馈系统方框图 其中 PDG 表示干扰通道对象特性， PCG 表示控制通道对象特性， ffG 表示前馈控制器传函。 根据不变性原理，即被控变量与干扰量绝对无关，或被控变量对干扰完全独立，武汉理工大学《过程控制系统》课程设计说明书 9 则    sFsT =0，即 sT =0  sFsT = PCffPD GGG  =0 (21) 所以 sGff    sGsG PCPD 即 sGff = 干扰通道对象特性 /控制通道对象特性 上式的负号表示控制通道与干扰通道作用相反。 所以前馈控制器传函由控制通道对象特性和干扰通道对象特性决定。 串级前馈调节系统 为克服调节阀的变差（滞环），阀前后压差变化，引起阀和流量变化（如蒸汽压力变化）增加一个流量付环，其目的在于通过设置副变量来提高对主变量的控制质量，由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响，同时系统对负荷改变时有一定的自适应能力。 图 串级前馈系统模型 图 串级前馈控制系统方框图 武汉理工大学《过程控制系统》课程设计说明书 10 串级前馈模型传递函数： sF sGff    sGsG PDPC 1 =0 (22) 综上两种调节系统的比较，我们可以看出，采用串级前馈调节具有更大的优势，故在在此设计方案中，采用串级前馈的控制方式来对其进行控制。             sGsGsGsH ssGsGPCcmpcC222221  武汉理工大学《过程控制系统》课程设计说明书 11 3 硬件设计 调节阀的选择 在本系统中，调节阀是系统的执行机构，是按照控制器所给定的信号大小和方向，改变阀的开度，以实现调节流体流量的装置。 调节。