常规PID控制规律

一、常规PID控制规律
常规PID控制即比例-积分-微分控制规律。

比例调节作用是最基本的调节作用，使“长劲”，比例作用贯彻于整个调节过程之中；积分和微分作用为辅助调节作用。

积分作用则体现在调节过节过程的后期，用以消除静态偏差，使“后劲”；微分作用则体现在调节过程的初期，使“前劲”。

4. PID(比例-积分-微分)控制特点
(1) 缺点
不适用于有大时间滞后的控制对象，参数变化较大甚至结构也变化的控制对象，以及系统复杂、环境复杂、控制性能要求高的场合。

(2) 优点:
●PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息，而且其配置几乎最优。

比例(P)代表了当前的信息，起纠正偏差的作用，使过程反应迅速。

微分(D)在信号变化时有超前控制作用，代表了将来的信息。

在过程开始时强迫过程进行，过程结束时减小超调，克服振荡，提高系统的稳定性，加快系统的过渡过程。

积分(I)代表了过去积累的信息，它能消除静差，改善系统静态特性。

此三作用配合得当，可使动态过程快速、平稳、准确，收到良好的效果。

●PID控制适应性好，有较强鲁棒性。

●PID算法简单明了，形成了完整的设计和参数调整方法,很容易为工程技术人员所掌握。

●许多工业控制回路比较简单，控制的快速性和精度要求不是很高，特别是对于那些l～2阶的系统，PID控制已能得到满意的结果。

●PID控制根据不同的要求，针对自身的缺陷进行了不少改进，形成了一系列改进的PID 算法。

2．调节器的参数整定就是合理地设置调节器的各个参数，在热工生产过程中，通常要求控制系统具有一定的稳定裕量，即要求过程有一定的衰减率ψ；在这一前提下，要求调节过程有一定的快速性和准确性，换言之稳定性是首要的。

所谓准确性就是要求控制过程的动态偏差（以超调量MP表示）和静态偏差（ess）尽量地小，而快速性则是要求控制过程的时间尽可能地短。

控制系统参数整定有理论计算方法、工程整定方法。

热工系统的主要控制方式
一.反馈控制反馈控制是根据被调量与给定值的偏差值来控制的。

反馈控制的特点是必须在被调量与给定值的偏差出现后，调节器才能对其进行调节来补偿干扰对被调量的影响。

如果干扰已经发生，而被调参数还未变化时，调节器是不会动作的。

即反馈控制总是落后于干扰作用。

因此称之为“不及时控制”。

反馈控制方案的本身决定了无法将干扰对被控量的影响克服在被控量偏离设定值之前，从而限制了这类控制系统控制质量的进一步提高。

二.前馈控制考虑到偏差产生的直接原因是干扰作用的结果，如果直接按扰动而不是按偏差进行控制，也就是说，当干扰一出现调节器就直接根据检测到的干扰大小和方向按一定规律去进行控制。

由于干扰发生后被控量还未显示出变化之前，调节器就产生了控制作用，这在理论上就可以把偏差彻底消除。

按照这种理论构成的控制系统称为前馈控制系统，显然，前馈控制对于干扰的克服要比反馈控制系统及时得多
三、复合控制工程实际中，为克服前馈控制的局限性从而提高控制质量，对一两个主要扰动采取前馈补偿，而对其它引起被调参数变化的干扰采用反馈控制来克服。

以这种形式组成的系统称为前馈一反馈复合控制系统。

前馈-反馈复合控制系统既能发挥前馈调节控制及时的优点，又能保持反馈控制对各种扰动因素都有抑制作用的长处，因此得到了
广泛的应用。

四、串级控制主调节器的输出是副调节器的输入
五、导前微分控制引入导前微分信号送入调节器
六、比值控制在工业生产过程中，常需要保持两个变量（通常指流量）成比例变化。

三、控制系统的评价稳定性、准确性、快速性
1. 稳定性指控制系统在受到干扰作用后，系统的平衡被破坏，在控制设备的控制作用下，控制系统能恢复到一个新的平衡状态，称为稳定的控制系统。

稳定的控制系统的被控参数和控制参数的过渡过程曲线最后趋于平衡；不稳定的控制系统过渡过程曲线则是渐扩的，无法恢复平衡2、准确性指被控参数的实际值与给定值之间的动态偏差和静态偏差。

最大动态偏差是指整个过渡过程中被控参数偏离给定值的最大差值；静态偏差是过渡过程结束后被控参数与给定值之间的差值。

现场中希望两个偏差越小越好。

3、快速性指过渡过程的持续时间，即从干扰发生起至被控参数又建立新的平衡状态为止的过渡时间。

一般认为被控参数进入偏离给定值范围内就基本稳定了。

当然，过渡时间越短，控制过程进行的就越快，系统品质也就越好。

单元机组协调控制系统把锅炉和汽轮发电机组作为一个整体进行控制，采用了递阶控制系统结构，把自动调节、逻辑控制、联锁保护等功能有机地结合在一起，构成一种具有多种控制功能，满足不同运行方式和不同工况下控制要求的综合控制系统。

锅炉燃料控制系统，风量控制系统，汽轮机功率/ 频率调节系统，以及直流锅炉的给水控制系统。

一、单元机组的运行方式
单元机组的运行方式有定压运行和滑压运行两种。

定压运行是指无论机组负荷怎样变动，始终维持主蒸汽压力以及主蒸汽温度为额定值，通过改变汽轮机调节汽门的开度，改变机组的输出功率。

滑压运行则是始终保持汽轮机调节汽门全开，在维持主蒸汽温度恒定的同时，通过改变主蒸汽压力改变机组的输出功率。

滑压运行方式具有以下主要特点:（1）汽轮机调节汽门保持近似全开将会使进汽节流损失降低。

（2）在部分负荷下，主蒸汽和再热蒸汽的压力降低，容易保持蒸汽温度不变。

可获得较高的循环效率。

（3）部分负荷下给水泵的功耗比定压运行时减小（4）调峰停机后再启动快，降低了启动损耗（5）负荷越低，滑压运行的经济性越显著
1、滑压运行方式单元机组在滑压运行方式下，保持主汽门和调节汽门全开。

外界负荷需求变化时，通过调节锅炉的燃料、风量、给水以及相应的输入量，改变锅炉的蒸发量，进而改变汽轮机的进汽压力，在维持汽温为额定值的前提下，使进入汽轮机蒸汽的能量改变，使汽轮发电机组的输出功率适应外界负荷的需求。

2、定压运行方式定压运行方式的基本特征是机组负荷在任何稳定工况下，均保持主蒸汽压力和温度为额定值。

定压运行机组的运行方式有机跟炉、炉跟机和机炉协调三种方式。

3、联合运行方式
4、调频运行方式
一、炉跟机控制系统基本点：汽轮机为基础，锅炉跟随的负荷控制方式，简称炉跟机方式；
机接受负荷指令，负责调节功率，具有较好的负荷响应能力；炉负责调节汽压，维持汽压的稳定，由于锅炉动态响应慢，动态过程中汽压波动大；因机炉间的相互影响，燃料扰动（如增加）时压力、功率都有变动（上升），而为保持原有功率，汽轮机调节汽门要
动作（关小），更使压力有所波动（增加）。

二、机跟炉控制系统基本点：锅炉为基础，汽轮机跟随的负荷控制方式，简称机跟炉方式；
机跟炉方式：炉接受负荷指令，负责调节功率，负荷响应能力差，不仅不能利用锅炉蓄能，负荷增加时，还要先向锅炉附加蓄能，要先提高汽包压力；因机炉间的相互影响，燃料扰动时，机组功率波动也大，如燃料增加时，功率、汽压都上升，要保持原有汽压，汽轮机调节汽门开大，会使功率更为增加，对燃煤机组来说这个缺点比较突出。

单纯的汽轮机跟踪运行方式对电网干扰较大，不利于电网周波的稳定；但因汽轮机调压的动态响应比锅炉调压快，不论负荷变化或燃料扰动，汽压波动都小，有利于机组本身运行参数的稳定。

三、协调控制系统协调控制方式就是一种较好地解决机组的负荷适应性与运行稳定性这一对矛盾的运行方式。

协调控制系统的一个重要设计思想，就在于蓄能的合理利用和补偿：1）充分利用锅炉的蓄能，又要相应限制这种利用；2）补偿蓄能，动态超调锅炉的能量输入。

协调控制系统的一个关键控制策略，在于尽可能减少和消除锅炉、汽轮机动作间的相互影响，采用扰动补偿、自治或解耦的控制原则。

扰动应由扰动侧的控制回路自行快速消除，而非扰动侧的控制回路应少动或不动，以利于动态过程的稳定。

主控系统由负荷指令处理回路和机、炉主控制器两部分组成。

2、频差校正
并网运行的火力发电机机组在电网频率变化时，其自身的电液调速系统会使机组自动改变一部分负荷，以减小电网频率的波动，这是机组的一次调频能力。

4.负荷指令的闭锁增/闭锁减（BI/BD）机组在实际运行过程中，一些不明原因可能造成执行机构工作到极限状态，为防止事故的发生，必须对负荷指令进行方向闭锁。

5.负荷指令的迫降/迫升(RD/RU)如果在系统发生闭锁增或闭锁减的过程中，同时出现某些重要参数偏差大并超过设定的限值，为保证机组的安全运行，还必须将机组的负荷迫降或迫升到与其自身允许出力相适应的水平上运行
控制器输入信号有: 机组实际负荷指令(ULD) ，机组实发电功率(MW) ，机前压力(Turottle Pressure)P T，压力设定值P s，第一级压力(First Stage Pressure)P1，以及汽包压力(Drum Pressure) P b。

控制器输出信号是:汽机指令(TURB Demand)TD和锅炉指令(BLR Demand)BD。

主控系统的运行方式(即控制策略)有以下几种:
(1)手动方式；(2)汽机跟随方式(TF)；(3)锅炉跟随方式(BF)；(4)机、炉协调方式(COORD)。

2、机、炉协调控制方式(COORD该协调控制策略采用了直接能量平衡原理、炉跟机的控制方式、非线性元件的单向解耦，因而使系统具有较好的控制品质
1.锅炉跟随控制方式(BF)
机侧控制器均处于跟踪状态，汽机控制由运行人员通过汽机主站手动控制；炉侧可由运行人员选择CCS1或DEB两种结构。

2.汽机跟随控制方式(TF)
当锅炉子控制系统中燃料操作器(A/M1)和送风操作器(A/M2)在手动控制，而汽机主站于自动工况时，系统运行在汽机跟随控制方式
四、机、炉手动控制方式
当汽机主站、炉侧燃料、送风均在手动时，机组运行在机、炉分别手动控制方式
自动控制系统可以由以下几个部分组成：
测量变送器：用来测量被调量，并把被调量转换为与之成比例的某种便于传递和综合的信号。

给定元件：用来设置被调量的给定值或与该给定值对应的电信号。

调节器：接受被调量信号和给定值比较后的偏差信号，输出一定规律的控制指令给执行器执行器：根据调节器送来的控制指令去推动调节机构，改变调节量。

调节机构：接受控制作用去改变调节量变化的具体设备。

控制对象：被控制的热工生产过程或设备。

被调量：表征热工过程是否符合规定工况的物理量。

扰动：生产过程中引起被调量偏离给定值的各种因素。

调节量：由控制作用来改变并去控制被调量变化的物理量。

1．维持蒸汽压力稳定2．保证燃烧过程的经济性3．维持炉膛压力稳定
三个被控参数（被调量）（即蒸汽压力、过剩空气系数或最佳含氧量、炉膛压力）与三个调节量（即燃料量、送风量、引风量）
燃料量是如何表示的？1采用燃水比例信号代替燃料量信号，2采用调速级蒸汽压力信号代替燃料量信号3对于燃煤锅炉，可采用热量信号代替燃料量信号，反映燃料量的自发扰动。

燃水比控制方案（1）方案一
以燃料调节器作为负荷调节器，而以给水调节器作为汽温粗调。

即采用以燃料量作为主动流量，调节锅炉负荷，以给水流量作为从动流量，跟随燃料量变化，保持燃水比例不变，调节微过热汽温的配对选择方案。

当燃料量发生扰动时，燃料和给水调节器都将动作，从而使由燃料量内扰而引起的温度偏差由给水流量变化来消除。

（2）方案二
以改变给水流量作为负荷的调节手段，而以燃料量跟踪给水流量，保持规定的燃水比，作为过热汽温的粗调
（1）燃料与风量交叉限制
在锅炉燃烧过程中，如果风量太小则造成炉膛灭火，为保证燃料的完全燃烧，风量应始终比燃料富裕。

如下图中，锅炉主指令BD与风量信号AF在小值选择器中进行选择，把幅值较小的信号作为锅炉燃料调节器的给定值，锅炉主指令BD是按设计煤种标定的，因此风量信号AF是经过氧量修正后的实际送风量。

该交叉限制回路工作过程中，当主指令增加时，并不立即去增大给粉机转速，而是在实际送风量增大后放行主指令，即先加风后加煤；当主指令减少时，先减煤后减风，并保证风量大于燃料量。

超驰控制
超驰信号y3是炉膛压力偏差信号ΔFP经函数F（x）2处理再送比例放大器运算而获得。

函数F（x）2的特性曲线如左图（b）所示，它是一个死区组件，即当ΔFP在（－n,n）范围内时，其输出值y3为零，则超驰信号为零
当ΔFP超出（－n,n）时，如炉膛压力FP高，且FP－FP0>n，y3为正值开大引风机位
置，增大引风量，炉膛压力FP降低。

不灵敏区（－n,n）>>（－m,m），即炉膛压力偏差不能由正常自动调节回路消除，且超出安全运行（－n,n）范围时，控制作用直接作用到执行机构，而不受操作器A、B的管制，这种不受任何条件约束的快速控制，称之为超驰控制
超驰信号y2反作用于引风机执行机构，它表明当锅炉发生主燃料跳闸时，快速关小引风机入口挡板1/4，减小引风量，以防止熄火使炉膛压力大幅度下降，而导致炉膛内爆的发生。

这种快关引风机约10s后，逐渐恢复到原始位置，过程约30s。

该超驰控制是本系统防锅炉内爆的措施之二。

炉膛安全保护方式：1信号赢余即信号可靠2超驰控制3设置炉膛压力高低限
过热段的起始部分选取一个合适的地点，根据该点工质温度来控制燃水比。

这一点称为中间点，中间点汽温变化的时滞应不超过30～40s。

但应说明，在不同负荷时，中间点的汽温不是固定不变，而是机组负荷的函数。

考虑到燃料量内扰很大，对于燃煤锅炉，燃料量无法准确测量。

因此内回路难以有效克服燃料量扰动。

系统中引入烟气温度信号经微分器后作为导前微分信号引入PI4，补偿（克服）燃料量扰动时微过热汽温变化的迟延。

这既有利于克服内扰，也有利于改善汽温调节品质。