三冲量双回路汽包给水调节系统的整定

实验四 三冲量双回路汽包给水调节系统的整定

一、实验目的

1． 学会复杂系统的分析整定；

2． 熟悉汽包给水自动调节系统整定的步骤；

3． 了解PI 调节器参数及分流系数对调节过程的影响。

二、实验内容

汽包给水三冲量自动调节系统方框图，如下所示。

PI

K z

G o1(S)

G o2(S)K u

γw

γH I H0+

+--I D

D

W

αw

I H I w γD αD

H

图中，H 、D 、W 分别为汽包水位、蒸汽流量和给水流量；G o1(s)、G o2(s)分别为给水流量和蒸汽流量对汽包水位的传递函数：

)

130(037.0)

1()(01++=

s s s s s G ＝

τε， s

s s

Ts K s G 037.01

156.3＝

1

)(02-

+-

+=

ε；

γD 、γW 、γH 分别为蒸汽流量D 、给水流量W 和汽包水位H 测量变送器的传递系数，γD ＝γW ＝0.083，γH ＝0.033；αD 、αW 分别为蒸汽流量和给水流量的分流系数，αD ＝αW ＝0.21；K Z 、K u 分别为执行机构和阀门的特性系数，K Z ＝10，K u ＝2。

要求分别对三冲量汽包给水自动调节系统的内外回路进行整定，并进行计算机仿真。 系统中存在内、外两个闭合回路。内回路是由给水流量信号W 局部反馈构成，外回路是由汽包水位信号H 反馈到系统调节器输入端构成的。蒸汽流量信号D 只是引入的前馈信号，在系统中该信号并没有形成闭合回路，前馈调节不会影响系统的稳定性，在整定调节系统时，只需要对两个闭合回路进行稳定性的分析。

整定的具体步骤如下： 1．内回路的整定 内回路方框图如下所示。

PI

K z

K u

γw

-W

αw

I w -

ΔI

内回路系统的闭环传递函数为

w

w z i i z i i K K s

T s

T K K s

T s

T s I s W γ

αδδ∆μμ

++

+=111)

()

(

在内回路中有三个可以改变的参数：比例带δ、积分时间T i 和给水流量侧的分流系数αw ，可以把αw 归纳到调节器中构成一个等效调节器，等效调节器的传递函数为

)11()(*

s

T s G i w R +

=

δ

α

等效调节器的等效比例带为 w

n α

δδ=

*

在整定内回路时，先对αw 任意选取一个数值（如：αw =1），然后通过试验来改变δ和T i 的值，一般取T i 为5-10秒，再调整δ值直到满意为止，即把内回路整定为一个能迅速消除自发性内部扰动的快速随动系统。整定得到的结果是T i 数值和δ/αw 的比值，整定时αw 只是一个任意选取的值，在整定外回路时αw 是一个唯一的整定参数，一旦αw 有了确定的数值后，δ也要随之改变，以保证δ/αw 比值不变（即：内回路特性不因为αw 的改变而改变）。

2．外回路的整定

调节器参数可以设置得较小，使内回路成为快速随动系统，即：w

w W I γ

α∆=或

w

w s I s W γ

α1

)

()(≈

∆。去除不影响调节系统稳定性的前馈信号通道，可得到外回路系统方框图，

如下所示。

G o1(S)

γH

I H0+

-W

H

w

w γα1

外回路已可以看作是一个单回路调节系统，可采用整定单回路调节系统的方法来整定外回路。内回路在外回路中相当于处在调节器的位置，因此，外回路调节器的传递函数为：

w

w R s G γ

α1

)(*

=

外回路的调节器实际上是一个比例调节器,它的等效比例带为

w

w w γ

αδ=*

因为w γ是一个确定的常数，所以外回路的稳定性及其它性能完全由w α来决定。

整定外回路时，可采用工程整定法来整定参数，得到w α值。如果利用图表法整定，首先通过试验获得广义被调对象的阶跃响应曲线（广义被调对象的输入信号为给水流量W ，输出信号是水位侧差压变送器的输出值）。求得ε和τ的数值，查图表求取整定参数。

w

w w γ

αετδ==*

可求出

w

w

γ

ετα

=

根据外回路整定得到的w α值，可求出调节系统比例积分调节器中的比例带δ值。

3．蒸汽流量侧D α的选择

要使静态偏差为零，静态时必须满足I D =I W ，即：

w

w D

D W D α

γα

γ=

在正常运行时，可认为D=W ，γD =γW ，则有

αD =αW

因此，为了克服静态偏差，蒸汽流量侧分流器的分流系数αD 必须等于给水流量侧分流器的分流系数αW 。

三、实验结果

1、内回路：

（1）整定得：T i ＝ 9 δ/αw = 90

1

（2）仿真曲线：