基本过程控制系统火力发电厂热工过程控制

过程控制的研究内容： （1）设计控制系统的控制目标（即设计指标参数）；
（2）认识生产过程的动态特性（一般为广义对象的动态性）；
（3）设计控制器的控制规律及控制结构，使控制系统达到控制 系统的控制指标要求。
基本过程控制系统
第一章
§1-1
生产过程动态特性
过程控制系统的性能指标
§1-2
§1-3
被控对象的动态特性


0
e(t ) dt

0
e2 (t )dt
优点：抑制响应等幅波动和大误差
局限：不能反映微小误差对系统的影响
(4) ITAE（时间与绝对误差乘积积分） = 优点：着重惩罚过度时间过长


0
e(t ) tdt
Βιβλιοθήκη Baidu本过程控制系统
被控对象的动态特性
一、基本概念 被控对象的动态特性是指被控对象的输入发生变化时， 其输出（被调量）随时间变化的特性 。 对于线性系统，其动态特性可用传递函数来描述。
对被控对象的验前知识的掌握 对建立数学模型准确性的要求
(n > m）
选择哪种传递函数的形式，可依据以下两点：
基本过程控制系统
Ke-τs （1）确定 G(s) = 参数 K Ts + 1
• t1/2处为扰动起点； • 在s型响应曲线找拐点，并作切线； • 记交点a、b和c • 起点到a的距离为τ； • a点到c点的距离为T；
Y
Y∞
t
Y*´ Y*
1
t
若t1/t2>0.46 ，则为高阶对象 见表1-1（p.28)
τ
t1
t2
基本过程控制系统
G(s)=
1
Ts +1
n
t1 + t 2 nT 2.16
高阶对象中n与比值t1/t2的关系 n t1/t2 n 1 0.317 8 2 0.46 9 3 0.534 10 4 0.584 11 5 0.618 12 6 0.640 13 14 7 0.666
自衡过程
非自衡过程
基本过程控制系统 二、工业过程动态特性的特点 （1）无振荡； （2）稳定或中性稳定； （3）有惯性或迟延； （4）非线性特征，大部分生产过程可在工作点附近线性化
基本过程控制系统
归纳：
（1）典型自衡对象传递函数表达式
K G(s) = e-τs Ts + 1
τ T
K
自衡率ρ =
1 K
K= y Δμ 0
T
τ 的作图法
Y
b
Y∞
τ
T
t
c
基本过程控制系统
Ke-τs （2）确定 G(s) = 参数的两点法 Ts + 1 y(t) * y t = • 将响应曲线标幺 y( )
0 y* t = t-τ 1- exp - T t<τ tτ
调节时间ts :
反映了快速型
振荡频率ω：反映了快速型 一般 对定值系统衰减率要求为75% 对随动系统衰减率要求为90%
基本过程控制系统 二、综合指标（时间——积分指标） 各种积分指标： (1) IE（误差积分）=


0
e(t )dt
优点：简单，也称为线性积分准则
局限：不能抑制响应等幅波动
(2) IAE（绝对误差积分）= 特点：抑制响应等幅波动 (3) ISE（平方误差积分）=
Y
Y∞
• 取y*(t1)=0.39，取y*(t2)=0.63，记t1和t2
T = 2(t 2 - t1 ) τ = 2t1 - t 2
0.39
t
Y*
0.63
1
t
• 取 t 3 = 0.8T + τ 验证 y * (t 3 ) = 0.55
t 4 = 2T + τ y * (t 4 ) = 0.87
t1 t2
基本过程控制系统
Ke-τs （3）确定 G(s) = (T s +1)(T s +1) ， T1 T2 参数的两点方法 1 2
• 将响应曲线标幺并去掉纯迟延的到y*(t)
• 取y*(t1)=0.4，取y*(t2)=0.8，记t1和t2 若0.32<t1/t2≤0.46 ，则为二阶对象
1 T1 + T2 (t 1 + t 2 ) 2.16 T1T2 t1 1.74 - 0.55 (T1 + T2 ) t2
基本过程控制系统
火力发电厂热工过程控制
基本过程控制系统
汽包炉汽水生产过程
饱和蒸汽 测量 变送器 控制器 水位H 过热蒸汽
广义被控对象 （广义过程）
被 调 量 控制器 执行器 调节阀 对象
定值+
（PID)
执行器
测量变送器
给水 流量
被调量
控制器 广义被控对象
给定值
基本过程控制系统
被调量 给定值
控制器 广义被控对象
基本过程控制系统
1 阶跃响应获取应注意的问题
（1）合理选择阶跃扰动的幅度
(一般约为额定负荷的10%～20%)
（2）实际阀门只能以有限速度移动 一般认为阶跃信号是在t1 /2时加入 （3）试验前确保被控对象处于稳定工况 考虑过程的非线性特性，应进行多次测试。 （4）若过程不允许同一方向扰动加入，则采用矩形脉冲扰动 可从脉冲响应曲线求出所需的阶跃响应。
t1/t2 0.684 0.699 0.712 0.724 0.734 0.748 0.751
响应速度ε =
Κ Τ
（2）典型非自衡对象传递函数表达式
G(s) = 1 -τs e Ts
响应速度ε =
1 T
τ
T
基本过程控制系统
§1-3
过程数学模型及其建立方法
一、过程数学模型的表达形式与对模型的要求
二、建立数学模型的两个基本方法
机理建模法 测试建模法
三、阶跃响应确定传递函数
1 阶跃响应获取应注意的问题 2 确定自衡对象传递函数 3 确定非自衡对象传递函数
基本过程控制系统
2 确定自衡对象传递函数
Ke-τs (1)一阶惯性环节 G(s) = Ts +1
K
典型自衡过程：
τ
T
Ke-τs Ke-τs 或G(s) = (2)二阶或n阶惯性环节 G(s) = (T1s +1)(T2s +1) (Ts +1)n
(3)用有理分式表示的传递函数
bmsm + + b1s + b0 -τs G(s) e n ans + + a1s + a0
过程数学模型及其建立方法
基本过程控制系统 一、单项性能指标 单项性能指标 衰减率: ψ=
给定值 : σ= 超调量
y1 - y3 y1 控制器 y1 100% y
被调量
广义被控对象
稳态误差: ess=y∞-r 调节时间: ts(进入稳态值5%范围内）
振荡频率：ω
r
y1
ess y3 y∞ ts
基本过程控制系统 单项性能指标 衰减率ψ : 反映了系统稳定性 超调量σ : 反映了动态准确性 稳态误差ess: 反映了静态准确性