2022年热工控制系统实验三过热汽温串级控制系统仿真实验 .pdf

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： 1PI 2KZ减温水过热器t1WB执行机构PI 1t2 2过热器过热蒸汽D喷水减温器图 31 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：WT2(s)KZW2(s)W1(s) 1 2I 1I1-WBWB1WB2测量变送器副调节器-t2 t1WT1(s)I 10I 2主调节器扰动导前区对象惰性区对象测量变送器执行机构图 32 过热汽温串级控制系统方框图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 主调节器在图 32 所示的过热汽温串级控制系统中主调节器1TWs 采用比例积分微分（PID）调节器，其传递函数为：11111111111TdpidiWsT sKKK sT ss式中：1pK主调节器比例系数 (111pK)；1iK主调节器积分系数 (1111iiKT)；1dK主调节器微分系数 (111ddKT)。副调节器在图 32 所示的过热汽温串级控制系统中副调节器2TWs 采用比例（ P）调节器，其传递函数为：2221TpWsK式中：2pK副调节器比例系数 (221pK) 。导前区对象在图 32 所示的过热汽温串级控制系统中导前区对象2Ws 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 32 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 32 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：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 图 33 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。 在 Simulink 控制系统仿真界面中将3 个一阶惯性环节仿真模块串联构成惰性区对象传递函数，如下图所示：图 3 4 惰性区对象传递函数拖动鼠标将上图所示串联在一起的3 个一阶惯性环节仿真模块选中， 并将鼠标放在选中的模块上点击右键，在弹出的菜单中选择Create Subsystem （建立子模块）命令，即可建立一个名为“ Subsystem ”的子模块，如下图所示：图 35 惰性区对象传递函数模块的建立惰性区对象传递函数模块导前区对象传递函数温度 t1 温度 t2 扰动惰性区对象传递函数模块反馈系数反馈系数名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - “Subsystem ”子模块即为图 33 所示过热汽温串级控制系统仿真组态图中的惰性区对象传递函数模块W1(s)。双击“ Subsystem ”子模块，可以打开如图36 所示的窗口，在其中可以对各环节的参数进行修改。图 36 “Subsystem ”子模块窗口2、将图 33 所示过热汽温串级控制系统仿真组态图中导前区对象传递函数W2(s)和惰性区对象传递函数W1(s)设为 100负荷下的传递函数：100负荷下惰性区对象传递函数：31.2761181Wss100负荷下导前区对象传递函数：0.8152181Wss对过热汽温串级控制系统的参数进行整定的步骤如下：（1）副调节器参数的整定将图 33 所示过热汽温串级控制系统仿真组态图中主回路反馈系数r1 设为 0（即断开主回路的反馈），同时令主调节器的比例系数Kp11，积分系数 Ki10，微分系数Kd10。将阶跃信号输出模块（Step）的终值（ Final value）设为过热蒸汽温度的稳态值 535，仿真时间设为100s，逐渐增加副调节器的比例系数Kp2，在响应曲线显示器Scope1中观察温度 t2 的变化，使温度 t2 尽快达到稳定，并尽量接近稳态值535，此时的比例系数 Kp2即为副调节器的比例系数。（2）主调节器参数的整定将图 33 所示过热汽温串级控制系统仿真组态图中主回路反馈系数r1 改为 1（即将主回路反馈投入），副调节器的比例系数Kp2 保持上一步的整定参数不变，仿真时间设为 1000s，逐渐增加主调节器的比例系数Kp1，在响应曲线显示器Scope中观察温度t1 的变化，直至响应曲线出现等幅振荡，记下此时的比例系数Kp1，取倒数即为临界比例带k，同时通过响应曲线估算出振荡周期kT ，带入以下公式即可以计算主调节器的各参数：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 主调节器比例系数：111.67pkK主调节器积分系数：110.84ikkKT主调节器微分系数：16.68kdkTK3、完成过热汽温串级控制系统的参数整定后，在500s时加入减温水扰动，即将阶跃信号输出模块（ Step1）的响应时间（ Step time）设为 500，终值（ Final value）设为 1000，仿真后在响应曲线显示器Scope中观察减温水量增加后对过热蒸汽温度t1 的影响。4、将图 33 所示过热汽温串级控制系统仿真组态图中导前区对象传递函数W2(s)和惰性区对象传递函数W1(s)改为 50负荷下的传递函数：50负荷下惰性区对象传递函数：31.1191421Wss50负荷下导前区对象传递函数：3.0762251Wss首先保持主、副调节器参数不变，通过仿真曲线分析被控对象参数变化后对控制系统控制品质的影响，然后按步骤2 重新对主、副调节器参数进行整定。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -