微机调速器

硬件
控制策略
开发环境
应用领域
单板机
面向任务的基于 单板单板机 图形组态的开发 工业控制机(IPC) 平台; 可编程控器(PLC) (PPC) 当前，我国的微机调速器领域正向更先进、更可靠、性能/价格比更优 越的方向发展。
对常规PID控制 规律作了改进， 提出和应用了 一些新的控制 策略。
机器码、汇编语 言、高级语言
Kd [e（n −1 − e（n − 2 ] ） ） T
Dy n −1 = Kpe（n −1 + KiT ∑e（j） （ ） ） +
∆Dy n） Dy n） Dy n −1 （ = （ − （ ）
= K p [e（n） e(n −1)] + KI e（n） KD[e(n) − 2e(n −1) + e(n − 2)] − +
de(t) dt
Dy n） K pe（n） KiT ∑e（j） （ = + +
0 n
因为调节器输出的是对象调节机构 的位置值， 的位置值，当计算机发生电源消失故障 将会产生不必要的错误动作， 时，将会产生不必要的错误动作，导致 调节系统严重事故，为此， 调节系统严重事故，为此，必须考虑电 源消失保护措施。 源消失保护措施。
d d
dt
d
dt
微分环节的差分方程：
Dyd n） （ =
Td T Kd T Dyd n −1 + （ ） [e（ ） n −1 ] n − （ ） 1 + Td T 1 + Td T
Td T K T K T Dyd n − 2 + d （ ） e（ −1 − d n ） e（ − 2 n ） 1+Td T 1+Td T 1+Td T
Dyd n −1 = （ ）
实用的位置型数字PID微机调节器控制算法 微机调节器控制算法 实用的位置型数字 实用的增量型数字PID微机调节器控制算法 实用的增量型数字 微机调节器控制算法
∆Dy (n) = Kp [e（ ） e(n −1 + KI e（ ） n − )] n +
Dy (n) = KP e（n） KI ∑e( j) + +
第二节 微机调速器的硬件和软件
一、微机调节的硬件 1.双微机调节器 双微机调节器 2.PLC调节器 调节器 3.PCC调节器 调节器
水轮机调节
南工
机械与动力工程系
微机调速器
第二节 微机调速器的硬件和软件
双微机调节器缺点
(1)接触问题。双微机调速器由于自制的集成电路板比较多,接插件采用的是 扁平电缆的形式,时间久了或插拔次数多了,可能会发生接触不良的现象,表现为显 示不正常或工作不正常。 (2)死机。死机现象表现为程序不运行,面板上按键不起作用。有的按一下复 位键后微机重新运行;有时多次投切电源后,才能使程序正常运行。 (3)工艺差。由于生产调速器的厂家都是小批量生产,不能形成标准化模式,板 件生产质量较差。
0
n
Kd T T T [e(n) − e(n −1)] + d Dyd (n −1) 1+Td T 1+Td T
Td T Kd T [Dyd (n −1) − Dyd (n − 2)] [e(n) − 2e(n −1 + e(n − 2)] + ) 1 + Td T 1+ Td T
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混流式、转浆 式、贯流式、 冲击式、抽水 蓄能机组
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微机调速器
第一节 微机调速器的基本原理
一、微机调速器控制系统的结构组成
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第一节 微机调速器的基本原理
一、微机调速器控制系统的结构组成
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第一节 微机调速器的基本原理
国内发展动态
建国以来，我国调速器制造工业经历了引进、 仿制、自行研制生产的过程。随着微电子技术 的发展，我国学者在20世纪80年代初即开始从 的发展，我国学者在20世纪80年代初即开始从 事微机控制技术应用于水轮机调节的研究。 1984年11月，华中理工大学和天津水电控制设 1984年11月，华中理工大学和天津水电控制设 备厂合作研制的我国第一台微机调速器在湖南 欧阳海水电站投入运行。由于微机调速器具有 精度高，软件灵活性大，便于采用先进的控制 策略，藉硬、软件的容错、避错等措施可提高 其可靠性等优点，它从一诞生就表现出强大的 生命力。 此后，许多高等院校、科研院所、企业均开展 了微机调速器的研制。
水轮机调节
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微机调速器
第一节 微机调速器的基本原理
二、微机调节器PID控制算法 微机调节器 控制算法
❊ 增量型数字PID微机调节器控制算法 微机调节器控制算法 增量型数字
Dy n） K p e（n） KiT∑e（j） （ = + +
0
n−1 0
n
Kd [e（n） e（n −1 ] − ） T
K
T Td T [e(n) − e(n −1 + )] Dyd (n −1 ) 1+ Td T d T
实用的增量型数字PID微机调节器控制算法 微机调节器控制算法 实用的增量型数字
∆Dy (n) = K p [e(n) − e(n −1)] + KI {e(n) − bp [Dy (n −1) − P (n)]} g
Kd [e（n） e（n −1 ] − ） T
Dy n） KPe（n） KI ∑e（j） KD[e（n） e（n −1 ] （ = + + − ）
0
n
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第一节 微机调速器的基本原理
二、微机调节器PID控制算法 微机调节器 控制算法
❊ 位置型数字PID微机调节器框图 微机调节器框图 位置型数字
由于一般计算机控制系统采用稳定的等采样周期T，故在确定了KP、KI、KD 后，根据前后三次测量值即可求出数字PID调节器输出的增量。
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第一节 微机调速器的基本原理
二、微机调节器PID控制算法 微机调节器 控制算法
❊ 增量型数字PID微机调节器框图 微机调节器框图 增量型数字
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主 讲 人
郭磊
讲师
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微机调速器
微机调速器和模拟式电液调速器相比，具有如下明显 的优点： 便于采用先进的调节控制技术，从而保证水轮机调节 系统具有优良的静、动态特性。如：不仅可实现PID，还 可以实现前馈控制、预测控制和自适应控制等。 软件灵活性大，提高性能和增加功能主要通过软件来 实现。如机组的开、停机规律的实现；并网时除测频外还 有测相位功能等。 硬件集成度高，体积小、维护方便、可靠性高。 便于直接与厂级或系统级上位机相连接，实现全厂的 综合控制，提高水电厂自动化水平。
二、微机调节器PID控制算法 微机调节器 控制算法
❊ 位置型数字PID微机调节器控制算法 微机调节器控制算法 位置型数字 ❊ 增量型数字 增量型数字PID微机调节器控制算法 微机调节器控制算法 ❊ 实用的水轮机微机调节器 实用的水轮机微机调节器PID控制算法 控制算法
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第一节 微机调速器的基本原理
二、微机调节器PID控制算法 微机调节器 控制算法
❊ 位置型数字 位置型数字PID微机调节器控制算法 微机调节器控制算法 连续PID算法 算法 连续
∫ 算法 化为差分方程可得数字PID算法 化为差分方程可得数字
y(t) = K pe(t) + Ki
0
t
e(t)dt + Kd
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第一节 微机调速器的基本原理
二、微机调节器PID控制算法 微机调节器 控制算法
❊ 实用的水轮机微机调节器控制算法 为了提高PID调节器的抗干扰能力，应当用实际微分环节取代理想微分环节 。 微分环节的微分方程： y（t） T dy（t） K de（t） d + =
+ Kd T [e(n) − 2e(n −1 + e(n − 2)] ) 1+ T T d
+
Td T [Dyd (n −1 − Dyd (n − 2)] ) 1+ Td T
仿增量型数字PID微机调速器控制系统原理框图 仿增量型数字PID微机调速器控制系统原理框图
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微机调速器
水轮机微机调速器国内外发展动态
水轮机调速器作为水电站的重要控制设备，历来受到 水电界的关注和重视。众所周知，调速器曾经历了机 械液压型、模拟式电气液压型的漫长历史。电液调速 器大都采用了PID调节规律，在性能上有很大的提高， 器大都采用了PID调节规律，在性能上有很大的提高， 但是由于它仍用模拟组件或数字电路来实现其调节规 律，故硬件线路复杂，维护也不方便，可靠性受到一 定的影响。同时水轮机调节系统是一个非线性、时变、 非最小相位系统，要想保证系统在不同的工况下都具 有优良的动态品质是非常困难的。 20世纪70年代中期微处理机推向市场，到70年代末， 20世纪70年代中期微处理机推向市场，到70年代末， 微机控制技术引入水轮机调节领域，80年代微机调速 微机控制技术引入水轮机调节领域，80年代微机调速 器经历了诞生、发展至基本形成的历史。目前，在调 速器领域内，发展微机调速器己经成为主流。