实验一 火电厂过热汽温串级控制系统整定实验
过热器温度的串级PID控制系统设计
一 、 引言 亡］ 前 世 界 电 力 的 丰 要 来 源 是 由 电 厂 提 供 ， 所 以 电 Ｈ 力 工 业 嘲 民 经 济 和 社 会 发 展 中 起 着 举 足 轻 重
的 作 用 。 而 随 着 我 国 经 济 实 力 的快 速 发 展 ， 对 于 电 厂‘ 机 组 的要 求 也 变得 越 来 越 高 ，发 展 方 向朝 着 “大 容 量 、 高 参 数 、 高 自动 化 ”转 变 ¨】】。 就 自 动 化 而 言 ， 为 ＇广提 高 亡Ｉ动 化 程 度 ．就 耍 从 自 动 控 制 理 论 及控 制 方 法 等 方 ｌ 入手 。
滞 性 ，提 高 控 制 器 对 外 扰 动 『ｆＪ抗 扰
性，增强过热器埘 ｒ黼瞍 计ｊｌｊ的稳定 。
以 级过 热 器 为 例 ， ｆｌ｛级 ＰＩＤ控 制 系统
干¨可靠 性 也 比较 高 ［６－７］，所 以佐 上 程 项 ｝１－ｌ｛ｌ被 经 常 使 用 。
火 力 发 电 厂 的 』：作 原 理 是 将 燃 料 的 化 学 能 通 过 燃 烧转 化 为 热 能 ，通 过 锅 炉 将 热 能 转 化 为 水蒸 气 的 热 能 ， 水 蒸 气 经 过 汽 轮 机 ，将 热 能 转 化 为 汽 轮 机 的 机 械 能 ，
通 过 汽 轮 机 带 动 发 电机 ，将 机 械 能 转 化 为 电能 。 火 力 发 电 厂 的主 要 系 统 包 括 ：燃 烧 系 统 、 汽 水 系 统 、 电 气 系统 和 控 制 系 统 。燃 烧 系统 的 核 心 就 足 锅 炉 燃 烧 ，
烧发 电 厂的 二期 扩 建项 目 ，设 计 了串级 ＰＩＤ控 制方 案取 代 单回 路的 ＰＩＤ 控制 设 计 ，直接 控制 过 热器
的 出 口温度 ，减 少运 行人 员 的工 作量 ，提 高 自 动化 能力 ，加 强 了系 统 的抗 扰 动 能力 ，使 机组 能 够 更
热工控制系统--实验三--过热汽温串级控制系统仿真实验
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：过热器过热器喷水减温器图3－1 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：扰动图3－2 过热汽温串级控制系统方框图● 主调节器在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中主调节器()1T W s 采用比例积分微分（PID ） 调节器，其传递函数为：()11111111111T d p i d i W s T s K K K s T s s δ⎛⎫=++=++ ⎪⎝⎭式中：1p K ——主调节器比例系数(111p K δ=)；1i K ——主调节器积分系数(1111i i K δ=)； 1d K ——主调节器微分系数(111d d K T δ=)。
● 副调节器在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中副调节器()2T W s 采用比例（P ）调节器， 其传递函数为：()2221T p W s K δ==式中：2p K ——副调节器比例系数(221p K =)。
● 导前区对象在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中导前区对象()2W s 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3－2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3－2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：图3－3 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。
20121637孔艺臻电厂过热汽温串级控制系统仿真实验解析
过程控制系统设计仿真实验报告实验名称：电厂过热汽温串级控制系统仿真实验姓名：孔艺臻学号：20121637班级：2012034一、实验目的1. 掌握过热汽温串级控制系统的组成和原理2. 掌握串级控制系统两步法PID参数整定过程。
3. 理解掌握串级控制系统的动态特性和克服扰动能力。
二、实验步骤1、针对100%负荷工况，用两步法整定串级控制系统的参数(1)搭建该系统的仿真模型，如图所示。
(2)先将主调节器的比例度P1S置于100%，然后由大到小逐渐降低福调节器的比例度P2S，直到得到副回路的过渡过程衰减比为4:1的比例度P2S，过渡过程的振荡周期为T2S。
(3)在副调节器的比例度等于P2S的条件下，逐步降低主调节器的比例度P1S，直到得到主回路的过渡过程衰减比为4:1的比例度P1S，过渡过程的振荡周期为T1S。
(4)按照已求得的P1S、T1S和P2S、T2S值，结合副控制器（PI控制器）和主控制器（PID控制器）的调节规律，按衰减曲线整定参数的经验公式，计算出主、副调节器的整定参数值。
(5)设置好参数后对主控制器参数进行调整，得到理想曲线。
2、整定控制器采用PID控制规律的单回路控制系统，并与串级控制系统效果进行对比3、一类扰动和二类扰动对串级控制系统的影响（1）串级控制系统的主回路和副回路根据一的实验步骤整定各参数。
（2）将一类扰动D1和二类扰动D2分别加入已经整定好参数的串级控制系统中，求出一类扰动D1和二类扰动D2在单位阶跃时主被控量的静差。
分别分析蒸汽测扰动D1（一类扰动）在单位阶跃时对主汽温的影响和喷水压力扰动D2（二类扰动）在单位阶跃时对主汽温的影响；4、一类扰动和二类扰动对单回路控制系统在两种扰动下的控制效果与串级控制系统进行对比。
5、负荷降至75%但控制器参数没有变化，比较串级控制和单回路控制系统的效果。
三、实验记录1、针对100%负荷工况，用两步法整定串级控制系统的参数（1）先将主调节器的比例度P1S置于100%，然后由大到小逐渐降低福调节器的比例度P2S，直到得到副回路的过渡过程衰减比为4:1的比例度P2S，过渡过程的振荡周期为T2S。
火电厂汽温的控制与调整
汽温的控制与调整锅炉运行中，如果汽温过高，将引起过热器、再热器、蒸汽管道以及汽轮机汽缸、阀门、转子部分金属强度降低，导致设备使用寿命缩短，严重时甚至造成设备损坏事故。
从以往锅炉受热面爆管事故统计情况来看，绝大多数的炉管爆破是由于金属管壁严重超温或长期过热造成的，因而汽温过高对设备的安全是一个很大的威胁。
一、影响过热汽温变化的因素(主要针对汽包炉)1、燃料性质的变化：主要指燃料的挥发份、含碳量、发热量等的变化，当煤粉变粗时，燃料在炉内燃烬时间长，火焰中心上移，汽温将升高。
当燃料的水份增加时，水份在炉内蒸发需吸收部分热量，使炉膛温度降低，同时水份增加，也使烟气体积增大，增加了烟气流速，使辐射过热器的吸热量降低，对流过热器的吸热量增加。
2、风量及其配比的变化：炉内氧量增大时，由于低温冷风吸热，炉膛温度降低，使炉膛出口温度升高。
在总风量不变的情况下，配风的变化也会引起汽温的变化，当下层风量不足时，部分煤粉燃烧不完全，使得火焰中心上移，炉膛出口烟温升高。
3、燃烧器及制粉系统运行方式的变化：上层制粉系统运行将造成汽温升高，燃烧器摆角的变化，使火焰中心发生变化，从而引起汽温的变化。
4、给水温度的变化：给水温度升高，蒸发受热面产汽量增多，从而使汽温降低。
反之，给水温度降低汽温将升高。
5、受热面清洁程度的变化：水冷壁和屏过积灰结焦或管内结垢时，受热面的吸热将减少，使炉膛出口温度升高，当过热器本身结焦或积灰时，由于传热不好，将使汽温降低。
6、锅炉负荷的变化：炉膛热负荷增加时，炉膛出口烟温升高，使对流受热面吸热量增大，辐射受热面吸热量降低。
7、饱和蒸汽温度和减温水量的变化：从汽包出来的饱和蒸汽含有少量水分，在正常工况下饱和温度变化很小，但由于某些原因造成饱和蒸汽温度较大变化时，如汽包水位突增，蒸汽带水量增大，在燃烧工况不变的情况下，这些水分在过热器中要吸热，将使汽温降低。
在用减温水调节汽温时，当减温水的温度或流量变化时将引起蒸汽侧总热量的变化，当烟气侧工况未变时，汽温将发生相应的变化。
浅析过热汽温串级控制的控制方案
根据控制信号，执行器调节蒸 汽流量，实现对过热蒸汽温度
的控制。
控制系统的调试与优化
系统调试
在系统硬件和软件联调过程中，对系统进行测试 和调试，确保系统功能的完整性和稳定性。
控制参数优化
根据实际运行情况，对控制参数进行优化，提高 系统的控制精度和响应速度。
报警阈值调整
根据实际运行安全需求，对报警阈值进行调整， 确保系统在异常情况下的及时预警。
有重要意义。
在实际工业生产过程中，过热汽温控制 存在许多难点和挑战，如温度变化非线 性、时变性、外部干扰等问题，这些问 题影响了过热汽温控制的准确性和稳定
性。
针对这些问题，研究过热汽温串级控制 方案对于提高过热汽温控制性能、促进 能源利用效率、保证工业生产安全等方
面具有重要意义。
研究内容与方法
研究内容
串级控制的基本原理
串级控制的概念
串级控制是一种多级控制系统， 其中两个控制器串联在一起，第 一个控制器的输出作为第二个控
制器的设定值，以此类推。
串级控制的优点
串级控制能够改善控制品质，提 高系统的抗干扰能力，增强系统
的鲁棒性。
串级控制的应用
在过热汽温控制中，采用串级控 制方案可以有效地提高系统的控
浅析过热汽温串级控制的控制方案
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目 录
• 引言 • 过热汽温控制系统的基本理论 • 过热汽温串级控制方案 • 过热汽温串级控制方案的实现 • 过热汽温串级控制方案的应用案例 • 结论与展望 • 参考文献
01
引言
研究背景与意义
过热汽温控制是现代能源工业中的重要 问题，随着能源结构的转变和能源需求 的增加，过热汽温的控制对于提高能源 利用效率、保证工业生产安全等方面具
火电厂再热蒸汽温度控制系统的设计
摘要锅炉蒸汽温度自动控制包括过热蒸汽温度控制和再热蒸汽温度控制。
再热蒸汽温度是锅炉运行质量的重要指标之一，再热蒸汽温度过高或过低都会显著地影响电厂的安全性和经济性。
再热循环可以降低汽轮机尾部叶片处的蒸汽湿度，降低汽耗，提高电厂的热循环效率，所以单元机组普遍采用中间再热技术[1-2]。
本次毕业设计以再热蒸汽温度为被控对象，设计相应的控制器使再热器出口蒸汽温度在允许范围内，并且保护再热器，使管壁温度不超过允许的工作温度。
火电厂对再热蒸汽汽温控制若采用常规串级控制系统，具有很大的迟延性，对此，本文采用模糊控制和PID相结合的控制方式。
实验结果显示，系统的控制特性在超调量、快速性、抗干扰方面都有了很大的改善，对大范围工况变化具有较强的鲁棒性和适应性，对大型发电机组的锅炉再热蒸汽汽温控制具有实用价值。
关键词：再热蒸汽；模糊控制；串级控制系统AbstractBoiler steam temperature control includes control of superheated steam temperature and reheat steam temperature control. Reheat steam temperature is one of the important indicators of the quality of boiler operation, reheat steam temperature which is too high or too low will significantly affect plant safety and economy. Reheat cycle can reduce steam turbine moisture at the end of the leaves, reduce gas consumption and increase power plant thermal cycle efficiency, so reheat units commonly is used in the unit. The graduation project make the reheat steam temperature as controlled object, the corresponding controller is designed to reheat outlet steam temperature in the allowed range, to protect the reheater, the wall temperature does not exceed the allowable operating temperature.If steam temperature control uses a conventional cascade control system ,it has a great delay.therefore,this paper combines fuzzy control with PID control to improve . Experimental results show that the control characteristics of the system in the overshoot, fast and interference aspects have substantial improvement , it has significantly robustness and adaptivity when conditions change on a wide range , it has a practical value for large-scale generating units reheat steam boiler Steam temperature control.Keywords: reheat steam; fuzzy control; cascade control system2。
2020年重庆大学创新实验：600MW超临界火电机组过热汽温串级控制精编版
动力工程学院本科生创新实验报告题目：600MW超临界火电机组过热汽温控制学号：2011班级：核工程与核技术02姓名：教师：王广军动力工程学院中心实验室2014年12月某600MW 超临界火电机组过热汽温串级控制1 实验背景PID 控制由于结构简单、稳定性好、可靠性高，在工业控制中得到广泛的应 用，一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。
这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。
和其他简单的控制运算不同，PID 控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。
对于PID 控制器，其参数有P 、I 和D ，PID 控制器的传递函数可写作11(1)p d i K T s T s++ 其中k P 为放大倍数，T i 为积分时间，T d 为微分时间，积分时间和微分时间所在项称为积分时间项和微分时间项。
放大倍数越小，过渡过程越平稳，但余差越大。
放大倍数越大，过渡过程容易发生振荡。
积分时间越小，消除余差就越快,但系统振荡会较大，积分时间越大，系统消除余差的速度较慢。
微分时间太大，系统振荡次数增加，调节时间增加，微分太小，系统调节缓慢。
2 控制对象某600MW 超临界压力锅炉高温过热器汽温对象，动态过程数学模型见表2.1，其中输入为喷水流量的变化（kg/s ），输出为主蒸汽温度的变化（℃)。
使用MATLATB 的SIMULINK 仿真工具箱整定控制器参数对其进行仿真研究。
2.1 控制系统框图过热器气温控制系统有两种控制方案，串级控制和微分控制。
本实验选择串级控制作为过热器汽温的控制方案。
串级控制系统的方框图如图2.1所示。
W H1(s)和W H2(s)均取为1，主调节器W a2（s ）取PID 环节，待整定参数为P 、I 、D ，副调节器W a1（s ）取P 环节，待整定参数P 。
过热器温度控制仿真实验
锅炉主汽温度控制系统的串级控制仿真实验一、实验目的1、掌握串级控制系统的构成及参数整定方法。
2、分析串级控制系统对进入内回路干扰的抑制情况。
3、通过与单回路控制系统的性能比较，掌握串级控制系统的特点。
二、实验内容1、系统描述锅炉过热器出口的主蒸汽温度是锅炉最主要的输出变量之一。
主汽温度在确保机组运行的安全性和稳定性方面具有及其重要的作用，主汽温度过高会造成一些设备的损坏，锅炉受热面以及蒸汽管道金属材料的蠕变速度将会大大加快，这样会降低设备的使用寿命。
温度过低会使得机组的循环热效率降低。
在设备运行过程中，引起气温变化的因素很多，其中最主要的影响因素是主蒸汽流量，烟气流量和减温水流量等。
对锅炉主汽温度的控制一般要求主蒸汽温度应该稳定在额定值的±5℃范围内。
某锅炉系统过热汽温调节系统如图1所示,图1 过热器出口温度调节系统结构示意图2、主汽温度的串级控制系统原理通过喷淋减温水来控制过热气温时,通常将过热器分为两个区,减温器之前是导前区,减温器后是惰性区。
由于通过过热器出口温度控制喷淋水惯性很大，因此对过热器出口蒸汽温度的控制通常采用串级控制方案，如图2。
串级控制原理框图见图3.图2 过热气温串级控制结构原理图图3过热蒸汽温度串级控制系统控制原理图 假定导前区的传递函数为0228()(115)W s s =+， 惰性区的传递函数为0131.125()(125)W s s =+， 过热器蒸汽温度测量变送器的传递函数为01020.1/o mA C γγ==， 执行机构和减温水调节阀门的传递函数1z K K μ=。
3、实验要求1) 试在simulink 下搭建主汽温度串级控制系统，在不加控制的情况下观察导前区和惰性区的单位阶跃响应。
2) 若副回路采用比例控制，主回路采用比例积分控制，试整定串级控制系统的主、副调节器参数，给出整定的过程。
3) 根据整定好的参数，分析过热气温串级控制系统的阶跃响应性能。
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实验一 串级过热汽温控制系统的设计与参数整定
一、实验目的
1) 熟悉串级控制系统的组成和工作原理。
2) 掌握串级回路理论整定方法，获得理想整定参数。
3) 掌握Matlab 设计系统框图的方法。
二、实验设备
计算机 三、实验原理
过热汽温控制对象导前区的迟延和惯性比惰性区要小，而且副调节器又选用P 或PD 控制规律，在这种情况下，内回路的控制过程要比外回路的控制过程快得多。
此时，串级汽温控制系统可以采取内、外回路分别整定的方法进行整定。
控制系统原理如图1所示
图1 串级过热汽温控制系统原理框图
其中各环节的传递函数为：
2
212110
1223
22
0111
1
();
()(1)
9()()()(/)(115)(125)
8()(/)(115)0.1(/)
1
T T i O O O O Z W s W s T S
W s W s W s C V S S W s C V S V C K K θθμδδγγ⋅=
=
+
==++=+===
当ψ＝0·75时，主、副调节器的理论整定参数为，10.5δ=，20.04δ=，174()i T s =。
四、实验内容和步骤 1) 打开Matlab ，然后单击
图标或者在命令行键入simulink ，启动simulink 程序。
2) 新建一个文件，按照图2设计系统框图。
3)系统设计完毕后，此处调节为1000，点击左边箭头启动，
双击示波器观察波形。
4)对上图中PID模块进行调试，使超调量为45%左右，调节时间500以内，衰减比4：1
左右。
根据下表所给范围选择7组数据，进行调试。
A.先整定主调节器，然后整定副调节器。
B.对于每个调节器，先整定P值，将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得
到反应快、超调小的响应曲线。
C.然后整定I值，减小积分时间加大积分作用，并相应调整比例系数，反复试凑至得到
满意的相应，确定比例和积分的参数。
注意：调节PID模块时，将调节器传递函数展开，公式P+I/s+Ds对应P，I，D三个参数。
五、实验报告要求
1)记录下ψ＝0·75，0.9时最后整定值。
2)绘制出整定后的波形，并求出相应的超调量，调节时间，衰减比。
3)分析P和I参数对输出的影响。