汽包锅炉给水热力系统图

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二 给水控制系统简介
（一）给水控制的任务
汽包锅炉给水自动控制的基本任务是使给水量适应锅炉蒸发
量的变化，并且保证汽包水位处于设定的安全范围以内。汽包锅
炉给水系统的结构图如下图所示：
2
3
5
D
4Leabharlann 蒸汽1给水 W
汽包锅炉给水系统结构图
1—给水泵；2—高加；3—省煤器；4—汽包；5—过热器
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（4）负荷变化引起对象变化使得一个事先固定的前馈模型 不可能获得良好的控制质量。
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工程实际中，为克服前馈控制的局限性从而提高控制质量，对 一两个主要扰动采取前馈补偿，而对其它仪器被调参数变化的干 扰采用反馈控制来克服。组成前馈－反馈复合控制系统。
WF(s)
X
WT(s)
-
+ W(s)
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一 前馈-反馈复合控制系统分析
（一）前馈引入 反馈控制的特点是必须在被调量与给定值的偏差出现后，调
节器才能对其进行调节来补偿干扰对被调量的影响。
可见，这种反馈控制方案的本身决定了无法将干扰对被控量的 影响克服在被控量偏离设定值之前，从而限制了这类控制系统控 制质量的进一步提高。
考虑到偏差产生的直接原因是干扰作用的结果，如果直接按 扰动而不是按偏差进行控制，也就是说，当干扰一出现调节器就 直接根据检测到的干扰大小和方向按一定规律去进行控制。 称为 “前馈控制”或“扰动补偿”
W(s)： 控制通道对象传递函数；
WT(s)： 前馈控制装置或前馈调节器的传递函数。
能源与动力工程学院 由上图可知对干扰完全补偿的关键是确定前馈控制器（前馈调 节器）的控制作用，显然WB(s)取决于对象控制通道和干扰通道特 性。
Y s WDZ s KWT sW s Z s
加入反馈后则：
Y1

s


1


WT

s
s W

s


Z

s

因为1+WT(S)W(S)≥1，所以： Y1’(S)＜Y1(S)
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4、前馈补偿对于系统的稳定性没有影响 因为前馈无论加在什么位置，它都不构成回路，系统的输入－
输出传递函数的分母均保持不变，因而不会影响系统的稳定性。
若实现所谓“完全补偿”，则：
Y Z
s s
WDZ
s
WT
s W
s
K

0
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所以,前馈控制器控制规律为：
WT
s


WDZ KW
s s
负号表示控制作用的方向与干 扰作用相反。
K是变送器系数，可作为已知。若W(S)和WDZ(S)可以准确测 出，且其比值满足已知控制器方程表达式。则不论干扰信号是怎 样的形式，前馈控制都能起到完全补偿的作用，从而使被调量因 干扰而引起的动态和稳态偏差均为零。
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实例 某换热器是用蒸汽的热量加热排管中的料液，工艺上要求料液
出口温度一定。当被加热水流量发生变化时，若使出口温度保持 不变，就必须在被加热水量发生变化的同时改变蒸汽量。这就是
一个前馈控制系统。
Z
WDZ(s)
+ Y(θ)
+
K
WT(s)
W(s)
图中， K：测量变送器的变送系数； WDZ(s)：干扰通道对象传递函数；
2、复合控制系统补偿控制的控制规律不仅与对象控制通道和干 扰通道有关，还与反馈调节器的位置有关
WF(s)
X
+ -
WT(s)
W(s)
Z
WDZ(s)
++
Y
反馈调节器置 于前馈调节的 后面
复合控制系统原理方框图之二
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WF(s)
X
+ -
WT(s)
W(s)
Z
WDZ(s)
++
Y
复合控制系统原理方框图之二
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（二）复合控制系统特性分析
前馈的局限性： （1）前馈控制系统中不存在被调量反馈，对于补偿结果没
有检验的手段。无法保证结果的准确性。 （2）于实际工业对象存在着多个干扰，为了补偿它们对被
调量的影响，势必设计多个前馈通道，增加了投资费用和维护工 作量。
（3）当干扰通道的时间常数小于控制通道的时间常数时， 不能实现完全补偿。
反馈调节器置 于前馈调节的 后面
Y

s


1
WT
WT
sW s sW s


X

s


WF

s

WT s
1 WT
W s sW

WDZ
s

s


Z

s

可得完全补偿的条件：
WF

S


WDZ s WT s W s

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sW s sW s


X

s


WF sW
1 WT

s s
WDZ W s
s


Z

s

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研究扰动影响时有X(s)=0, Z(s)≠0
WF sW
1 WT
s WDZ s sW s

0
即：
WF

s



WDZ s W s
（二） 给水调节对象的动态特性
汽包锅炉给水调节对象的动态特性是指各种引起汽包水 位变化的原因与汽包水位变化之间的动态关系。下面重点分 析给水流量W、蒸汽流量D和烟气热量三种扰动下汽包水位 H 变化的动态特性：
1、给水流量W扰动
W
下汽包水位变化的动
ΔW
态特性
在给水流量
W0 t0
H
t
1
2
W产生阶跃扰动
下，汽包水位 H
3、复合控制时，扰动对输出的影响要比纯前馈时小得多
设X(S)=0，专门讨论扰动Z(S)对系统的影响。因为前馈控制 不可能完全补偿，即Y(S)的第二项不可能完全为零，令其为△(S)， 那么，纯前馈控制时：
Y1 s WDZ s WF sW s z s s Z s
复合控制系统原理方框图
Z
WDZ(s) +Y
1、引入反馈控制后，前馈控制中的完全补偿条件不变
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WF(s)
X
WT(s)
-
+ W(s)
复合控制系统原理方框图
未加反馈作用时完全补偿条件为：
Z
WDZ(s) +Y
WF

s


WDZ s W s
加上反馈后有：
Y

s


1
WT
WT
H0


变化的响应曲线
如右图所示：
ΔH0
ta

t
给水流量扰动下汽包水位响应曲线
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给水流量W产生阶跃扰动下，汽包水位 H 变化的动态特性可 用传递函数表示为：
W0W
s

H W
s s


s
1 s

s(1 s)
式中：τ——迟延时间； ε——汽包水位反应速度，即给水量产生单位变化时汽包 水位的变化速度；