第五章 电力系统频率及有功功率的自动调节_图文_百度文库
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第五章 电力系统频率及有功功率的自动调节
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&&电​力​系​统​自​动​装​置​原​理​(​第​四​版​)
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你可能喜欢而化工行业的调节周期有的很长，甚至可以达到几个小时。周期长对于观察曲线不利，整定参数也慢。周期短有利于迅速确定参数。
也有的行业调节周期非常短，在几秒甚至几十毫秒之内。周期过短对控制系统要求很严，一般的DCS根本不能满足这么短的调节周期。因为DCS的巡测周期在200-1000毫秒之内，运算周期也长。个别的DCS卡件虽然可以达到毫秒级，但是它们不能进行复杂的PID运算。长的运算检测周期，不能捕捉到被调量的每一个波动，更加不能指挥控制被调量的波动了。所以特别短的调节周期需要专门的控制器。整定参数也只能放大调节周期，观察调节曲线。对维护人员来说，要更依靠对调节曲线的判断了。
二、 干扰因素多。
火电厂的干扰因素很多，尤其在我们国家，煤质严重不稳定。实际燃烧用煤不仅波动大，甚至还严重偏离设计煤种，对燃烧造成困难，对自动调节系统也造成很大的干扰。还有的问题有：某些电厂设计磨煤机出力偏大，单台启停干扰大。送引风机出力偏小，风压调节裕度小。我不知道这些问题在欧美国家是否存在，但是我感觉在国内的现象偏多。
上述问题的存在影响最大的系统有：汽压不容易稳定，燃烧不稳定，主汽温度干扰大，风压不容易稳定，炉膛压力不容易稳定，汽包水位受到影响。
这些干扰的存在使得火电厂自动投入比较困难。它可能比水电核电化工等行业的自动调节都麻烦。
三、 滞后和惯性的长短
火电厂的调节系统，滞后和惯性都一般都在10秒~5分钟以内，一般的调节系统都小于1分钟；比较大的滞后和惯性系统是蒸汽温度调节系统，滞后也在5分钟以内。
有的化工调节系统，滞后和惯性要超过几个小时。所以那些系统要解决的重要问题就是克服滞后和惯性。
对于火电厂来说，蒸汽温度控制的复杂，不仅仅在于滞后和惯性较大，还在于各种干扰因素同时存在，难以穷列各个因素，因而控制策略往往难以确定，给自动的投入带来很大的困难。
四、 系统耦合多
火电厂机组负荷与蒸汽压力互相耦合干扰，送引风之间相互耦合，高低加除氧器之间相互耦合等等。耦合产生干扰。投自动的时候，需要考虑耦合系统的干扰，考虑解耦。
五、 系统复杂
一般来说，其它行业采用单回路的系统多，双回路的系统比较少。火电厂大量应用双回路甚至更为复杂的调节系统。双回路比较典型的是汽包水位三冲量调节系统。更为复杂的是协调系统，它包括了串级、并联多回路、多变量、多耦合多输出等调节系统的综合。
3-2 自动调节系统的构成
1、被控对象，也叫被调量。
包括压力、温度、水位、流量、浓度、功率、转速、、、含量、位移、方向、比例等等。电厂常用的是压力、温度、水位、转速、功率。
2、调节器。
最初是单回路，后来发展到串级调节系统。现在一般课本上把串级调节系统也叫做双回路。副调叫做内回路，主调叫做外回路，合称双回路。
我觉得这种叫法不大合适。为什么呢？因为当时只考虑到了两个PID串在一起组成一个调节系统，却没有考虑到两个PID不串在一起，却仍旧是一个调节系统的情况。所以给咱现在的表述造成困难。当时的标准：两个PID不串在一起，那就是两个调节系统。不一定的。比如两个互为备用的系统，控制的是一个被调量。有人说是两套系统，不妥。也有两个串级之间相互切换的，比如两个给水泵互为备用，调节汽包水位。它们都是控制一个被调量，应该算做一个调节系统。
更为复杂的，电厂的都知道协调系统。严格来说，协调包括了两套调节系统：功率回路和汽压回路。可是一般咱们都说协调，基本上都说在一起了。当然，协调系统说成两个系统也未尝不可，毕竟它们各有各的被调量。
如果为了自动投入率的考核的话，那把系统说的越多越好，增加分子了啊，&率&提高了。
4、 执行机构。
执行机构应该包括执行器和阀门两大部分。他的分类很多：
从改变位移或者角度的方面来说，包括执行器，伺服阀，电磁阀等。与之对应的被控设备有阀门，调速汽门，给粉机和下料装置等
从改变电量的方面来说，包括，，，双向，广义还包括电炉丝等。
从控制方式来说，包括：控制开度、转速、可控硅导通角、PMW（占空比）、位移、速度、力矩、通断等等。
从阀门种类来说，包括调节阀，开关阀。
这里需要专门说一说开关阀。有人会问：开关阀怎么实现自动调节功能？
举最常用的例子来说，有一种虽然称不上阀门但是可以用开关方式调节的的&执行机构&&&双向可控硅控制加热装置。也有的把双向可控硅叫双向电子开关。可控硅的导通可以相当大，每秒钟可以完成10多次通断的动作，我们把可控硅的每分钟或者每秒钟导通的时间除以分钟或秒，称之为占空比。用PID来调节占空比，同样也可以达到自动调节的目的。现在，用这种方法控制加热丝以调节温度的方法应用相当普遍，效果也非常之好。一般控制精度可以达到&1℃之内。 &
在真正的调节阀应用上，有的调节阀门直径非常细，小于10mm，这样的调节阀调节起来很麻烦，也很难找到直径这么小阀门线性还能保持很好的调节阀。有人就利用占空比的控制原理，用气动阀门控制调节阀。这个利用占空比原理调节的气动阀门就是开关阀。曾经有朋友做这个行业的工作，他向有关院校咨询调节方法。老教授们可能不知道这样一种新型的控制方法，当时断定开关阀不能做为调节系统的执行机构。后来我了解了动作原理后，认为这种阀门利用了调节占空比的原理，可以达到调节的作用。只要控制阀门的气动执行器可以高频率工作，从原理上说，调节就没有问题。后来经过调试证明，效果良好。
2-17 再说智能控制
可能是上面模糊控制的表述太简单了，有些人对我的表述有异议。那么咱就进一步说一下：
很简单常用的一个例子：假如一个人头上一根头发都没有，那么，毫无疑问他是一个秃子。如果这个人头上只有一根头发，我们仍旧可以坚决的认为他是秃子。如果有两根呢？三根呢？哪怕有十根也是。我们就这么不断问下去，有100根呢？&&有1000根呢？如果你没有不耐烦的话，我相信你的底气开始不够充足了。
那么到底有多少根头发才不算秃子？低于多少根不是秃子？没有人知道。我们的数学很难告诉我们这个问题。
模糊数学建立起来后，这个问题开始被重视了。
假如说我们的头发大约有五十万根吧，那么至少30万根的时候，他还不是秃子。我们可以设定一个界限：30万根不是秃子。他有三十万根头发的时候，是秃子的可能性为0。如果他有299999根头发的时候，是秃子的可能性为1/30万。这时候不管从现实中还是从数学上，他仍旧不是秃子。当这个可能性增加到10%左右的时候，我们会有点模糊的描述：那个人，头发有点稀；当这个可能性增加到20%左右的时候，我们会说他头发微微有点秃；随着可能性的增加，说他秃的人也在增加，模糊的表述也越来越少。当这个可能性增加到90%左右的时候，我们就可以说他秃了，虽然还有头发，不多。
模糊数学就是这样，他把一个系统集合化。制定一个规则，然后判断符合这个规则的相似度。我们骑自行车，目标值是一条路，而不是一条直线。只要在安全范围，我们的控制就不需要大脑干预调节，而只需要稳定平衡。我们的目标只是一个模糊的范围。
模糊控制要把被调量模糊化，但不需要过细地判断相似度。拿一个水池水位来说，我们可以制定一个规则，把水位分为超高、高、较高、中、较低、低、超低几个区段；再把水位波动的趋势分为甚快、快、较快、慢、停几个区段，并区分趋势的正负；把输出分为超大幅度、大幅度、较大幅度、微小几个区段。当水位处于中值、趋势处于停顿的时候，不调节；当水位处于中值、趋势缓慢变化的时候，也可以暂不调节；当水位处于较高、趋势缓慢变化的时候，输出一个微小调节两就够了；当水位处于中值、趋势较快变化的时候，输出进行叫大幅度调节&&
通过上面的描述我们可以看出，模糊控制的优点在于：
1、 如果规则和参数制定合理，那么系统具有小偏差和静差根据情况灵活调节、大偏差快速调节的效果。比单纯的PID调节反应灵活且快速；
2、 执行机构要么不动，要么一下子调节到位。
模糊控制的复杂在于：
1、 规则的制定要占用较大的精力；
2、 参数（界值）过多，整定起来较为复杂。
上面仅仅是一个简单的单回路调节系统。如果让我们来制定减温水调节系统的规则，那么系统规则会变得更复杂，参数也会更多；制定一个三冲量调节系统，系统就更庞大。如果再加上与PID控制的结合，系统就显得臃肿了。
但是，科学和工程研究是无极限的。我上面的叙述仅仅是二十世纪九十年代的控制发展，后来的控制不光综合了PID，还有自学习功能的研究。现在自学习功能的调节器发展很快。今年我参加一个自动化会议的时候，就有公司推广他们的外挂PID参数整定和自学习系统了。
自动调节的发展历程，不光是数学、生物、电子、工程、测量等科学和技术的发展，还是一个仿生技术的发展。尤其是二十世纪下半叶，仿生学日益被重视。人们在研究自动控制的时候，也不断的研究参考仿生原理，取得了不可忽视的成果。前面所说的神经网络控制就是仿生学成就之一。
我们的自动调节取得了巨大成就，可以说，在工程控制领域，几乎&无所不控&。但是我们的自动调节还有很长的路需要走。举个简单的例子：骑自行车就是一个很复杂很高超的自动调节系统。它不仅仅包含了模糊控制和PID控制原理，还包含了自学习、变参数的方法。并且在一些复杂场所，甚至新环境下，还包含了改变控制策略、改变控制方法、自动检查控制策略和参数的功能。
比如我们骑自行车。虽然说目标值是一个模糊的范围，属于模糊控制。可是我们还要做到让自行车不倒，就需要我们时刻调节双手的平衡。目标值的修改用大脑，双手调节平衡属于条件反射，用脊髓神经。
当我们骑车调节平衡的时候，大脑不去干涉。当双手调节平衡出现问题，或者路况突然改变，我们的大脑就要接管条件反射，进行干预调节。在干预调节的同时，我们的条件反射并不完全解除控制，而是大脑一边思考控制策略是否需要修改，一边考虑已经固化到脊髓神经的PID参数是否需要整定，一边还依赖条件反射进行微调。当这个复杂路况反复走过，大脑制定了新的控制策略、熟悉了新的PID参数，并发现新的东西能够适应这个路况后，反复走几次这个路，这个新的控制方式就被固化到脊髓神经，从而也变成了条件反射，再走这条路，基本不用大脑干预了。 &
3-3 自动调节系统的跟踪
自动调节系统，一定要实现无扰切换。什么叫做无扰切换？
无扰切换就是在手动状态切换到自动状态的瞬间，或者自动切向手动的瞬间，要没有任何扰动。一般来说，实现自动切手动问题不大，要实现手动切自动，问题就复杂了点。
一、 对于单回路调节系统，实现无扰切换比较简单。
简单来说，有以下几个部分：
1、 手动情况下，调节器的输出跟踪执行机构的反馈。
手动时候，调节器的运算不算数，它的输出始终等于执行器的反馈，这叫做跟踪。当自动投入的瞬间，调节器开始运算，这一瞬间开始运算的结果，叠加到这一瞬间跟踪反馈值上，以后每一时刻都是在上一时刻输出值的叠加。那么这就引出了下一个功能：
2、 调节器的输入端应该有一个执行器的反馈值。
这个反馈值没有太大的作用，他只是告诉调节器：执行器现在开度是多少。在自动状态下，这个值也没什么用处。只有在手-自动切换的瞬间，调节器要开始累加值了，调节器才要知道在什么基础上累加。仅此而已。
所以，咱们分析问题总是把这个值忽略，因为它基本上对咱的分析构不成什么影响。
3、 手动情况下，调节器的设定值跟踪被调量的测量值。
也就是说，手动的时候，让调节器的设定等于输入。
要这个功能有什么用处呢？
还是为了无扰切换。在手动的时候，调节器实现了反馈跟踪，可时并不是可以杜绝切换扰动的可能了。具体工作原理说来要麻烦一些。想要了解个仔细的，听我详细说明，没兴趣的隔过不看：
假定没有设定值跟踪功能，假定手动情况下反馈开度固定在50%，此时调节器并非不运算，它每一时刻的运算结果始终是比例积分微分的运算结果。比例的运算结果不管怎么变化，始终是偏差乘以比例增益再加上50%。不管在任何时刻投自动，所能产生的扰动始终是偏差乘以比例增益；
而积分作用所产生的扰动应该是，偏差产生的时候每一时刻积分作用的积累。积分作用所能产生的扰动是偏差产生后，积分积累到手自切换时刻的结果。所以积分作用所带来的扰动可能比比例要大。
微分所能产生的扰动在于，手自切换那一时刻，与上一时刻比较，被调量和设定值的偏差有没有变化。如果手自切换的时候，遇上一个检测周期相比较，输入偏差没有变化，那么微分所带来的扰动就为0，如果有变化就要有微分运算。
综合比较，微分作用产生的手自切换扰动的可能性最小，因为很难在运行人员投自动的时候遇到大扰动；其次是比例作用产生的扰动，偏差乘以比例增益；最大的扰动可能是积分作用导致，因为前两个都不会累加，而积分作用会累加。
当然，产生扰动的大小还要看参数的大小。
为了彻底避免产生参数运算带来的扰动，我们让手动时候，输入偏差始终为0，这种情况下，不管你进行比例还是积分还是微分运算，其结果都是0，所以它可以最大限度的避免切换扰动。
但是通过上面的情况可以看到：微分扰动产生的可能还是有的，不过可能性小，量也不大，基本上可以忽略。
二、 串级调节系统的无扰切换
串级系统的跟踪要麻烦些。
先说副调。手动情况下，输出等于执行机构位置反馈。设定值等于PID调节器的测量值。
可是副调的设定值又等于主调的输出，所以主调的输出等于副调的测量。主调的设定等于主调的测量值。
副调的调节器输入端，需要有执行机构的反馈值作为手-自切换时候的累加基础。主调的输入端也要有一个手-自切换时候的累加基础，而这个累加基础为副调的测量值，而非执行器反馈，因为此时需要累加的是执行机构的测量值。
整定参数的方法有理论计算法和经验试凑法两种。
& & 理论计算法需要大量的计算，对于初学者和数学底子薄弱的人会望而却步，并且计算效果还需要进一步的修改整定，至今还有人在研究理论确认调节参数地方法。所以，在实际应用过程中，理论计算法比较少。
因而，我把这种依靠对趋势图的判读，整定参数的办法，称之为：
& & & & 趋势读定法。
& & & & 趋势读定法三要素：
& & & & 设定值、被调量、输出。三个曲线缺一不可。串级系统参照这个执行。
& & & & 这个所谓的趋势读定法，其实早就被广大的自动维护人员所掌握，只是有些人的思考还不够深入，方法还不够纯熟。这里我把它总结起来，大家一起思考。
2-10 趋势读定法整定口诀
我发现大家都对口诀很钟情。为了让大家用起来熟练，我也弄个口诀：
自动调节并不难，复杂系统化简单。
串级先调副回路，内扰搞稳是首先。
然后再整主回路，主副反复能搞掂。
整定要练硬功夫，参数图形要看熟。
趋势读定三要素：设定被调和输出。
三个曲线放一起，然后曲线能判读。
积分微分先去掉，死区暂时也不要。
比例曲线最简单，被调、输出一般般。
顶点谷底同时刻，升降同时同拐点。
波动周期都一样，静态偏差没法办。
比例从弱渐调强，阶跃响应记时间。
时间放大十来倍，调节周期约在内。
然后比例再加强，没有周期才算对。
静差消除靠积分，能消静差就算稳。
不管被调升或降，输出只管偏差存。
输入偏差等于零，输出才会不积分。
积分不可加太强，干扰调节成扰因。
被调拐点零点间，输出拐点仔细辨，
三分之一再靠前，才算积分比较稳。
微分分辨最容易，输入偏差多注意。
偏差不动微分死，偏差一动就积极。
跳动之后自动回，微分时间管回归。
微分不要乱使用，要看是否大延时。
风压水位易波动，微分作用不适宜。
比例积分和微分，判读曲线特征真。
如果不会看曲线，多看杖策行吟文
综合比较灵活用，盛极而衰来扼杀因
& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &
3-4 高低加水位自动调节系统
一、基本控制策略
一般来说，高加和低加系统都采用单回路调节。在不考虑系统耦合的情况下，它们是火电厂最简单的自动调节系统了。调节原理框图如下：
上世纪90年代以前，国内的调节系统都采用分立元件，也就是说有比例调节器，有积分调节器。如果使用无差调节的话，需要使用两个调节器：比例和积分调节器。这种情况下，尽可能使用少的调节功能就比较重要。一方面节省了费用，另一方面节省了宝贵的空间&&当时几乎所有控制测量设备都很庞大，控制间一般都比较拥挤。所以这个时候，高低加调节系统都采用纯比例调节。也有的电厂感觉高加系统更加重要一下，就把高加系统也加上了积分调节器。
后来在90年代左右，国内又引进了组件式控制系统，国内叫MZ-III型组件控制系统。目前国内许多教科在讲述自动调节系统的时候，还大量的用MZ-III作为基础来讲述控制策略。
这个系统的的调节器功能多了，既有单独的比例、积分、微分调节器，又有组合了比例积分、比例微分、比例积分微分的调节器，可以不用过多考虑空间限制了。可是该组件故障率较高，即使是多功能调节器，也是把比例积分微分三种功能叠加到一个调节期内部，所以故障率还是有的，购买成本还是偏高的。
所以当时也有纯比例调节系统的存在。
后来，国内电厂掀起大规模的DCS改造和应用风潮。对于DCS来说，增加一个积分运算功能不涉及到任何费用。并且DCS内每个调节器一般都要加上比例积分作用，就看用户愿不愿意使用了。那么使用积分不会带来费用和空间问题的情况下，纯比例作用渐渐要绝迹了。
但是对于积分作用的应用，理论上还有必要搞清楚一个概念：自平衡能力。
二、自平衡能力
本来本文不打算提及一些过于书本化的概念。但是这里必须要对自平衡能力做一个介绍：
还是前面说的那个水池。上面一个进水管，下面一个出水管。
如果进水管流量增大一些，水池水位会增高，导致出水口压力增大，出水阀前后差压增大，出水流量也增大，一直增大到进出水流量相等，水位卫视在新的高度不再变化。
这说明这个水池不需要经过调节，水位就可以自动稳定在一个水位。我们说：这个水池具有自平衡调节能力。
还是这个水池。如果把出水阀换成了泵，当进水流量做一次改变的时候，不管入口压力多泵的出水量高始终不变化，那么水池的水位会一直改变下去。很简单，这个水池没有自平衡能力。
对于自平衡能力，各种教科书中，又是飞升曲线，又是迟延特性，洋洋洒洒，一般都能说万把字。用处不大，全部省略不提。
那么我们说自平衡能力有什么用处呢？
据我看到的电力工业出版社出版的教材《自动调节原理》（西安电力学校编1980年版）介绍：无自平衡能力的调节对象，是不能用积分作用的。据其分析简述如下：
我们来看：当进水阀开大后，流量增加，水位升高。调节器调节使得出水泵开大，让水位降低。当出水泵开到一定地步，进出口流量相等的时候，水位保持平衡。可是这个时候因为积分的存在，积分使得泵以最大的速度继续开大，一直到水位等于设定值泵的流量才停止变化。而此时，出口流量又远大于进口流量，故此水位不能稳定，形成震荡。（实际叙述很麻烦，咱们这里虽然说了很多废话，可是总体来说还是比较简练的）
这个描述存在两个问题：
1、 积分的速度与积分参数和输入偏差有关。进出口流量相等的时候不是水位偏差最大的时候，而是水位略微有所回调。所以此时泵的改变速度不是最大。
2、 如果比例积分设置参数合适，这个系统是个逐渐收敛的过程。在手动状态下，出水流量通过增加&降低的反复调节，最终水位可以稳定在任何一个值，而不是某一个特定值。那么比例、积分作用使得出水流量的反复波动，最终应该可以稳定，并且实现无差。
所以我认为，不管有无自平衡能力，都可以使用积分作用。只是有自平衡能力的调节对象的参数更容易整定，调节更容易稳定。
据我考察，许多电厂不管三七二十一，全部都加有积分作用，也都能稳定运行。
三、随动调节系统
有人曾经提过：电厂有一种随动调节系统，也就是自动投入时候只要在正常水位范围内，可以稳定在任何一个定值。我不清楚业内是 &随动调节系统&的提法的具体含义。但是根据上面的表述，&可以稳定在任何一个定值&的话，要实现这个功能很简单，就是去掉积分作用，用纯比例调节。因为纯比例调节没有消除静态偏差的功能，当然可以稳定在任何一个值了。
对于与随动调节系统，我想应该还有一种方式：设定值是经常变动的。这样的系统很多：火电厂的滑压运行方式，这个滑压就是压力需要平滑的波动，其设定值就应该是个波动的函数。还有在中调控制下的机炉协调（专业术语叫做AGC）的机组负荷设定值，应该也算是经常变动的。
电力行业之外，这种系统也很多。比如管道中，为了消除热应力，需要对焊接点进行控制下降温度法，这个控制下降的温度设定值，就应该是经常变化的，甚至是用时间函数来确定的。
从这个意义上讲：设定值常变，有三种情况：
1、随便让它变不加控制；
2、是加以控制，根据时间或者其它情况，设定值做一个有规律的修改；
3、设定值是受其他因素控制的函数计算值。
四、对于系统耦合的解决办法
我们之所以专门介绍高低加调节系统，就是因为系统之间存在着耦合，而且这种状况在电厂中非常普遍。下图是一个电厂的低加系统耦合情况示意图。
#4低加的凝结水流入#5低加，#5低加的凝结水流入#6低加。对于#4低加来说，自动投入很简单，没有耦合，用一个简单的单回路调节系统足可以了。可是对于#5低加来说就不大好，因为它要接受#4低加来的凝结水。在有的系统中，上一级低加来的凝结水流量波动不太大，对本系统干扰不大。而如果上一级来的流量波动大，足以大幅度影响本系统的水位的时候，就必须要关注系统耦合了。
解决的办法前面已经说过，加一个前馈。可以对#4低加的输出增加一个流量测点。然后把此流量信号作为本系统的前馈。可是增加流量测点涉及到安装问题。如果用流量孔板测量，需要寻找一个数米长的直管段，拥挤的汽机空间不一定能够找到这么一个直管段；还需要投入一定的费用购买流量孔板和变送器。所以往往许多厂矿没有流量测量装置。那么，我们可以让#4低加输水的执行器反馈作为#5低加水位的前馈信号，虽然不太好，将就着用吧。控制策略原理框图如下：
也有人会说：前馈信号到底能带来多大干扰，需要对干扰情况进行调节的。这个问题在副调的PID调节器内就可以解决。修改比例带的大小就可以解决。不过也有很多的人倾向于给副调的测量值加上一个系数。也行。控制策略原理框图如下所示：
五、几个问题：
1、 为什么要用串级调节，而不能用单PID，在单PID的输出叠加前馈信号？
因为跟踪不好实现。具体道理，在第2-11节，《比例积分微分综合整定》里面咱们已经说过。
2、 死区的设定
前面讲过，死区的设置可以有效避免执行器的动作次数，提高执行器的寿命。但是死区设置过大，不但会影响调节系统的调节精度，而且会造成调节滞后，影响系统稳定性。下图就是死区过大影响系统稳定性的例子：
死区过大影响系统稳定性
那么，死区设置多少合适呢？一般来说，对于高低加系统，其总量程都在mm之间，可以在设定值&10～20mm之内不运算。那么死区可以设置为：
10～20/()=0.5～2%
在一般的PID调节器内，死区往往是百分量。所以就可以省写为0.5～2。
如果实际整定过程中，还发现死区过大，可以设置更小。
3、 死区过大的判断
那么怎么判断调节系统是因为死区过大造成的不稳定？
很容易。我们可以观察被调量和输出的曲线。当死区存在的时候，输入偏差在死区以内，调节器的输出曲线是一条水平的直线。如果系统不稳定，并且水平直线过长，就可以判定为死区过大。
当被调量开始回调的时候，输出也跟着回调。可是回调到一定的地步，输出不变了，为什么？死区的存在所致。如果系统不能稳定，死区过大，死区的存在导致回调滞后，下一个回调的波峰推迟出现。如果系统能够稳定且波动较小，说明死区设置合理。合理的死区几乎不会造成回调滞后。
引起调节滞后的原因有很多种，最主要的是积分时间过小和死区过大。要注意二者之间的区别。
六、偏差报警与偏差切除
我们搞自动调节系统，目的就是为了让系统能够安全稳定运行。可是如果一旦出现意外，我们必须要有一个偏差报警和保护功能。
现在的调节系统已经比较完善，在调节器内往往都有偏差保护功能。
所谓的偏差保护，就是当调节器的输入偏差大到一定值的时候，要把自动切换到手动状态的功能。
如果调节器内没有这个功能，就需要我们在控制策略中添加该功能。
除了被调量与设定值的偏差保护外，还有个输出与反馈的偏差保护功能：当调节器的输出与执行机构的反馈大到一定值的时候，说明执行机构出现了故障，要么执行机构误动，要么拒动，或者反馈故障。发生这样的异常，也必须要把系统切除到手动状态。
切除到手动状态，一方面是保护系统不致出更大的问题；另一方面是提醒运行操作员，系统出现故障，需要手动干预；同时需要检查系统，消除缺陷。
七、阀门线性
调节阀的流量特性，是指介质流过阀门的流量，与阀门的开度之间的对应关系，也称调节阀的静态特性。对于调节阀门的线性，是自动调节的一个不可忽视的问题。一般来说，阀门的线性可以包括四种：直线型、等百分比型、抛物线型、快开型。
这四种阀门特性在阀门设备方面的实现，完全与阀芯的形状有关。下图是四种流量特性的阀门形状：
图中，1、直线型。2、快开型。3、等百分比型。4、抛物线型。
上面的右图是理想状况下其流量特性。考虑到阀门有漏流，所以其零点上移。在实际应用中，工况复杂，流量特性变化很大。下面详细说说。
1、 直线型
阀门的开度h与阀门的质量流量G成正比关系。即：
Gm&&阀门的最小流量。调节系统中，一般Gm=0.
直线型调节阀不管阀门在多大开度，当阀门开度改变的时候，引起的流量变化的绝对值基本不变。
假如行程为10mm的阀门，最大流量是10t/h，阀门最小流量为0 t/h。直线型的阀门在开10%的时候，阀门位置是1mm，流量是：
10*10%=1t/h；
阀门开度为50%的时候，阀门位置是5mm，流量为
10*50%=5t/h。
直线型阀门的好处是，不管阀门开度为多少，流量变化比较固定。
直线型的适用场合一般有以下几个条件：
a、管道压力变化小，几乎恒定；
b、工艺系统的主要参数变化呈线性，也就是说有多大的流量就会对被调量有多大比例的影响；
c、改变开度的时候，阀前后的差压变化较小。小的差压变化可以保证阀门保持直线型；
d、外部干扰较小，可调范围较小。
直线型的阀门线性如下图A所示：
2、 等百分比型
阀门质量流量G与开度h始终呈固定的百分比关系。即：
dG / dh = CG
积分后得到：
H=1/C ln (G / Gm)
同样的，假如行程为10mm的阀门，最大流量是10t/h最小流量为0t/h。当阀门开到10%的时候，其流量为：
10*10%*10*=0.1t/h
当阀门开到50%的时候，其流量为：
10*50*50%=2.5t/h
等百分比型阀门的相对开度与流量呈对数关系，故也有的地方称等百分比型阀门为对数特性阀门。
等百分比型阀门的适用的场合为：
a、 实际可调范围大；
b、 开度变化，阀前后的差压变化相对较大；
c、 管道系统压力损失大；
d、 工艺系统负荷大幅度波动；
e、 调节阀经常在小开度下运行。
等百分比型的阀门线性如图B所示。
3、 抛物线型
流量G与开度h的平方按比例关系变化。在坐标图上呈现出抛物线形状。即：
G= Ch2 +Gm
抛物线型的阀门线性如图C所示。
在调节系统中，阀门的调节需要近似线性，或者在某一段开度内近似线性，以方便调节，所以，直线型和等百分比型较为常见。而抛物线型因为阀门在较小的开度内流量变化剧烈，较大的开度内阀门几乎又不变化，所以比较少用。
上面所说的选择阀门线性的方法仅仅为经验描述。为了让大家完全领会，我们有必要列出教科书中的阀门线型选择方法（本节以下内容参见《锅炉设备及其系统》，华东六省一市电机工程（电力）学会编，中国电力出版社，第378~379页）。首先我们要搞明白三个概念：
内特性曲线：调节阀本身的特性曲线称为内特性曲线。
外特性曲线：除了该调节阀外，这个阀门所在管道系统的工作特性曲线。
可以看出：整个管道的阀门特性曲线是内特性曲线和外特性曲线的综合。
S值：调节阀在全开时候的压降△pv于整个管道系统（包括调节阀）压降△p的比值。即：
S = △pv / △p
S是选择阀门线性的一个重要指标。
当S&0.8的时候，说明加在调节阀上面的压降比较大，压降可以有效保证阀门近似为直线特性。
当S＜0.8的时候，阀门前后的压差与整个管道的压差显得比重较小，阀门在一定开度下，流量要比线性开度的流量大。如果没有阀门自身的线型的约束，节流处的内特性曲线近似于抛物线。
当S&0.4的时候，流量更近似抛物线，流量上升的更快，所以，我们需要阀门线型来约束，使得流量更加线性。这时候等百分比曲线与抛物线的叠加，结果是的流量线型基本上近似于直线。
调节系统中，调节系统的波动的剧烈幅度大致可以分为三种：a、被调量与设定值的偏差大小；b、被调量波动的速度；c、干扰的大小和速度。在这三种情况下，我们需要针对波动的剧烈幅度进行可控制的调节，所以对于调节系统来说，我们希望在阀门的实际开度下，流量变化是均匀的，连续可调的。所以，我们选取阀门线形的依据，就是如何能够使得实际流量与阀门实际开度更成固定的比例关系，在坐标图上更像直线。这就是我们对阀门选型的基本思想和依据。
3-5 汽包水位调节系统
现在，大容量高参数的机组多采用直流炉。直流炉没有汽包，所以不用考虑汽包水位调节。但是国内低参数机组还大量存在。300MW机组中，也还有一些汽包炉。对于汽包炉，最重要的自动调节系统之一，就是汽包水位三冲量调节系统。
一、任务与重要性
1、维持汽包水位在允许范围内。正常水位一般是汽包中心线以下100～200mm处。
2、 保持给水流量稳定。给水流量要剧烈波动，不光影响执行机构，还影响省煤器和给水管道的安全运行。
这个似乎不用多说，都知道它非常重要。上世纪八十年代末期，河南新乡某电厂汽包水位自动失灵，监盘不得力没有发现。水位一直上升到满水，导致过热蒸汽中含水量增加。湿度较大的蒸汽进入汽轮机后冲刷汽轮机叶片，导致应力不均。最终汽轮机飞车，汽轮机大轴飞出汽缸外壳，飞离汽轮机几十米。整个机组彻底报废。该操作员住进监狱，厂长被废为庶人。惨痛！
有时候想想搞自动的也挺可怕的，一不小心竟然跟机组的安全联系到一起了。
我曾经亲身经历过一件操作失误，现拿出来跟大家分享（心有余悸的分享！）：
当时我所整定的机组是200MW级中间仓储式锅炉。640t/h定速泵。依靠给水调节门调节给水流量，从而调节汽包水位。那时候还没有DCS操作系统。用的是国电智深的EDPF-3000集中控制系统。运行操作盘还保留有操作器。
我当时正在整定参数，一边思考问题。设置参数的时候，把比例增益少写入了一个小数点！不是少写，而是国电智深的操作键盘很不灵敏，那个小数点按下去后，没有反应。结果比例增益本来是1.5，确认后变成了15！马上造成系统震荡。
当时我反应还是比较快的，马上快速进行一系列操作：手动干预操作器，切自动为手动，自己手动干预操作器，操作给水调整门恢复正常，且比正常值高有10%左右（具体数值没记住），以弥补流量突降带来的损失。完成这一系列操作之后，我才有时间舒了口气。当时汽包水位还没有来得及波动，水位随后来了一个小波动后显示正常。&&咱们前面说了，自动控制人员甚至要比操作员更熟悉某些系统的操作，一方面是因为判断参数的需要，另一方面，呵呵，这个还是不说了。
当时的操作员在一旁看到了我的一系列动作，用很复杂的眼神看了我一眼。记忆犹深呐！
以后在我整定参数的时候，一定会注意多看一眼小数点和具体数值，才敢确认。
同志们，接受我的教训啊。在你没有熟悉调节系统之前，千万不要随便去整定非常重要的自动调节系统，虽然我当时比较熟悉了，还一不小心会出错。这就是第三章我先讲述高低加水位调节系统的原因&&虽然不能说不重要，但是它对参数没有那么敏感，出了问题还有补救的时间。建议整定参数先从低加水位开始。
二、 锅炉汽包
锅炉就好比一口大高压锅，下面添着柴火，中间加着水，上面抽着汽。
锅内的水位是什么样子呢？锅里面一直在咕嘟沸腾着，有大量汽泡往上冒，所谓的汽包水位，就是包含了大量汽泡的水的高度。汽泡产生的多少有两个因素：火烧得旺不旺，和锅内压力有多高。火烧得越旺，水里面产生的汽泡就越多；锅内压力越高，压迫水里面产生的汽泡也越少。
１、给水管。２、给水调节阀或调速泵。３、锅炉加热器。４、汽包。５、过热器加热管道。
咱们都知道水的沸腾点与当地大气压有关。在青藏高原，煮面条就难。因为高原上大气压力低，容易产生汽泡，容易沸腾，沸点就低。而高压锅炖鸡为什么容易烂？因为锅内压力高，沸点高，肉就好烂。
那么如果某一时刻水面下汽泡突然增多，那有两个可能：1、此时下面柴火烧得旺，水里面产生的汽泡多；2、此时锅内压力降低，汽泡产生多。
汽泡产生多了，带来一个现象就是汽泡混合在水中，把水面也抬高了。
三、 虚假水位
柴火多，烧得旺，水位升高，这是实打实的升高了。还有一种升高是虚假的升高：
假如是蒸汽流量突然增加，进水量还没有来得及改变，出汽量先增加了，进的少出的多，水位应该降低。实际情况不是这样的。
大锅里面的蒸汽减少，锅内压力降低。导致水里面产生的汽泡增多，汽泡哄抬着水位升高了。
矛盾出来了。出气量增加水位不降反升，反升的水位叫做&虚假水位&。
虚假水位不仅仅是指水位虚高，也可以指水位虚低。假设汽机调门突然下关，蒸汽挤在一起压力升高，锅内压力升高，水位降低。可是蒸汽流量降低导致进水不变出汽减少，水位要增加的的。这就是水位虚低。
那有人说了：给水泵增加出力导致给水压力增大，也应该干扰水位的。恩，是这样的。可是能产生虚假水位的前提条件是：干扰来得很快很猛，造成一瞬间汽泡大量增加或减少，产生虚假水位。而给水泵产生的给水压力干扰没有那么快，汽泡变化没有那么猛烈，所以产生不了虚假水位。包括锅炉燃烧，都会导致锅炉压力改变，但是都不能造成虚假水位。
虚假水位让自动调节很为难。本来负荷升高应该增加给水量，可这时候自动调节系统明明看到水位偏高了，水位偏高了就要减少给水量，这样一调节，最终让水位变得更低。
所以，要调节水位，必须要考虑虚假水位。
四、 汽包水位的测量
汽包水位的测量是个很重要很麻烦的问题。一般来说，从概念上讲，调节系统的被调量不要求太精确，只要求趋势准确就可以了。可是对于汽包水位，有许多地方测量误差较大，设定值的设定就要斟酌了。如果误差足够大，对系统的安全性是有很大影响的。安全性降低，自动当然也受到危险。
汽包水位的测量方式有很多种。常见的有电接点水位计、云母水位计电视监测装置、平衡容器差压测量变送器。
1、电接点水位计测量直观可靠。可以远传，如果愿意，可以进入DCS。但是因为该测量方式属于间隔式测量，不能连续不间隔发送水位信号，故只作为一个检测手段，不能作为调节系统的被调量。
电接点测量方式也有测量误差的。因为测量筒伸出汽包之外，温度会比真实的汽包水位有所降低。温度降低，密度增大，故水位会有所偏低。目前，已有内置式电接点水位计，可以弥补这个缺点。
2、云母水位计也是用连通管引到汽包之外，用云母显示实际的汽包水位，然后通过摄像头传到远方。云母水位电视监测装置可以显示连续信号，显示也比较可靠，只是不能转化为电信号，所以也不能作为调节系统的被调量来用。
目前也有一种磁翻板液位计，通过摄像头传递到远方。原理同上。
3、平衡容器差压变送器测量是目前应用广泛的，作为调节系统被调量的测量方式。
我们知道，测量液位内部的的压力，可以反映液位的高度。在一般的开式容器中，容器内的环境压力变化微小，相比于液位高度，环境压力变化基本可以忽略不计。所以，开式容器或者是容器内环境压力基本没有变化的容器，其液位测量基本上使用压力变送器测量。
但是火电厂的汽包水位内，环境压力是经常波动的。如果用单纯的压力变送器的话，不能反映水位的变化。为此人们设计了双室平衡容器。
平衡容器汽包水位测量方式进行了多次改进。在改进的过程中，主要的测量方式有：双室平衡容器、具有压力补偿的平衡容器、单室平衡容器等。目前，应用广泛的是单室平衡容器。测量也较为可靠。
不管哪种平衡容器测量方式，都是把平衡容器中的高度差转换成电信号。下面绘出了单室平衡容器的测量原理图：
图中，平衡容器给测量提供了一个参比压力，它给差压变送器提供了正压侧压力P+。汽包内的水通过管路进入变送器的负压侧，负压侧的压力反映了水位的变化。
当汽包内部环境压力改变的时候，正压侧和负压侧同时感受到了压力的改变，两者相减，得到了纯粹的水位波动量。这个纯粹的波动量就是汽包水位了。
七、制定控制策略
我们制定调节系统的控制策略有一个基本方向：有什么样的干扰就制定什么样的抑制干扰的对策。就像王二嫂和面，面多了添水水多了加面。
前面分析了所有影响汽包水位调节的因素，拉拉杂杂十多项。我们总不能针对每一项干扰都制定一个策略，那样控制策略会变成巨无霸，不仅看起来让人头疼，而且参数整定也很讨厌。不光汽包水位是这样的，其它系统也往往有很多干扰因素。所以，仅仅是头疼医头脚疼医脚还是不够的，对待控制策略我们还要有一个思路或者原则：尽量归纳各种干扰因素，把各种因素精简为最少的最重要的几个参数。也就是说化繁为简。
前面说了，各种干扰因素最终归纳为两大类：内扰和外扰。可是内扰和外扰是不可测量的因素。我们应该还可以找到更为简单有效的办法。
内扰的代表是给水流量，外扰的代表是蒸汽流量。
你看，不管是压力还是燃料，不管是执行机构还是阀门线性，最终都要影响到给水流量上面；不管是负荷还是调门开度还是蒸汽压力，最终都要影响到蒸汽流量上面。
而且最为重要的还有对于虚假水位的反应。
当虚假水位产生的时候，一定是汽轮机调节门改变导致蒸汽流量变化的时候。这个时候先不管他汽包水位是多少，只要看蒸汽流量变化没有就可以了。假设负荷突升，蒸汽流量突升，蒸汽压力突降，水位虚高。在调节系统中，副调的蒸汽流量突高，副调输出增大，以弥补流量变化带来的缺口，几十秒后水位虽然产生虚高，输出还要减小，可是这时候副调的运算已经在一定程度弥补了虚高的损失，最终让波动抑制在最小。
从上面分析可以看出：副调的参数设置非常重要。可以这样说：能否消除虚假水位，能否克服各种扰动，关键是看副调的参数设置的是否合理。参数设置放在后面，先把控制策略说完整。
可是，我们通过给水流量和蒸汽流量可以把各种干扰都包含在内么？教科书上是这样暗示的。我觉得不一定。上一节说了，燃料量的干扰没有直接作用于给水流量和蒸汽流量。所以燃料量的干扰仅仅靠副回路是无法消除扰动的。
所以，汽包水位三冲量调节系统，没有从理论上克服所有的干扰。幸而，燃料量带来的干扰是矛盾的。上一节分析了，一方面燃料量直接带来了内扰类型的虚假水位；另一方面，从蒸汽压力的改变方面来看，带来的外扰类型的虚假水位又跟内扰类型的相抵消。
对于机组整体运行来说，只要机组负荷不改变，燃料量的扰动最终不应该对给水量造成较大影响。如果燃料量长久保持在扰动后的水平，那么给水量的改变也是很小的。
因为燃料量的干扰不需要给水作过多调节，因而这个扰动可以忽略，基本上主调可以控制稳定。
那么现在，眉目已经完全显露：依靠汽包水位、蒸汽流量、给水流量作为汽包水位的调节要素。也就是人们常说的汽包水位三冲量自动调节系统。
给水流量作为内扰，作为调节系统的反馈信号。蒸汽流量是外扰，作为系统的前馈信号。两者在调节器的输入端想减。正常情况下，他们应该相等，有测量误差导致不相等也没有关系。我们自动调节系统最关心的，其实不是数值的大小或者准确度，而是数值的波动趋势。只要趋势完全能够反映测量值的波动就可以了。具体
控制策略的原理框图如下：
八、捍卫&经典&
这个控制策略完全可以划入到经典控制法的行列。我对&经典&两个字感到很神圣，不是所有的事情都可以说经典的。我平时很讨厌某人说什么什么很经典，这个词已被现在人用的太滥了，玷污了他本来的含义，弄的真正的经典反而让人感觉普通了。那么什么才叫做经典呢？经典就是那些已经被证明并且普遍在应用、轻易不可被否定的理论或者成就。经典可以被修正，可以被纠偏，但不会被彻底否定。汽包水位三冲量自动调节系统是真正的&经典&。
我们之所以会不厌其烦地罗列汽包水位的干扰因素，是因为我发现许多人总是要妄图修改这个控制策略。比如有人说因为减温水流量取自于给水流量，减温水的增加会导致给水流量的减少，所以要在控制策略上添加减温水流量。
还有人建议：因为机组负荷干扰太大，所以也要添加机组负荷作为前馈。
就这样，控制策略越来越复杂，所要调整的参数越来越多，控制效果不见得有多大好转。
所以，我要给&经典&两个字正名。经典之所以叫经典，就是如果没有非常特殊的情况，是没有必要去修改的。
九、正反作用与参数整定
上图中，我们用蒸汽流量减去给水流量，当蒸汽流量增大，需要相应增大给水流量，所以副调应该是正作用；汽包水位升高需要减小给水流量，所以主调是副作用。
如果我们用给水流量减去蒸汽流量，那么当给水流量增加，输出应该减小，副调是副作用，而主调就应该修改为正作用。
对于系统的参数设置，比较麻烦，下面一步步叙述：
1、设置副调流量系数
包括给水流量系数和蒸汽流量系数。这两个系数没有固定值。如果副调的比例作用很弱，这两个系数甚至可以取消不用。之所以要设置系数，是要提醒读者注意：在调试过程中，切不可先令副调比例作用过强！否则有可能造成系统震荡，最终导致安全事故。我们可以预设这个系数为0.3左右。
一般来说，蒸汽流量系数和给水流量系数应该大致相等。稳定工况下，尽量使调节器的输入端为0.
2、设置副调的比例带非常大，积分时间为无穷大，微分为0，即纯比例作用。
比例作用的大小因系统而异。总体方向上，应该先把副调比例作用放很小。以防止系统或者副调震荡。
3、设置主调的积分时间为0，比例作用比较弱。
之所以没有给出比例作用的具体数值，是因为根据不同的系统，不同的DCS，不同的程序，这个值往往变化很大。
一般来说，副调的比例带可以先设为150~600，主调比例带设为100~200。
4、逐渐降低主调比例带。
根据观察结果，逐渐增强比例作用，直到系统接近平稳。
或者继续增强比例作用，直到系统接近于等幅震荡，然后把此时的比例带除以0.6，基本上接近于可用了。但是对于汽包水位系统，最好不要调到等幅震荡，因为这样会使系统处于危险的境地。
5、逐渐增强积分作用
积分作用逐渐增强，能在较短时间（约10分钟）内消除静差即可。
许多人对积分作用特别偏爱，往往给主调的积分作用放得很强。这种方法不仅没有好处，还会带来危害。因为在被调量开始强势回调的时候，需要调节器的输出也要快速回调，这样才能使得被调量不会大幅度超调，而这时候如果积分作用很强，积分作用会使得调节器的输出不仅不回调，而且还可能按照原来的趋势继续调节，一直等到被调量和设定值接近相等的时候，才开始回调，这时候已经太晚了，必然造成大幅度的超调。要记住：主调积分的目的是为了消除静差的。只要系统没有静差，积分作用就不必要增强。
6、没有必要使用微分作用
微分作用可以超前调节，但是该系统完全没有必要使用。并且因为水位、流量信号大多存在着微小的波动，微分作用会将这些波动放大，造成干扰。
7、主调比例带与副调比例带相乘。减弱主调作用，逐渐增强副调作用。
主调比例带与副调比例带相乘的积，固定一个数，大约增强副调多大幅度，就减弱主调多大幅度，乘积基本保持不变。
在修改主、副调参数的时候应该先减弱一个，再增强另一个。以免系统引起震荡。
8、副调比例作用增强到足够抑制给水流量的扰动为止。
这一步骤是最见功夫的，并且也是对参数变化最敏感的。比例带的设置只要有5%的变化，系统就有可能不稳定。所以我们在整定副调的比例带的时候，一定要小心，多观察。
9、在负荷大幅度改变时，观察副调的曲线，防止震荡的发生。
这个阶段容易被忽视，但是非常重要，一定要注意。负荷大幅度波动时候，流量最容易引起震荡，此时减弱副调的比例作用，直到不发生震荡为止，然后为了安全，再次稍微减弱副调作用。
在调节副调的同时，还需要注意改变主调的比例作用。
2．10．注意修改主调的积分作用
在反复修改主、副调比例参数之后，要记得积分作用也需要修改。如果副调的比例作用减弱，那么积分作用也要相应减弱，因为调节器的输出是比例和积分相权衡的结果。
至此，该系统基本调试结束。为了防止副调震荡，还可以对副调的反馈系数和前馈系数进行修改，基本同减弱副调比例带的作用相当。但是在修改系数的时候，一定要把该系统切换为手动运行方式，否则可能对调节器造成较大干扰，甚至危害安全运行！
有人说了：整定汽包水位系统的参数步骤这么多，这么复杂，万一一个步骤忘了怎么办？
咱前面说了，第二章很重要，只要第二章的基础坚实，后面就相对简单。如果你再完全领会了三冲量的意义，甚至你们完全可以不理会这些步骤，自行设置参数。我自己设置参数的时候可从来没有想过什么步骤，只在心里想着：小数点别弄错，数值不要点错。然后修改系数的时候要把自动退掉。仅此而已。至于对参数如何判断设置，根据趋势特征判断呗，自然而然的事情，没什么复杂的。
十、特殊问题的处理方法
串级三冲量给水自动调节系统，是世界上已经很成熟的控制策略，我们没有必要对此提出质疑。如果出现问题，那一定是使用不当造成的。当然，对于一些特殊的问题，还需要专门对待。笔者就曾经经历过的问题作一个介绍：
1、给水泵耦合器线性较陡（如上图的白色曲线）
给水泵耦合器线性不好，一般来说是线性比较陡，即执行器每动作一小步，给水流量变化较大。笔者曾经见过执行器每开关1%，给水流量变化超过30吨/小时的。
此时，需要把副调的比例作用减弱，增强主调比例作用。或者将流量系数减小。
如果给水泵耦合器线性较平缓，我们可以采取相反的方法，最终使得系统稳定运行。
2、给水泵耦合器线性较差
曾经发现有些给水泵耦合器，在某一较低开度的时候，线性较平缓；另一较高开度的时候，线性较陡。给系统安全造成威胁。我们可以设计程序，变参数运行。
所谓的变参数运行，就是根据给水泵的开度不同，或者根据负荷的不同，设置不同的比例带。
3、机组负荷突变时产生调节震荡
对于汽包水位来说，产生调节震荡是最可怕的。一不小心就可能威胁机组安全运行，所以对于偏差保护的设置也是最为必要的。一旦水位波动大就应该切除到手动状态。
可是即使切除到手动状态，自动的问题还是没有彻底解决。
机组负荷突变时产生调节震荡的根本原因是副调过调。如果我们认为副调没有过调，并且还产生变负荷调节震荡，那我们可以修改蒸汽流量的系数。
参数整定找最佳，从小到大顺序查。
先是比例后积分，最后再把微分加。
曲线震荡很频繁，比例度盘要放大。
曲线漂浮绕大弯，比例度盘往小扳。
曲线偏离回复慢，积分时间往下降。
曲线波动周期长，积分时间再加长。
曲线震荡频率快，先把微分降下来。
动差大来波动慢，微分时间应加长。
理想曲线两个波，前高后低4比1.
3-6 过热汽温度调节系统
一、迟延与惯性
还是咱们前面说的那个水池的例子。当进水量有一个阶跃扰动，流量增大的时候，水位开始增高。水位不是马上达到一个高度的，而是缓慢增高，逐渐接近一个高度。这样的受控对象我们说它具有惯性环节。惯性环节在工程中很普遍，高低加水位都具有这种特性。
还有一种情况，当扰动来临的时候，被调量不是马上受到影响，而是等待一段时间以后才开始变化。这样的受控对象我们说它具有迟延环节。
惯性环节和迟延环节的区别如图所示：
左图是惯性环节，有图是迟延环节。
在实际应用时，我们会发现许多被控对象同时具有迟延和惯性两种特性。可是有些人又往往把迟延和惯性混为一谈。对待迟延和惯性环节，其处理方式是不一样的。所以，咱们专门介绍这两个环节。
二、重要性
汽包压力的重要性在于系统的安全。而过热器温度调节系统的重要性有两个：经济性和安全性。过热汽温是综合了经济性安全性之后权衡的结果。
根据郎肯循环原理，工质温度越高，工质做功能力越强，效率越高。有人计算，对于临界参数的机组，蒸汽温度每降低５℃，热效率会降低１％，所以，我们总是不断的力求蒸汽温度高些再高些。
可是蒸汽管道的耐温能力是有限的。蒸汽温度过高会使管道产生高温蠕变甚至破裂。如果蒸汽温度长时间工作在较高的温度，即使当时不产生高温蠕变，也会降低管道的寿命。
所以，力求是蒸汽温度平稳是安全性和经济型的双重要求。
跟汽包水位不一样。汽包水位只要在安全范围之内，保持多高都是无所谓的；而蒸汽温度越准越好，低了影响经济性，高了影响安全性。如果我们能够把蒸汽温度永久的维持在非常平稳的运行水平，那么适当提高蒸汽温度的设定值也是可以的。可是，难！很难！
2-15 趋势读定法整定口诀
我发现大家都对口诀很钟情。为了让大家用起来熟练，我也弄个口诀：
自动调节并不难，复杂系统化简单。
整定要练硬功夫，图形特征看熟练。
趋势读定三要素：设定被调和输出。
三个曲线放一起，然后曲线能判读。
积分微分先去掉，死区暂时也不要。
比例曲线最简单，被调、输出一般般。
顶点谷底同时刻，升降同时同拐点。
波动周期都一样，静态偏差没法办。
比例从弱渐调强，阶跃响应记时间。
时间放大十来倍，调节周期约在内。
然后比例再加强，没有周期才算对。
静差消除靠积分，能消静差就算稳。
不管被调升或降，输出只管偏差存。
输入偏差等于零，输出才会不积分。
积分不可加太强，干扰调节成扰因。
被调拐点零点间，输出拐点仔细辨，
积分拐点再靠前，既消静差又不乱。
（积分拐点&&第2-9节整定积分时间里面讲过，被调量回调的拐点，与被调量回调到设定值的点，两个点的时刻相减，乘以三分之一，这一点叫做积分拐点。）
微分分辨最容易，输入偏差多注意。
偏差不动微分死，偏差一动就积极。
跳动之后自动回，微分时间管回归。
系统若有大延迟，微分超前最适宜。
风压水位易波动，微分作用要丢弃。
比例积分和微分，曲线判读特征真。
如果不会看曲线，多看杖策行吟文
综合比较灵活用，盛极而衰来扼杀因
三、 干扰因素
蒸汽温度的干扰因素很多。机组负荷、燃烧状况、蒸发量、烟气温度、火焰中心、烟气流速，烟气流向、减温水、给水量、送风量、炉膛燃烧波动等等，都会对蒸汽温度产生干扰。形成的干扰状况和特点各有不同。有的干扰相当大，有的迟延大，有的惯性大，有的惯性迟延都很大。这个，问题要比汽包水位要复杂。
几十年了，汽包水位早就进化出了三冲量调节系统，堪称经典。可是蒸汽温度调节系统还在问到底是导前微分好呢还是串级好？即使是导前微分和串级也不能彻底解决问题，还不断有新的解决方案出现，还将会有更多方案出现。
上面总结了那么多干扰汽温的因素，其中影响最大而且直接的是机组负荷、烟气传热、减温水量三个因素。下面一一分析：
1、机组负荷
机组负荷增加，锅炉会调节燃烧，使得燃料量增加，燃烧加强，烟气温度升高，烟气流速增加，锅炉吸热增加，蒸汽温度升高。烟温与蒸汽的温度差影响的主要是辐射热吸收。发热量增加，炉膛温度本来就很高，增加的不多，那么温度差也增加的不多。但是蒸汽流量增加会导致温度降低。因为需要加热的工质增多了。因此敷设吸收热量的增加不足以弥补因工质增加导致的温度降低。所以，当机组负荷增加的时候，辐射式过热器温度是降低的。
而蒸汽所能吸收的热量于两个因素有关：烟温与蒸汽的温度差，烟气流速。热负荷增加导致烟气增加，烟气流速增加，对流加强。所以过热器出口汽温会随着机组负荷的增加而增加。
可是辐射区首先接受到锅炉热量的变化，温度增高。迟延较小，惯性较大。
对流区影响到汽温的变化，迟延较大，惯性较大。
综合起来，当机组负荷增加的时候，温度先略有降低，然后又有较大的升高。有迟延，有惯性，有自平衡能力。如下图左边曲线所示：
左侧：机组负荷扰动的阶跃反应曲线。中间：烟气侧传热扰动的阶跃反应曲线。右侧：减温水量扰动下的阶跃反应曲线。
3、 烟气传热量扰动
过热器出口温度的高低取决于两个方面：吸热和供热的平衡。吸热是指蒸汽带走的热量；供热是指烟气工给的热量，广义上讲，应该包括了蒸汽从烟气里吸收的热量。吸热大温度就有降低的趋势，供热大，温度就有升高的趋势。凡是影响烟气和蒸汽之间热交换的因素，都是对过热汽温的扰动因素。蒸汽侧的扰动稍微简单些。烟气侧的扰动稍微复杂，总的来说，只要影响烟气温度和烟气流速的，都会影响到蒸汽温度。
从烟气侧来说，影响烟气温度和流速变化的因素主要有以下几点：
a、燃料量和送风量的变化。b、煤种成分的改变。c、受热面结渣。d、火焰中心的位移。
所有这些都可以归纳为传热量扰动。克服传热量扰动是我们所有热控人员最为困难的任务。因为锅炉内部可以监测的手段较少，监测到的数据代表性也受影响。
4、 减温水量扰动
在所有对汽温的扰动因素里面，减温水的扰动最直接最容易被人认识。为了控制汽温，人们认为最方便的方式也就是减温水流量控制汽温了。但是减温水调节有个缺点：对于一次汽温来说，混合式减温水调节没有大的问题；对于二次汽温来说，混合式减温水调节影响机组的热效率。因为二次汽温如果加入了减温水，这些被给水泵做功了的减温水，没有在高压缸做功，一部分能量被浪费了。因而再热减温水会影响经济性。许多电厂为了克服再热减温水对经济相的影响，就专门设计了另外的控制温度的方式，比如改变喷然器的喷角。这种方式虽然不影响经济性，可是惯性大，调节起来也不大容易掌握。所以习惯上，人们都乐于使用减温水调节温度。这种方法直观方便。
一般来说，减温水的扰动迟延在30~60秒之间。系统越大，烟道越长，迟延越大。
一般来说，对于减温水调节，最初好的计算和设计是最重要的。我经常见到许多电厂的减温水调节，要么调节门始终工作在很低的区域，有的甚至始终工作在20%以下；要么工作在开度稍高的区域，有的甚至开满了还不能满足要求。这都是初步设计的问题。调节裕度太小。造成系统波动较大，难以抑制。
我们之所以要分析这么详细，就是要分清各个扰动因素或者调节作用对温度的影响状况，对症下药。
比如说吧，有人经过观察，看到机组负荷、喷水后温度、摆动火嘴的角度都对汽温有很大影响，于是把机组负荷、喷水后温度、摆动火嘴的角度等等全部加入副调的测量，然后努力调节副调的比例微分参数。这个思路基本上是正确的，尤其难能可贵的是：他知道了问题的关键在于副调的扰动，副调的关键在于比例微分作用。
可是他忽略了一个重要因素：每种扰动作用到副调上的情况是不一样的。喷水减温影响速度快，迟延小；机组负荷迟延大、惯性大，影响幅度达；摆动火嘴迟延小惯性大，影响幅度大。
你把这么多因素单纯叠加，然后调节比例微分作用，照顾了这个丢掉了那个。往往是在稳定负荷下照顾了喷水影响，在负荷变动的时候又不能照顾负荷，顾此失彼，难以周全。
那么我们该怎么办呢？
首先我们要区分其影响的时间因素。延时大的，我们要加上延时功能；惯性大的要适当增加微分；
然后我们要考虑影响幅度的不同。对每个信号增加系数，使得叠加到副调后的影响效果大致相同。
这些工作做完之后，才能整定PID参数。
第二章说过：要善于把复杂问题简单化，要善于把复杂因素孤立化。然后要善于把孤立问题放在整个系统中全面考虑。面对问题，要能拆能分，能综合考虑问题，也能孤立单独考虑问题，最终才能把一个复杂的系统整定好。
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ziyue 发表于 谢谢各位楼主的无私奉献，学习了！
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