Разработка системы управления. Математическое описание объекта управления. Статические свойства пароперегревателя

ГЛАВА 3

РАЗРАБОТКА

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

3.1.Математическое  описание объекта управления

Статические свойства пароперегревателя.

Зависимость температуры пара  t_пе в установившихся режимах от нагрузки парогенератора D называется статической характеристикой пароперегревателя. Статическую характеристику пароперегревателя строят по результатам теплового расчета, выполненного для ряда нагрузок пароперегревателя.

Статические характеристики пароперегревателя представлены на рис. 3.1, 3.2.

Динамические свойства пароперегревателя.

Динамической характеристикой пароперегревателя называется зависимость температуры пара от времени после нанесения возмущения. Различают три вида возмущений пароперегревателя:

1)  изменение расхода пара через пароперегреватель;

2)  изменение температуры пара на входе в пароперегреватель;

3)  изменение температуры или количества продуктов сгорания, омывающих пароперегреватель (изменение тепловосприятия).

Динамические свойства пароперегревателя определяются размерами его поверхностей нагрева, режимом работы и видом возмущения. Особенностью динамических характеристик является наличие запаздывания изменения температуры пара на выходе из пароперегревателя после нанесения возмущения на входе. Величина запаздывания и постоянная времени тем больше, чем толще стенки и длина змеевиков пароперегревателя. Динамическим характеристикам при возмущении изменение температуры пара на входе в пароперегреватель свойственна значительная инерционность. При возмущении изменением тепловосприятия или расхода пара динамические характеристики менее инерционны.

На рис. 3.3, 3.4, 3.5  приведены разгонные характеристики, снятые опытным путем на паровом котле ТГМ-84/Б при возмущении изменением расхода пара. Во время  опыта были зафиксированы значения температуры перегретого пара на входе в пароперегреватель и на выходе из него. Для записи кривых разгона котел переводят на ручное питание. Установив температуру перегретого пара в номинальное значение 510°С, наносят возмущение расходом пара. Во время опыта записывают температуру перегретого пара. По результатам опыта строятся графики. Разгонная характеристика рис. 3.3, получена путем регистрации выходного напряжения скоростной термопары после пароохладителя, значения которой занесены в табл. 3.1. Разгонная характеристика рис. 3.4   получена путем регистрации изменения выходного напряжения основной термопары после регулируемой ступени пароперегревателя, значения которой занесены в табл. 3.2. Разгонная характеристика рис. 3.5 получена путем регистрации значений расхода перегретого пара, на входе в пароперегреватель, которые занесены в табл. 3.3.

Как видно из графиков разгонные кривые представляют собой апериодическое звено второго порядка. Для уменьшения порядка произведем аппроксимацию разгонных кривых методом моментов переходной функции, по программе IDEN.

1.  АППРОКСИМАЦИЯ  РАЗГОННОЙ  КРИВОЙ 

МЕТОДОМ МОМЕНТОВ ПЕРЕХОДНОЙ ФУНКЦИИ 

ПАРАМЕТРЫ  ВХОДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ:

Значение входного воздействия до эксперимента  =     4.000

Значение входного воздействия после эксперимента =     1.000

ПАРАМЕТРЫ  ВЫХОДНОГО СИГНАЛА ОБЪЕКТА:

Среднее значение выходного сигнала до опыта  =   00.000

Установ. среднее значение выходного сигнала после опыта =   10.000

Шаг дискретности по времени    =     5.000

Число точек кривой разгона     = 15

КРИВАЯ  РАЗГОНА

Таблица 3.1

Рис. 3.6.  Нормированные переходные функции объекта,

оптимальной и выборочной модели

В Ы Б О Р О Ч Н А Я     МОДЕЛЬ

ПАРАМЕТРЫ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА:

Коэффициент передачи   K =   -3.333 ˚С/ т/ч

            Постоянная времени     T =   18.985  с

Запаздывание           τ  =    18.547  с

НОРМИРОВАННЫЕ  ПЕРЕХОДНЫЕ ФУНКЦИИ  ОБЪЕКТА  И МОДЕЛИ

             Время         Объект           Модель

           0.000           0.000           0.000

           5.000           0.000           0.000

          10.000           0.040           0.000

          15.000           0.105           0.000

          20.000           0.200           0.074

          25.000           0.280           0.288

          30.000           0.320           0.453

          35.000           0.450           0.580

          40.000           0.520           0.677

          45.000           0.640           0.752

          50.000           0.730           0.809

          55.000           0.820           0.853

          60.000           0.920           0.887

          65.000           0.970           0.913

          70.000           1.000           0.933

    ДИСПЕРСИЯ АДЕКВАТНОСТИ ДАННОЙ МОДЕЛИ   =   0.008311

**********************************************************************

2. АППРОКСИМАЦИЯ  РАЗГОННОЙ  КРИВОЙ

МЕТОДОМ МОМЕНТОВ ПЕРЕХОДНОЙ ФУНКЦИИ

ПАРАМЕТРЫ  ВХОДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ:

Значение входного воздействия до эксперимента  =     0.000

Значение выходного воздействия после эксперимента =     10.000

ПАРАМЕТРЫ  ВЫХОДНОГО СИГНАЛА ОБЪЕКТА:

Среднее значение выходного сигнала до опыта  =   00.000

Установ. среднее значение выходного сигнала после опыта =   15.000

Шаг дискретности времени    =     10.000

Число точек кривой разгона     = 22

КРИВАЯ  РАЗГОНА

Таблица 3.2

Рис. 3.7.  Нормированные переходные функции объекта,

оптимальной и выборочной модели

В Ы Б О Р О Ч Н А Я     МОДЕЛЬ

ПАРАМЕТРЫ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА:

Коэффициент передачи   K =   1.500

Постоянная времени     T =   52.108 с

Запаздывание         τ  =   64.960 с

НОРМИРОВАННЫЕ  ПЕРЕХОДНЫЕ ФУНКЦИИ  ОБЪЕКТА  И МОДЕЛИ

          Время        Объект       Модель

           0.000           0.000           0.000

          10.000           0.000           0.000

          20.000           0.000           0.000

          30.000           0.030           0.000

          40.000           0.067           0.000

          50.000           0.103           0.000

          60.000           0.160           0.000

          70.000           0.203           0.092

          80.000           0.287           0.251

          90.000           0.344           0.382

         100.000           0.400           0.490

         110.000           0.457           0.579

         120.000           0.516           0.652

         130.000           0.573           0.713

         140.000           0.633           0.763

         150.000           0.687           0.804

         160.000           0.760           0.839

         170.000           0.803           0.867

         180.000           0.873           0.890

         190.000           0.920           0.909

         200.000           0.980           0.925

         210.000           1.000           0.938

    ДИСПЕРСИЯ АДЕКВАТНОСТИ ДАННОЙ МОДЕЛИ   =   0.007895

**********************************************************************

3. АППРОКСИМАЦИЯ  РАЗГОННОЙ  КРИВОЙ

МЕТОДОМ МОМЕНТОВ ПЕРЕХОДНОЙ ФУНКЦИИ

ПАРАМЕТРЫ  ВХОДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ:

Значение входного воздействия до эксперимента  =     15.000

Значение выходного воздействия после эксперимента =     0.000

ПАРАМЕТРЫ  ВЫХОДНОГО СИГНАЛА ОБЪЕКТА:

Среднее значение выходного сигнала до опыта  =   00.000

Установ. среднее значение выходного сигнала после опыта =   30.000

Шаг дискретности времени    =     45.000

Число точек кривой разгона     = 14

КРИВАЯ  РАЗГОНА

Таблица 3.3

Рис. 3.8.  Нормированные переходные функции объекта,

оптимальной и выборочной модели

В Ы Б О Р О Ч Н А Я     МОДЕЛЬ

Передаточная функция аппроксимирующей модели

ПАРАМЕТРЫ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА:

Коэффициент передачи   K =   -0.5 ˚С/ т/ч

Постоянная времени     T =   157.722 с

Запаздывание         τ  =   153.991 с

НОРМИРОВАННЫЕ  ПЕРЕХОДНЫЕ ФУНКЦИИ  ОБЪЕКТА  И МОДЕЛИ

           Время        Объект       Модель

           0.000          -0.000           0.000

          45.000          -0.000           0.000

          90.000           0.007           0.000

         135.000           0.100           0.000

         180.000           0.200           0.152

         225.000           0.301           0.363

         270.000           0.401           0.521

         315.000           0.513           0.640

         360.000           0.617           0.729

         405.000           0.731           0.796

         450.000           0.817           0.847

         495.000           0.917           0.885

         540.000           0.972           0.913

         585.000           1.000           0.935

    ДИСПЕРСИЯ АДЕКВАТНОСТИ ДАННОЙ МОДЕЛИ   =   0.005599

**********************************************************************

На пароперегреватель как на объект регулирования оказывают влияние при работе котлоагрегата различные возмущающие и управляющие воздействия рис. 3.9. Возмущающими воздействиями являются  изменение температуры входящего пара, изменение интенсивности обогрева пароперегревателя и изменение расхода пара через него.

Рис. 3.9. Структурная схема объекта управления

Возмущающие воздействия:

Т_пв – температура питательной воды

F_п^вх.пп – расход пара на входе в пароперегреватель

Т_охл.в – температура охлаждающей воды

Т_дг^вх.пп – температура дымовых газов на входе пароперегревателя

F_дг^вх.пп – расход дымовых газов на входе пароперегревателя

Управляющее воздействие:

F_охл.в – расход охлаждающей воды

3.2. Анализ возмущающих и управляющих воздействий

Влияние возмущающих и управляющих воздействия, на пароперегреватель как на объект регулирования, представлено на рис. 3.9.

Влияние нагрузки F_п^вх.пп на конечную температуру пара определяется тем, какую часть тепла пар получает путем радиации и какую – с помощью конвекции.

Суммарное количество воспринимаемого тепла определяется температурой факела, которая сравнительно мало зависит от паропроизводительности котла. При малой нагрузке получаемое тепло распределяется в меньшем количестве пара. Вследствие этого при малой нагрузке каждый килограмм пара получает