水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念和微機(jī)調(diào)速器講座

1、水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念 和 數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器,,2,水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念 和數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器,一. 水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器三. 微機(jī)調(diào)節(jié)器四. 機(jī)械液壓系統(tǒng)五. 微機(jī)調(diào)速器故障分析及對(duì)策 六. 我國數(shù)字式（微機(jī)）調(diào)速器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢七. 思考題,,3,一. 水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念,1. 水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)2. 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)3. 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性,4,1.

2、水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù),維持機(jī)組轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速附近，滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻要求；完成調(diào)度下達(dá)的功率指令，調(diào)節(jié)水輪機(jī)組有功功率，滿足電網(wǎng)二次調(diào)頻(AGC)要求；完成機(jī)組開機(jī)、停機(jī)、緊急停機(jī)等控制任務(wù)；執(zhí)行計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)節(jié)及控制指令。,5,2.水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)： 圖1-1 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖,6,系統(tǒng)特點(diǎn)：操作力大——需要經(jīng)液壓放大操作接力器水流慣

3、性：機(jī)械慣性：系統(tǒng)復(fù)雜、非線性特性手動(dòng)水輪機(jī)調(diào)節(jié)比例操作—輸出與輸入成比例，及時(shí)反映偏差，與時(shí)間無關(guān)；超前操作—輸出與輸入的變化速度成比例，反映偏差的變化率，與時(shí)間有關(guān)；積分操作—輸出等于輸入的累加，與時(shí)間有關(guān)；只有輸入為零，輸出才保持常數(shù)；,7,3.水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）調(diào)速器,,? 機(jī)械液壓/電氣液壓/數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器 緩沖式PID結(jié)構(gòu)圖1-2 電氣液壓調(diào)速器(PID)結(jié)構(gòu)圖,

4、8,PID結(jié)構(gòu) ： 圖1-3 微機(jī)調(diào)速器結(jié)構(gòu)圖,9,◆ 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T9652.1 1997 GB/T9652.2 1997靜態(tài)特性靜態(tài)特性： 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性,10,永

5、態(tài)差值系數(shù)： 靜速死區(qū)： 圖1-6 轉(zhuǎn)速死區(qū)ix,◆ 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性,11,隨動(dòng)系統(tǒng)不準(zhǔn)確度 ： 圖1-7 隨動(dòng)系統(tǒng)不準(zhǔn)確度ia,◆ 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性,12,◆ 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性 GB/T 9

6、652.1—1997主要靜態(tài)特性指標(biāo),13,動(dòng)態(tài)特性調(diào)速器PID特性： 階躍輸入響應(yīng)特性： 圖1-8 PID調(diào)節(jié)器的階躍輸入響應(yīng)特性,◆ 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性,14,◆ 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性,速動(dòng)時(shí)間常數(shù)Tx=bt×Td速動(dòng)時(shí)間常數(shù)Tx的物理含義是：在bp=0的條件下，若取頻率變化相

7、對(duì)值為?x=1.0，則接力器走全行程的時(shí)間就是速動(dòng)時(shí)間常數(shù)Tx，它在數(shù)值上等于積分增益KI的倒數(shù)，也等于暫態(tài)差值系數(shù)bt與緩沖裝置時(shí)間常數(shù)Td的乘積。,,,15,◆ 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性,接力器響應(yīng)時(shí)間常數(shù)Ty 圖1-9 接力器響應(yīng)時(shí)間常數(shù)Ty,16,調(diào)速器前向通道放大倍數(shù)的整定

8、 圖1-10 隨動(dòng)系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入的響應(yīng)特性,◆ 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性,17,◆ 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性,曲線1的相對(duì)阻尼系數(shù)，無超調(diào)，但過程緩慢；曲線3的相對(duì)阻尼系數(shù)，初始段反應(yīng)快，但有過大的超調(diào)；曲線2的相對(duì)阻尼系數(shù)，有較理想的響應(yīng)特性，其超調(diào)量約為3%。所以，應(yīng)選擇、調(diào)整開環(huán)放大系數(shù)Kop（也就調(diào)整了Ty），使隨動(dòng)系統(tǒng)對(duì)階躍輸

9、入的響應(yīng)特性具有3%～5%的超調(diào)量。IEC 61362標(biāo)準(zhǔn)推薦：導(dǎo)葉接力器Ty=0.1～0.25s；槳葉接力器Ty=0.2～0.8s；沖擊式折向器Ty=0.1～0.15s。在我國一般推薦：導(dǎo)葉接力器Ty=0.1～0.2s；槳葉接力器的Ty取為導(dǎo)葉接力器Ty的2～3倍。,18,◆ 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性,調(diào)速器應(yīng)保證機(jī)組在各種工況和運(yùn)行方式下的穩(wěn)定性指標(biāo) ① 手動(dòng)空載工況（發(fā)電機(jī)勵(lì)磁在自動(dòng)方式下工作）運(yùn)行時(shí)，水輪發(fā)電機(jī)組

10、轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值對(duì)大型調(diào)速器來說不得超過?0.2%；對(duì)中、小型和特小型調(diào)速器來說均不得超過?0.3%。當(dāng)調(diào)速器控制水輪發(fā)電機(jī)組在空載工況自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，在選擇調(diào)速器運(yùn)行參數(shù)時(shí)，待穩(wěn)定后所記錄3min內(nèi)的轉(zhuǎn)速擺動(dòng)值應(yīng)滿足下列要求： ? 對(duì)于大型電氣液壓調(diào)速器，不超過?0.15%； ? 對(duì)于大型機(jī)械液壓調(diào)速器和中、小型調(diào)速器，不超過?0.25%； ? 對(duì)于特小型調(diào)速器，不超過?0.3%。 ② 如果機(jī)組手動(dòng)空載時(shí)的轉(zhuǎn)

11、速擺動(dòng)相對(duì)值大于規(guī)定值（見上），那么其自動(dòng)空載轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值不得大于相應(yīng)手動(dòng)空載轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值。,19,◆ 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性,機(jī)組甩負(fù)荷后應(yīng)保證的動(dòng)態(tài)品質(zhì) ① 甩100%額定負(fù)荷后： ? 在轉(zhuǎn)速變化過程中，超過3%額定轉(zhuǎn)速以上的波峰不超過兩個(gè)； ? GB/T 9652.1—1997規(guī)定：從接力器第一次向開啟方向移動(dòng)到機(jī)組轉(zhuǎn)速擺動(dòng)值不超過?0.5%為止所經(jīng)歷的時(shí)間應(yīng)不大于40s。IEC 61362《水

12、輪機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范導(dǎo)則》規(guī)定：在甩負(fù)荷中，若記從甩負(fù)荷開始至出現(xiàn)最大轉(zhuǎn)速上升值為止的時(shí)間為tM，記從甩負(fù)荷開始到機(jī)組轉(zhuǎn)速擺動(dòng)值不超過?1.0%為止的時(shí)間為tE，則tE/tM的推薦值為2.5～4.0（8.0）（對(duì)于沖擊式機(jī)組）和15（對(duì)于高水頭混流式機(jī)組）。 ② 轉(zhuǎn)速或指令信號(hào)按規(guī)定形式變化，接力器不動(dòng)時(shí)間： ? 對(duì)于電氣液壓調(diào)速器，不大于0.2s； ? 對(duì)于機(jī)械液壓調(diào)速器，不大于0.3s。,20,◆ 水輪機(jī)調(diào)節(jié)

13、系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性接力器不動(dòng)時(shí)間試驗(yàn)(公伯峽電站300MW機(jī)組現(xiàn)場試驗(yàn)曲線),21,◆水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性開機(jī)過程錄波(公伯峽電站300MW機(jī)組現(xiàn)場試驗(yàn)曲線),22,◆水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性空載擺動(dòng)試驗(yàn)(公伯峽電站300MW機(jī)組現(xiàn)場試驗(yàn)曲線),23,◆水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性甩100%負(fù)荷試驗(yàn)(公伯峽電站300MW機(jī)組現(xiàn)場試驗(yàn)曲線),24,◆ 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性 GB/T 9652.

14、1—1997對(duì)調(diào)速器主要?jiǎng)討B(tài)參數(shù)要求,25,◆ 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)Ta和Tw的規(guī)定： ? 水輪機(jī)引水系統(tǒng)水流慣性時(shí)間常數(shù)Tw： 對(duì)于PID型調(diào)速器，不大于4s； 對(duì)于PI型調(diào)速器，不大于2.5s； ? 機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)Ta： 對(duì)于反擊式機(jī)組，不小于4s； 對(duì)于沖擊式機(jī)組，不小于2s。 ? 比值Tw/Ta不大于0.4。,26,二. 水輪

15、機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器,1.水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的結(jié)構(gòu)2.靜態(tài)特性3.動(dòng)態(tài)特性4.控制功能,27,二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器 雙比例伺服閥系統(tǒng)原理框圖,28,二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器 交流伺服電機(jī)自復(fù)中系統(tǒng)原理框圖,29,二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器 步進(jìn)電機(jī)伺服缸系統(tǒng)原理框圖,30,二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器

16、 比例伺服閥＋自復(fù)中系統(tǒng)原理框圖,31,二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器 1. 水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的結(jié)構(gòu),微機(jī)調(diào)節(jié)器、電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置、機(jī)械液壓系統(tǒng) 圖2-1 PLC水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的總體框圖,32,33,二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器 ◆ 典型結(jié)構(gòu),步進(jìn)電機(jī)（速度環(huán)）電液轉(zhuǎn)換器/機(jī)械液壓隨動(dòng)系統(tǒng)型

17、 步進(jìn)電機(jī)電液轉(zhuǎn)換器/機(jī)械液壓隨動(dòng)系統(tǒng)型調(diào)速器框圖,34,步進(jìn)電機(jī)電液轉(zhuǎn)換器/機(jī)械液壓隨動(dòng)系統(tǒng)型調(diào)速器方塊圖,二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器,35,交流伺服電機(jī)電液轉(zhuǎn)換器/電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)型： 交流伺服電機(jī)電液轉(zhuǎn)換器/電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)型調(diào)速器框圖,,,二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器,36,交流伺服電機(jī)電液轉(zhuǎn)換器/電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)型調(diào)速器方塊圖,二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速

18、器,37,,二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器,微機(jī)調(diào)速器自動(dòng)調(diào)節(jié)部分框圖,38,二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器,人工頻率死區(qū)環(huán)節(jié)的特性，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：,,,39,二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器,人工頻率死區(qū)取值Ef的一般取值范圍相當(dāng)于頻率值為0～0.5Hz在頻率轉(zhuǎn)換系數(shù)Kf=25000時(shí)所對(duì)應(yīng)的范圍，即 Ef=0～250 Ef可由程序按調(diào)速器的運(yùn)行工況和調(diào)節(jié)模式自動(dòng)地被設(shè)定：機(jī)

19、組在“空載”工況運(yùn)行時(shí)，設(shè)定Ef=0；機(jī)組在并入電網(wǎng)方式下運(yùn)行，且調(diào)速器在“頻率調(diào)節(jié)”模式下時(shí)，設(shè)定Ef=0；調(diào)速器在“開度調(diào)節(jié)”和“功率調(diào)節(jié)”模式下時(shí)，設(shè)定Ef=0.033Hz。,40,永態(tài)差值環(huán)節(jié)和人工死區(qū)：三種調(diào)節(jié)模式：人工開度/功率死區(qū)環(huán)節(jié)特性 調(diào)節(jié)模式間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器,41,1. 水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的基本調(diào)節(jié)模式,二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器

20、,42,二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器,1. 水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的基本調(diào)節(jié)模式頻率調(diào)節(jié)模式：機(jī)組空載或在孤立電網(wǎng)中運(yùn)行；功率調(diào)節(jié)摸式：機(jī)組并入大電網(wǎng)運(yùn)行；開度調(diào)節(jié)模式：機(jī)組并入大電網(wǎng)運(yùn)行，功率傳感器故障或未裝功 率傳感器；機(jī)組空載：頻率調(diào)節(jié)模式；機(jī)組并入大電網(wǎng)：功率調(diào)節(jié)摸式或開度調(diào)節(jié)模式；機(jī)組在小電網(wǎng)（帶孤立負(fù)荷）：頻率調(diào)節(jié)模式；,43,2.靜態(tài)特性 頻率給定； 電網(wǎng)頻率； 機(jī)組頻率； 開

21、度給定；,穩(wěn)態(tài)狀態(tài)-積分輸入為零，其表達(dá)式為(接力器開度): 微機(jī)調(diào)節(jié)器的靜態(tài)特性,44,2.靜態(tài)特性,永態(tài)差值系數(shù)bp/ep bp是指導(dǎo)葉接力器行程永態(tài)差值系數(shù)，用于“頻率調(diào)節(jié)”和“開度調(diào)節(jié)”模式；ep是指機(jī)組功率的永態(tài)差值系數(shù)；部分調(diào)速器往往只引入bp的概念，即在“功率調(diào)節(jié)”模式下，也采用永態(tài)差值系數(shù)bp。,45,2.靜態(tài)特性,穩(wěn)態(tài)狀態(tài)-積分輸入為零，其表達(dá)式為（機(jī)組功率）: —

22、功率永態(tài)差值系數(shù) —機(jī)組功率給定 —機(jī)組功率,46,2.靜態(tài)特性,靜態(tài)特性主要參數(shù)和變量頻率給定fc功率給定Pc開度給定yc頻率fg接力器開度y機(jī)組功率Pg永態(tài)差值系數(shù)bp功率差值系數(shù)ep,47,2.靜態(tài)特性,接力器開度給定 是機(jī)組頻率 等于頻率給定 時(shí)的接力器開度 ；當(dāng)機(jī)組頻率基本不變時(shí)（機(jī)組并入大電網(wǎng)），應(yīng)該調(diào)節(jié)開度給定來調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷；

23、頻率給定 是接力器開度 等于接力器開度給定 時(shí)的 機(jī)組頻率 ；當(dāng)機(jī)組在孤立電網(wǎng)工況工作，bp應(yīng)取為（0.5％～1.0％），機(jī)組功率由負(fù)荷決定，此時(shí)調(diào)節(jié)開度給定沒有明顯作用。,,48,2.靜態(tài)特性,,,空載工況下調(diào)整頻率給定fc和開度給定yc的定性分析 導(dǎo)葉接力器行程變化所引起的機(jī)組頻率變化為： 式中： f單位是HZ，y單位是相對(duì)值（0～100％）；,,49,2.靜態(tài)特性

24、,空載或孤立電網(wǎng)工況下調(diào)整頻率給定fc和開度給定yc的定性分析,① 當(dāng)?fc=0時(shí)，調(diào)節(jié)開度給定yc，易得：,② 當(dāng) 時(shí)，調(diào)節(jié)頻率給定fc,，易得：,：,50,2.靜態(tài)特性,空載或孤立電網(wǎng)工況下調(diào)整頻率給定fc和開度給定yc的定性分析取一組具體參量的數(shù)值，用上面公式進(jìn)行計(jì)算： bp=0.02； Kyf=100（的物理概念是：導(dǎo)葉接力器行程變化0.01，機(jī)組頻率變化1Hz）； =0.5Hz；

25、 =0.5（即開度給定變化50%）1。機(jī)組自動(dòng)空載或孤立電網(wǎng)工況下，調(diào)整頻率給定fc的作用 計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng)頻率給定變化0.5Hz時(shí)，被控機(jī)組的頻率相應(yīng)變化了0.495Hz；但是，接力器行程僅僅變化了0.495%。,,,,,51,2.靜態(tài)特性,空載或孤立電網(wǎng)工況下調(diào)整頻率給定fc和開度給定yc的定性分析2。機(jī)組自動(dòng)空載或孤立電網(wǎng)工況下，調(diào)整開度給定Yc的作用計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng)變化開度給定yc達(dá)0.5(即50%)時(shí)，才能

26、達(dá)到與變化頻率給定0.5Hz的同樣效果。實(shí)際上，由于bp=0.02對(duì)應(yīng)于接力器全行程（y：0～1.0）的永態(tài)頻率差值為1.0Hz，因此，只有開度給定yc變化半全行程（?yc=0.5）時(shí)才能使被控機(jī)組頻率變化0.5Hz。然而，由于機(jī)組在空載工況下，其空載開度一般很小（15%～30%），yc向下的調(diào)整空間太小，故不能滿足用調(diào)整yc的方法改變被控機(jī)組頻率fg的要求。機(jī)組在自動(dòng)空載工況下，一般不采用調(diào)整開度給定yc的方法來改變機(jī)組頻率fg。,,

27、,52,對(duì)靜態(tài)特性的影響 調(diào)整頻率給定和開度給定后的微機(jī)調(diào)節(jié)器靜態(tài)特性,2.靜態(tài)特性,53,2.靜態(tài)特性,,,54,的關(guān)系：微機(jī)調(diào)節(jié)器的靜態(tài)特性（bp=0）,2.靜態(tài)特性,55,人工頻率死區(qū)： 和人工開度/功率死區(qū) (a) fg、Ef以赫茲表示的特性 (

28、b) ef以相對(duì)值表示的特性 Ef起作用時(shí)微機(jī)調(diào)節(jié)器的靜態(tài)特性,2. 靜態(tài)特性,56,Ey起作用時(shí)微機(jī)調(diào)節(jié)器的靜態(tài)特性,2. 靜態(tài)特性,57,2. 靜態(tài)特性,58,Ef?0、Ey?0微機(jī)調(diào)節(jié)器靜態(tài)特性,2. 靜態(tài)特性,59,協(xié)聯(lián)特性： 微機(jī)調(diào)節(jié)器采用的水輪機(jī)協(xié)聯(lián)曲線,二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器,60,,,插值節(jié)點(diǎn)表,61,3. 動(dòng)態(tài)特性(PID傳遞函數(shù)表達(dá)式),

29、,,,,62,3. 動(dòng)態(tài)特性(PID離散表達(dá)式),采樣周期? 若要將PID調(diào)節(jié)規(guī)律用軟件實(shí)現(xiàn)，則必須進(jìn)行離散計(jì)算。采樣周期? 是離散計(jì)算過程中極為重要的一個(gè)量。由PLC（可編程控制器）或其他工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為硬、軟件主體構(gòu)成的水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器，都是一種借助程序?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)和控制功能的數(shù)字電子裝置?？删幊炭刂破魇且匝不貟呙璧脑砘蚨〞r(shí)處理的原理工作的。可編程控制器完整地執(zhí)行一次可編程控制器系統(tǒng)、用戶程序所占用的時(shí)間，稱之為采樣周期?。準(zhǔn)確

30、地知道采樣周期?的數(shù)值，對(duì)于準(zhǔn)確地應(yīng)用離散PID算法來實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)規(guī)律是十分重要的。,63,3. 動(dòng)態(tài)特性(PID離散表達(dá)式),比例作用—輸出比例于輸入，輸出對(duì)輸入的響應(yīng)沒有時(shí)間差；離散化時(shí)與采樣周期 無關(guān)。杠桿輸出位移y(t)比例于（杠桿比k）其輸入位移x(t):運(yùn)算放大器輸出Uout(t)比例于（放大系數(shù)k）其輸入U(xiǎn)in(t):,64,3. 動(dòng)態(tài)特性(PID離散表達(dá)式),比例作用分量YP,,,,65,3. 動(dòng)態(tài)

31、特性(PID離散表達(dá)式),積分作用—輸入為零，輸出保持常數(shù)；輸入為常數(shù)，輸出等速變化；輸出取決于輸入和時(shí)間，離散化時(shí)與采樣周期 有關(guān)。積分的物理概念：在時(shí)刻t,被積曲線與橫軸之間的面積。汽車行駛路程s(t)是其速度v(t)的積分：接力器位移y(t)是主配壓閥活塞偏離中間平衡位置位移Δx(t)的積分：,66,3. 動(dòng)態(tài)特性(PID離散表達(dá)式),積分作用積分的物理概念：在時(shí)刻t,被積曲線與橫軸之間的面積。,67,3.

32、 動(dòng)態(tài)特性(PID離散表達(dá)式),積分分量— 是采樣周期； —在時(shí)刻t,曲線與橫軸之間的面積； —K個(gè)矩形面積之和（

33、 ）； —K-1個(gè)矩形面積之和( )；

34、 —K時(shí)刻一個(gè)矩形面積；,68,3. 動(dòng)態(tài)特性(PID離散表達(dá)式),微分作用—輸出比例于輸入的變化速度；輸入為常數(shù)，輸出為零，離散化時(shí)與采樣周期 有關(guān)。 ；SX(S)的原函數(shù)就是,69,3. 動(dòng)態(tài)特性(PID離散表達(dá)式),微分作用分量YD,,,式中 是采樣周期，經(jīng)整理

35、得到：,70,3. 動(dòng)態(tài)特性(PID離散表達(dá)式),,微分環(huán)節(jié)離散表達(dá)式在階躍 作用下的動(dòng)作過程（舉例）：,71,3. 動(dòng)態(tài)特性,PI響應(yīng)特性： PI調(diào)節(jié)器的階躍輸入響應(yīng)特性,二. 水輪機(jī)數(shù)字式（微機(jī)）電液調(diào)速器,72,PID響應(yīng)特性 開環(huán)增量環(huán)節(jié)的作用 PID調(diào)節(jié)器的階躍輸

36、入響應(yīng)特性 PID調(diào)節(jié)器的階躍輸入響應(yīng),3. 動(dòng)態(tài)特性,73,3. 動(dòng)態(tài)特性（速動(dòng)時(shí)間常數(shù)Tx ）,物理含義是：在bp=0的條件下，若取頻率變化相對(duì)值為?x=1.0，則接力器走全行程的時(shí)間就是速動(dòng)時(shí)間常數(shù)Tx，它在數(shù)值上等于積分增益KI的倒數(shù)，也等于暫態(tài)差值系數(shù)bt與緩沖裝置時(shí)間常數(shù)Td的乘積。 幾個(gè)?x取值下的接力器走全行程的時(shí)間：,,74,3. 動(dòng)態(tài)特性（速動(dòng)時(shí)間常數(shù)Tx ）,若記t0

37、.5和t0.1為接力器走50%和10%行程的時(shí)間，則有：,,75,3. 動(dòng)態(tài)特性（PID參數(shù)選擇 ）,1.5Tw/Ta≤bt≤3Tw/Ta 3Tw≤Td≤6Tw Tn=(0.4—0.6)Tw 式中：被控機(jī)組為混流式可取較小的bt、Td、Tn初始值，為軸流式時(shí)可取bt、Td、Tn范圍內(nèi)的中間值作為其初始值、為貫流式則要取較大的bt、Td、Tn初始值；對(duì)于同一機(jī)組，水頭高時(shí)要取較大的bt、Td

38、、Tn值。,76,3. 動(dòng)態(tài)特性（PID參數(shù)選擇 ）,0.33Ta/Tw≤KP≤0.67Ta/Tw0.167KP/Tw≤KI≤0.33KP/Tw0.4Tw KP≤KD≤0.6 Tw KP表明:應(yīng)先確定比例系數(shù)KP再據(jù)上式確定積分系數(shù)KI和微分系數(shù)KD。KP、KI和Tw呈近似反比的關(guān)系。 KD與Tw呈近似正比的關(guān)系。,77,3. 動(dòng)態(tài)特性（PID參數(shù)選擇 ）,例如，當(dāng)Ta＝10s，Tw＝1.5s時(shí)，計(jì)算可得： 0.225≤ bt ≤

39、0.45 ， 4.5s≤ Td ≤9.0s ，0.6s ≤ Tn ≤0.9s， 2.2≤KP ≤4.47 ， 0.11KP≤KI≤0.22KP， 0.6KP≤KD≤0.9KP ，,78,4.控制功能,工作狀態(tài)：微機(jī)調(diào)速器工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖運(yùn)行方式： 自動(dòng)/手動(dòng)故障診斷： 測頻 導(dǎo)葉反饋 功率/水頭變送器,79,三.微機(jī)調(diào)節(jié)器－機(jī)組頻率

40、測量,? 測量方式： 高速計(jì)數(shù)模塊配合中斷模塊測量（全可編程測頻） ? 頻率信號(hào)源：發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓互感器,交流(0.3～150V) ? 齒盤測頻的非接觸式接近開關(guān)（NPN型，DC24V供電） ? 測頻范圍： 殘壓測頻 (10～90Hz) ? 齒盤測頻： (2～90Hz) ? 測頻分辨率：±0.0015Hz,80,三.微機(jī)調(diào)節(jié)器－機(jī)組頻率測量,測量頻率一般采用測量周期法（簡稱測周法）或測量頻率法（

41、簡稱測頻法）。測頻法是指：通過測量單位時(shí)間內(nèi)被測信號(hào)的頻率數(shù)來測量頻率。顯然，對(duì)于額定頻率為50Hz的水輪發(fā)電機(jī)組的頻率來說，用這種方法是不合適的，它只適合于測量處于高頻段的頻率信號(hào)。,81,三.微機(jī)調(diào)節(jié)器－機(jī)組頻率測量,,,82,三.微機(jī)調(diào)節(jié)器－機(jī)組頻率測量,F必然正比于被測的頻率值。例如，取N=2×106Hz，則在被測頻率為50Hz時(shí)，其T=0.02s，NT=40000；若取式中的常數(shù)C=2×109，則求得測量結(jié)

42、果為F=50000。若被測頻率為48Hz，則求得F=48000。,83,三.微機(jī)調(diào)節(jié)器－雙機(jī)交叉冗余,84,三.微機(jī)調(diào)節(jié)器－雙機(jī)交叉冗余,全冗余雙PLC調(diào)節(jié)器：CPU、輸入模塊、輸出模塊、傳感器、測頻單元、電源均為冗余結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)“主機(jī)/熱備”功能。微機(jī)調(diào)節(jié)器采用兩個(gè)獨(dú)立的微機(jī)控制器A和B組成，通過現(xiàn)場總線MB+實(shí)現(xiàn)雙機(jī)狀態(tài)和數(shù)據(jù)一致；每一個(gè)微機(jī)調(diào)節(jié)器與機(jī)械液壓系統(tǒng)相配合，能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)全部控制功能和保證達(dá)到全部調(diào)節(jié)性能要求；當(dāng)微機(jī)調(diào)節(jié)

43、控制器A或B之一故障時(shí)，可發(fā)出故障信號(hào)并自動(dòng)、無擾動(dòng)地切換到正常機(jī)工作，故障機(jī)可在線更換模塊、檢修。,雙機(jī)冗余（單元級(jí)冗余）,85,三.微機(jī)調(diào)節(jié)器－雙機(jī)交叉冗余,交叉冗余（模塊級(jí)冗余）,86,三.微機(jī)調(diào)節(jié)器－雙機(jī)交叉冗余,在不増加硬件的條件下，用通信和軟件構(gòu)成交叉冗余控制結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力。 當(dāng)雙微機(jī)調(diào)節(jié)器均出現(xiàn)部分模塊故障時(shí)，這種交叉冗余控制結(jié)構(gòu)可以容忍兩個(gè)單機(jī)的不同名模塊故障情況（容錯(cuò)），交叉構(gòu)成正常的調(diào)節(jié)器，使調(diào)速器能正常

44、工作，實(shí)現(xiàn)真正的雙機(jī)冗余容錯(cuò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高調(diào)速器的可靠性。,交叉冗余（模塊級(jí)冗余）,87,三.微機(jī)調(diào)節(jié)器－雙機(jī)交叉冗余,記模塊變量為MY（X），Y表示A或B調(diào)節(jié)器，X表示6種模塊類型F、DI、DO、AI、AO、C。設(shè)定模塊＝1時(shí)為正常，模塊＝0時(shí)故障。例如FA＝1，表示微機(jī)調(diào)節(jié)器A的頻率測量模塊正常； FA＝0表示其故障。,88,三.微機(jī)調(diào)節(jié)器－應(yīng)用軟件,,,89,三.微機(jī)調(diào)節(jié)器－應(yīng)用軟件,PID調(diào)節(jié)參數(shù)的整數(shù)化,,,,90,三.微

45、機(jī)調(diào)節(jié)器－應(yīng)用軟件,,,,,,91,三.微機(jī)調(diào)節(jié)器－應(yīng)用軟件,例子：采樣周期?=0.02s(??=2s)，取T1v=0.14s（T?1v=14s），則式成為：,,,92,三.微機(jī)調(diào)節(jié)器－適應(yīng)式變參數(shù)調(diào)節(jié),國內(nèi)外水輪機(jī)數(shù)字式電液調(diào)速器均采用PID或以PID為基礎(chǔ)的調(diào)節(jié)規(guī)律。 近年來，國內(nèi)外都在進(jìn)行自適應(yīng)控制、模糊控制等調(diào)節(jié)規(guī)律在水輪機(jī)調(diào)節(jié)中應(yīng)用的仿真研究與應(yīng)用探索，取得了一些初步理論結(jié)果，但尚無采用這些調(diào)節(jié)規(guī)律的數(shù)字式電液調(diào)速器在水電站