Simulink锅炉汽包水位串级控制系统仿真研究(5)
蒸汽负荷扰动下，水位被控对象可视为积分环节与惯性环节的并联，即传递函数为
式（2.2）中： 为曲线 的时间常数； 为曲线 的放大系数； 为曲线 的响应速度。
图2.3 蒸汽流量扰动下的水位阶跃响应曲线
2.2.3 炉膛热负荷扰动下水位变化的动态特性
此处的炉膛热负荷扰动是指燃料量 的扰动。燃料量 增加时，锅炉吸收更多的热量，使水循环系统蒸发强度增大，如果不调节蒸汽阀门，由于锅炉出口汽压提高，蒸汽流量也增大，这时蒸发量大于给水量，水位应下降。但由于在热负荷增加时蒸发强度的提高，使汽水混合物中的汽泡容积增加，而且这种现象必然先于蒸发量增加之前发生，从而使汽包水位先上升，从而引起“虚假水位”现象。当蒸发量与燃烧量相适应时，水位便会迅速下降，这种“虚假水位”现象比蒸汽量扰动时要小一些，但持续时间较长。燃料量扰动下水位阶跃响应曲线如图2.4所示。
图2.4 燃料量扰动下水位阶跃响应曲线
在燃料量阶跃扰动下，水位变化的动态特性可用如下传递函数表示：
（2.3）
式（2.3）与式（2.2）相似，但增加了一个纯延迟环节。
水位自动控制系统中，影响水位变化的因素主要是蒸汽负荷、燃料量和给水量。其中蒸汽负荷和燃料量是有锅炉负荷决定，属于对象的干扰作用，称为外部扰动（外扰）；而给水量是文持水位的调节变量，属于对象的调节作用，称为内部扰动（内扰）。
2.3 汽包锅炉给水控制方案
2.3.1 单冲量给水自动控制系统
单冲量水位控制系统[19-20]是以汽包水位测量信号为唯一的控制信号，即水位测量信号经变送器送到水位调节器，调节器根据汽包水位测量值与给定值的偏差去控制给水调节阀，从而改变给水量，以保持汽包水位在允许的范围内。单冲量给水控制系统，是汽包水位自动控制系统中最简单、最基本的一种形式。控制系统由汽包、水位变送器、调节器和给水调节阀组成。单冲量给水控制系统的结构图和原理方框图分别如图2.5和图2.6所示。
图2.5单冲量给水控制系统的结构图
图2.6 单冲量给水控制系统原理方框图
2.3.1.1 单回路控制系统各组成部分的选择
a) 被控量的选择
表征生产过程是否负荷工艺要求的物理量或化学量，在热工生产过程中主要是温度、压力、流量、化学成分等，称为被控量，即控制系统要求文持为给定值的工艺参数。例如，火力发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统的任务就是文持锅炉过热器出口蒸汽温度，所以汽温控制系统的被调量就是过热器出口汽温。这种一般可以进行直接测量的工艺参数选取比较简单明确。但是被控量一般还有两种类型。一种情况是某些工艺参数暂时还没有直接的快速测量手段，这时只能采用间接的反映工艺参数的物理量或化学量作为被控量。如火电厂进入磨煤机的原煤干燥程度的测量比较困难，目前是采用磨煤机出口介质温度来表征原煤干燥程度，即作为被控对象。选用间接参数作为被控对象时一般要求被调量与实际所需文持的工艺参数之间为单值函数关系，或者有一定的函数关系，否则要采用相应的补偿措施。另一种是可以进行直接测量但信号滞后较大的工艺参数，选用它还不如间接的参数。
在选取被控量时，要求被控量要有足够的灵敏度，尽可能减少滞后。合理的选择被控量是控制系统设计的第一步，如果选择不当，使用再先进的设备也不能得到满意的控制结果。
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