Simulink锅炉汽包水位串级控制系统仿真研究(7)
2.3.2 单级三冲量给水自动控制系统
在单级三冲量控制系统中，水位H、蒸汽流量D和给水量W三个信号送到调节器。在静态时，调节器入口三个信号 、 、 应与给定值 平衡，即
当给水流量与蒸汽流量信号相等时( )，此时 ，即无论何种负荷下汽包水位H稳定在给定值 。
当锅炉负荷增大，蒸汽流量增加 ，此时 。这时阀门开大，增大给水流量的值。而与此同时会随之出现“虚假水位”，使水位输出信号随之增大，2个反馈回路的作用能有效抵消这一变化。这样就减小甚至消除了“虚假水位”对系统的影响。
当锅炉负荷减少，蒸汽流量减少 ，此时 。这时阀门开小，减少给水流量的值，以达到新的平衡。
图2.7 单级三冲量给水自动控制系统方框图
单级三冲量给水自动控制系统如图2.7所示，这个系统是由两个闭合回路及前馈部分组成：由给水量W、给水流量变送器 、给水量信号分压系数 、调节器 、执行器、调节阀组成的内回路；由水位被控对象 、水位变送器 及副回路组成的主回路；由蒸汽流量信号D、蒸汽流量变送器 和蒸汽流量信号分压系数 组成的前馈控制部分。
2.3.2.1 内回路的分析与整定
对于内回路可按一般单级回路系统进行分析，可以把调节器PI之外的环节看作广义被控对象，以 为输入、W为输出的闭环传递函数为：
系统特征方程为
由式(2.6)可见，无论调节器的 、 取值大小，系统特征方程均有一个负实根，内回路的瞬态响应总是不振荡的，因此调节器的 、 均很少，其具体值可通过试验方法来确定，一般 ， 。整定时，可随意选取一个 值，通过试验来改变 和 的值，一般先选取一个 ，再调整 值直到满意为止，所谓满意就是把内回路整定为一个能迅速消除自发性扰动的快速随动系统。需要指出的是，整定得到的结果是 和 的比值，整定时 只是一个任意选取的值，在整定外回路时 是一个唯一的整定参数，一旦 有确定的数值， 也要随之而改变，以保证 比值不变。
2.3.2.2 外回路的分析与整定
内回路经过正确整定后，由于其 、 均很小，可看作是快速随动系统(给水流量随动于 信号)，所以式(2.5)近似为
图2.8 三冲量给水控制系统内回路方框图
图2.9 三冲量给水控制系统外回路近似方框图
从图2.9可以看出，主回路可看作一个单回路系统，所以可以采用整定单回路调节系统的方法来整定外回路。内回路在外回路中相当于处在调节器的位置，因此，外回路调节器传递函数为
外回路的调节器实际上是一个比例调节器，它的等效比例带为（2.9）
其中被控对象是以给水量为输入信号，以变送器输出变送电压为输出信号，即广义被控对象为 （2.10）
为了确定 ，可用试验方法求取广义被控对象的阶跃响应曲线，由曲线求得 和 。然后按相应的公式求取等效比例带，即
根据外回路整定得到的 值，必须重新根据 确定调节器中的比例带 的值。因为 值会同时影响到内、外回路的稳定性，而且影响内外回路的趋势是完全相反的，所以应该保证 的值与整定内回路时相同。
2.3.2.3 前馈补偿回路分析
蒸汽流量信号不在系统闭合回路之内，它的大小不会影响系统的稳定性。其参数 可按前馈原理整定，即设蒸汽流量扰动时水位不发生变化。
（2.13）
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