第二章 基础理论知识
料保持一定的比例关系，比例一旦失调，将影响生产或造成事故。实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。
a、主物料，也称主动量：处于主导地位的物料，在要保持一定比例关系的物料中，起着主导作用。一般是较贵重、稀有、用量少的定为主物料。
b.从物料，也称从动量：按主物料进行配比，随主物料的变化而成比例地变化的物料。一般把易控、便宜、用量较多的定为从物料。
比值控制系统可分为：开环比值控制系统，单闭环比值控制系统，双闭环比值控制系统，变比值控制系统，串级和比值控制组合的系统等。其中，单闭环比值控制系统使两种物料的比值较为精确，实施较方便，所以得到了广泛的应用。以下以单闭环比值控制系统为例，介绍比值控制系统。 Q2 比值器 － 检测变送2 控制器 执行器 流量对象 Q1 检测变送1 图2.4单闭环比值控制系统方框图
单闭环比值控制系统的四种工作情况[10]：
a、当在系统处于稳定工作状态时，主、副物料流量的比值恒定。b、当主物料流量不变，副物料流量受到扰动变化时，可通过副流量的闭合回路调整副物料流量使之恢复到原设定值，保证比值一定。c、当主物料流量受到扰动，而副物料不变时，则按预先设置好的比值使比值器输出成比例变化，根据给定值的变化，发出控制命令，以改变调节阀的开度，使副流量跟随主流量变化，从而保证原设定的比值不变。d、当主、副物料流量同时受到扰动变化时，调节器在调整副物料流量使之维持原设定值的同时，系统又根据主流量产生新的给定值，改变调节阀的开度，使主、副物料流量在新的流量数值的基础上，保持原设定值的比值关系不变。
2.2.4 PID控制简介
当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测
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第二章 基础理论知识
量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。
在工程实际中，应用最广的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制。
(1) PID控制原理
PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其控制规律为[11]
+u?t?＝KP[e（t）1TI?e(t)dt+TDde(t)] dt式中：KP----为比例系数； TI-----为积分时间常数； TD-----为微分时间常数
a、比例（P）控制
比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。不过对于那些允许余差存在，控制要求不高的场合，这时可以采用纯比例控制。
b、积分（I）控制
在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。在比例控制中存在误差，为了消除误差，控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，可消除余差。但积分作用也有缺点，即积分饱和，因此使用积分时要考虑。
c、微分（D）控制
在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失
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第二章 基础理论知识
稳。其原因是由于存在有较大惯性环节或有滞后环节，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，所以对有较大惯性或滞后的被控对象，要加“微分项”，这样能改善系统在调节过程中的动态特性。 (2) PID控制的参数整定
PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。两种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：a、首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；b、仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；c、在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数[12]。
PID参数的预置是相辅相成的,运行现场应根据实际情况进行具体分析，使其参数间互相协调，经过反复的调试、修改，从而找到最适合控制系统的数值。
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第三章 锅炉综合控制系统设计
第三章 锅炉综合控制系统设计
3.1 背景介绍
3.1.1 工艺及装置介绍
图3.1工艺设备图
一般的锅炉结构主要由以下几部分组成[13]：
(1) 汽锅:由上下锅筒和沸水管组成。水在管内受管外烟气加热，因而在管簇内发生自然循环流动，并逐渐汽化，产生的饱和蒸汽聚集在锅筒里面。为了得到干度比较大的饱和蒸汽，在上锅筒中还装有汽水分离设备，下锅筒作为连接沸水管之用，同时储存水和水垢。
(2) 炉膛:是使燃料充分燃烧并放出热能的设备。燃料由传送设备直接送入炉内燃烧。所需的空气由鼓风机送入，燃烧后产生的高温烟气依次经过各个受热面，将热量传递给水以后，由烟囱排到大气中。
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第三章 锅炉综合控制系统设计
(3) 引风设备:包括引风机、烟囱、烟道几部分，将锅炉中的烟气连续排出。
(4) 送风设备:由送风机和风道组成，供应燃料燃烧所需要的空气。 (5) 给水设备:由给水泵和给水管组成。给水泵用来克服给水管路的流动阻力和锅炉的压力，把水送入锅筒。
(6) 水处理设备:用来清除水中杂质和降低给水硬度，防止锅炉受热面上结水垢或腐蚀锅炉，从而提高锅炉的经济性和安全性。
(7) 燃料供给设备:燃气阀、燃烧机等设备组成，保证锅炉所需燃料的供应。
图3.2锅炉工作流程示意图
由上面的锅炉工作流程示意图可以看出，燃料和热空气按一定比例送入燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽。
3.1.2 锅炉控制任务
燃煤蒸汽锅炉的生产任务是根据负荷设备的要求，生产具有一定参数（压力及温度）的蒸汽，为了满足负荷设备的要求，保证锅炉本身运行的安全性和经济性，工业锅炉控制主要有下列自动调节任务[15]：
(1) 保持汽包水位在设定范围，汽包水位是锅炉正常运行的主要标，关系着汽
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