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前言

　　作者長期從事控制理論與實踐工程相結(jié)合的工作。自1985年以來，作者一直工作在電站控制工程領(lǐng)域，因此本書為作者多年來的工作總結(jié)。本書內(nèi)容包括：大型發(fā)電機組協(xié)調(diào)、調(diào)節(jié)控制的方法；采用“相位、工作周期”方法，分析、研究機組的控制策略；從控制系統(tǒng)可控性的觀點，研究受控過程對控制裝置的技術(shù)要求；提出了控制器控制周期的概念、閉環(huán)系統(tǒng)工作周期的概念；研究了數(shù)字控制裝置的快速性、確定性問題，以及對于系統(tǒng)可控性的影響；研究了控制裝置實現(xiàn)快速性、確定性的技術(shù)實現(xiàn)路徑，分析了I／O系統(tǒng)、信號診斷系統(tǒng)的技術(shù)要素，討論了實現(xiàn)的技術(shù)要點。　　工業(yè)過程控制中廣泛采用串級PI調(diào)節(jié)策略，是人類長期工程實踐經(jīng)驗的結(jié)晶。工程中，如何簡潔、方便地分析、設(shè)計、調(diào)試串級調(diào)節(jié)回路，依然是一個關(guān)鍵問題。本書采用了“相位、閉環(huán)工作周期”的解析原理，分析、設(shè)計了超臨界機組的典型調(diào)節(jié)策略，并借助這種典型設(shè)計，介紹了串級調(diào)節(jié)回路的分離設(shè)計方法?！　‖F(xiàn)代控制理論提供了時域、頻域的理論方法。當采用控制理論處理工程問題時，往往遇到“數(shù)學模型”問題，特別是面向自動化工程的技術(shù)人員，工程項目經(jīng)常變換、對象繁多、工期短、模型不精確是我們經(jīng)常遇到的難題?！　τ诔Ｓ玫拇塒I調(diào)節(jié)策略，本書采用了“相位、工作周期”的解析方法，并獲得了比較好的效果。解析方法的特點是：物理概念清晰、需要的數(shù)學知識相對較少；對受控對象的模型精度要求比較低；分析結(jié)果可以滿足工程的需要。雖然本書以機組自動調(diào)節(jié)為主題，但采用的分析、設(shè)計方法，適用于一般自動化工程，該方法依然屬于頻域方法?！　榱朔治鰯?shù)字控制裝置的可控性問題，本書從模擬調(diào)節(jié)器開始，比較了模擬、數(shù)字系統(tǒng)的特性及差異，討論了電站工程對數(shù)字控制裝置的技術(shù)需求。當然，可靠性是裝置能否使用的基礎(chǔ)；控制裝置的快速性、確定性是實現(xiàn)高性能控制的必要條件；作業(yè)自動化是DCS系統(tǒng)的進一步發(fā)展方向。　　本書編寫過程中，熱工自動化界的著名專家李子連先生，一直給予大力支持和鼓勵，并仔細審閱了本書，提出了許多寶貴意見；同時，和利時公司領(lǐng)導及專家施用防、羅作楨、魏匯川同志也給予了幫助；國內(nèi)著名學者、中國人工智能學會榮譽理事長、中國自動化學會榮譽理事涂序彥教授為本書提出了中肯的意見，并在百忙之中為本書編寫了序言。在此一并表示感謝！　　本書雖經(jīng)多次校閱，但不足之處恐難避免，懇請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書以火電機組自動控制為背景，介紹了工程中機組協(xié)調(diào)控制，汽輪機與鍋爐各個子系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制的工程實現(xiàn)方法及DCS系統(tǒng)的相關(guān)問題。    在介紹實用控制方法的同時，為了將這些方法提高到理論的高度，本書對比了模擬、數(shù)字控制系統(tǒng)的特性．提出了控制周期、閉環(huán)工作周期的概念；利用閉環(huán)工作周期概念，得到了常見動態(tài)環(huán)節(jié)的“相位、動態(tài)增益”計算方法；采用這些解析公式，證明了串級調(diào)節(jié)回路的若干基本特性；在此基礎(chǔ)上，給出了串級調(diào)節(jié)回路的“相位、工作周期”設(shè)計方法。    本書計算了不同串級回路的特性，如給水系統(tǒng)、蒸汽溫度系統(tǒng)、汽輪機控制系統(tǒng)等，這些實例計算的結(jié)果可供工程參考；同時，本書利用量化計算，比較了模擬、數(shù)字裝置的可控性差異。提出了對數(shù)字控制裝置快速性、確定性的技術(shù)要求。    本書介紹的串級回路設(shè)計、分析方法，適用于熱工受控過程，也適用于一般工業(yè)過程。因此，本書適用于熱工及一般自動化工程工作者，并可作為控制工程類研究生的參考書。

作者簡介

劉維，北京市人，北京和利時系統(tǒng)工程有限公司副總工程師，華北計算機系統(tǒng)工程研究所（原信息產(chǎn)業(yè)部電子第六研究所）研究員級高級工程師。1978年入學中國科學院研究生院，1981年獲控制理論及應(yīng)用專業(yè)工學碩士學位。同時擔任中國人工智能學會理事、智能控制與智能管理專業(yè)委員會委員。長期從事控制理論與工程實踐相結(jié)合的工作，享受國務(wù)院頒發(fā)的政府特殊津貼。

書籍目錄

序前言緒論第1章 模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)  1 運算放大器和模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)    1.1 運算放大器和虛擬地原理    1.2 模擬調(diào)節(jié)器的運算原理    1.3 運算與實現(xiàn)的裝置系統(tǒng)    1.4 模擬與數(shù)字控制裝置的差異  2 線性系統(tǒng)的零點、極點描述和頻率響應(yīng)特性  3 常見系統(tǒng)的延遲計算    3.1 單極點系統(tǒng)    3.2 可化為單極點的雙極點系統(tǒng)  4 結(jié)果和評述第2章 閉環(huán)動態(tài)過程和串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分析、設(shè)計方法  1 閉環(huán)控制回路的基本概念    1.1 負反饋和小偏差調(diào)節(jié)    1.2 增益、相位和閉環(huán)工作周期    1.3 閉環(huán)回路的信號衰減  2 常見工藝環(huán)節(jié)的動態(tài)增益、相位移計算    2.1 純延遲環(huán)節(jié)    2.2 比例環(huán)節(jié)    2.3 積分環(huán)節(jié)    2.4 比例一積分調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)    2.5 微分環(huán)節(jié)    2.6 比例一微分調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)    2.7 比例一微分一積分調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)    2.8 一階慣性環(huán)節(jié)  3 電站工藝過程中重要的一階慣性環(huán)節(jié)分析    3.1 汽輪機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方程    3.2 流量、容積、液位系統(tǒng)  4 鍋爐給水系統(tǒng)分析和串級PI調(diào)節(jié)回路的設(shè)計方法    4.1 汽包鍋爐給水工藝系統(tǒng)的描述    4.2 鍋爐給水工藝系統(tǒng)的流速分析    4.3 控制性能的判別和優(yōu)化準則    4.4 串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特性分析  5 串級Pl調(diào)節(jié)器特性的評述  6 給水串級調(diào)節(jié)回路的設(shè)計方法    6.1 給水系統(tǒng)內(nèi)環(huán)路Pl控制器的設(shè)計    6.2 汽包水位控制回路Pl調(diào)節(jié)器的設(shè)計    6.3 抗負荷擾動的前饋回路設(shè)計    6.4 計算實例  7 串級回路中內(nèi)、外環(huán)路的耦合度    7.1 給水串級調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的隔離度計算    7.2 一般串級調(diào)節(jié)器的隔離度分析  8 本章結(jié)束語第3章 可控性和控制周期  1 數(shù)字控制器的可控性和控制周期    1.1 控制周期（T0）的定義    1.2 控制周期是不可控環(huán)節(jié)    1.3 汽輪機控制系統(tǒng)（DEH）及其控制周期    1.4 鍋爐給水控制系統(tǒng)的控制周期分析    1.5 結(jié)果的討論  2 控制周期To與閉環(huán)動態(tài)調(diào)節(jié)過程    2.1 控制周期（To）相當于一個純延遲環(huán)節(jié)    2.2 汽輪機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)    2.3 閥位調(diào)節(jié)回路工作周期的計算    2.4 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)回路工作周期的計算    2.5 不同控制策略的比較  3 常用控制模塊的在線、遞推算法和確定性問題    3.1 不完全微分算法    3.2 比例+積分+前饋調(diào)節(jié)算法（PIF）    3.3 比例+積分+微分+前饋調(diào)節(jié)算法    3.4 一階慣性算法    3.5 最小二乘濾波算法（LSF）      3.6 變化率的最小二乘算法GRD（Gradient）      3.7 超前滯后校正算法  ……第4章 大型機組的協(xié)調(diào)控制策略及實現(xiàn)方法第5章 直流鍋爐的給水控制系統(tǒng)第6章 燃料及磨煤機控制系統(tǒng)第7章 通風系統(tǒng)的控制策略第8章 蒸氣溫度控制系統(tǒng)第9章 汽輪機控制系統(tǒng)第10章 信號測量及I/O技術(shù)第11章 信號的故障診斷及冗余第12章 集散控制系統(tǒng)技術(shù)的展望參考文獻

章節(jié)摘錄

　　機組DCS系統(tǒng)需要采用分散控制的觀點，使得故障、工作負荷分散，但又需要集中監(jiān)視、集中操作、統(tǒng)一協(xié)調(diào)、集中優(yōu)化。在DCS系統(tǒng)的工程設(shè)計中，僅強調(diào)分散性是不全面的，需要將分散控制和集中監(jiān)視、集中優(yōu)化及統(tǒng)一操作結(jié)合起來，這才是合理、正確的設(shè)計思想?！　〕R界機組采用了直流鍋爐系統(tǒng)，鍋爐一汽輪機系統(tǒng)的耦合更為緊密，統(tǒng)一協(xié)調(diào)、集中優(yōu)化更為重要。因此，在討論機組DCS系統(tǒng)時，本書常常不使用分散控制系統(tǒng)，更多采用集散控制系統(tǒng)的提法（即集中監(jiān)視、運行，集中操作、優(yōu)化，分散地完成控制），或直接用約定俗成的DCS系統(tǒng)。　　大型機組DCS系統(tǒng)設(shè)置獨立的機組協(xié)調(diào)控制器是必要的。利用機組控制級網(wǎng)絡(luò)，連接在一起的各個基本控制器執(zhí)行了不同的控制任務(wù)，無論采用控制功能分解的設(shè)計準則，還是采用工藝分解準則，基本控制器之間需要協(xié)調(diào)動作，不同控制子系統(tǒng)之間、調(diào)節(jié)控制與順序控制之間、汽輪機系統(tǒng)與鍋爐系統(tǒng)之間都需要進行協(xié)調(diào)控制。對于機組控制系統(tǒng)來說，單回路、單個子系統(tǒng)的優(yōu)化控制缺乏本質(zhì)性的意義，機組的總體協(xié)調(diào)優(yōu)化才是主要的根本性控制目標；超臨界機組的控制系統(tǒng)更是如此?！　C組協(xié)調(diào)控制器的具體功能包括：①機組啟動／停止順序控制的“機組級”指揮協(xié)調(diào)功能；②機組正常工作階段，不同控制子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)控制功能；③汽輪機一鍋爐系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)控制功能。協(xié)調(diào)控制器接受操作員的工作指令，向鍋爐控制系統(tǒng)、汽輪機控制系統(tǒng)、各個子控制系統(tǒng)、子控制回路，發(fā)出適時、正確的工作指令或負荷指令，綜合協(xié)調(diào)機組控制系統(tǒng)的總體動作?！　C組的協(xié)調(diào)控制器，理論上存在“獨立”、“非獨立”的兩種配置形式。但是，因為協(xié)調(diào)控制功能必然存在，而對大型機組來說，協(xié)調(diào)控制的功能復(fù)雜且非常重要，所以，設(shè)立獨立的機組協(xié)調(diào)控制器比較合理。

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