第四章-微机调速器

赵斌娟副教授主讲人流体机械自动控制目录第一章概述第二章机械液压调速器第三章电气液压调速器第四章微机调速器第五章调速器与调节对象的动态特性第六章水轮机调节系统动态特性及参数整定第七章调节保证计算及设备选择流体机械自动控制江苏大学第四章微机调速器第一节概述一、微机调速器（WT）的发展过程WT的发展与用户要求不断提高、计算机技术及液压技术的迅速发展密不可分。电力系统容量的扩大，电能质量要求的提高，传统机调和模拟式电调已难以满足机组稳定运行、响应快速、稳态精度高的需求。流体机械自动控制江苏大学第四章微机调速器第一节概述一、微机调速器（WT）的发展过程1975~1976年初英国、加拿大先后开始了数字式调速器研究；20世纪80年代初日立公司出现了用于抽水蓄能机组的WT;同期，世界上许多著名的公司都先后推出了自己的产品；国内第一台WT诞生于1984年；WT已用于几MW到几百MW的机组；WT的优越性已得到充分的证明。流体机械自动控制江苏大学二、WT技术的发展1、系统总体结构采用电子调节器+电液随动系统模式。液压系统不参与形成调节规律，性能指标优越；手自动切换方便，手动操作方便可靠。2、应用现代控制理论。采用智能PID的WT，PID参数和结构均可按运行方式和工况自动改变；自适应控制、专家系统、模糊控制、鲁棒控制、神经元控制等技术也有应用。第四章微机调速器第一节概述流体机械自动控制江苏大学二、WT技术的发展3、采用性能优越、可靠的计算机系统。单片机、工控机（IPC）、可编程控制器（PLC）、可编程计算机（PCC）。4、采用标准液压元件、新型电-机和电-液转换装置提高了电液随动系统的可靠性。液压集成块和标准液压元件；步进电机、交直流伺服电机、比例伺服阀、数字阀等。5、采用高油压技术。现已达到16MPa。6、综合性能及功能日臻完善。第四章微机调速器第一节概述流体机械自动控制江苏大学三、WT的类型WT的基本组成为：微机调节器+电/机转换装置+机械液压系统1、按照微机调节器类型分：单片机、工控机（IPC）、可编程控制器（PLC）、可编程计算机（PCC）2、按照微机数量分：单微机、双微机、三微机。3、按照电/机或电/液转换元件分：步进电机、交直流伺服电机、比例伺服阀、数字阀等。第四章微机调速器第一节概述流体机械自动控制江苏大学四、WT的特点1、硬件集成度高，体积小、维护方便、可靠性高。2、参数设定、修改方便，状态查询灵活、直观。3、便于采用先进的调节控制技术，从而保证水轮机调节系统具有优良的静、动态特性。如：不仅可实现PID，还可以实现前馈控制、预测控制和自适应控制等。4、软件灵活性大，提高性能和增加功能主要通过软件来实现。如机组的开、停机规律的实现；并网时除测频外还有测相位功能等。5、便于直接与厂级或系统级上位机相连接，实现全厂的综合控制，提高水电厂自动化水平。第四章微机调速器第一节概述流体机械自动控制江苏大学第四章微机调速器第二节微机调速器的基本原理一、微机调速器控制系统的结构组成流体机械自动控制江苏大学第四章微机调速器第二节微机调速器的基本原理一、微机调速器控制系统的结构组成流体机械自动控制江苏大学第四章微机调速器第二节微机调速器的基本原理二、微机调节器PID控制算法❊位置型数字PID微机调节器控制算法❊增量型数字PID微机调节器控制算法❊实用的水轮机微机调节器PID控制算法流体机械自动控制江苏大学第四章微机调速器第二节微机调速器的基本原理二、微机调节器PID控制算法❊位置型数字PID微机调节器控制算法连续PID算法数字PID算法因为调节器输出的是对象调节机构的位置值，当计算机发生电源消失故障时，将会产生不必要的错误动作，导致调节系统严重事故，为此，必须考虑电源消失保护措施。dttdeKdtteKteKtydtip)()()()(0]1[0）（）（）（）（）（neneTKjeTKneKnDnjdipy]1[0）（）（）（）（）（neneKjeKneKnDnDIPy流体机械自动控制江苏大学第四章微机调速器第二节微机调速器的基本原理二、微机调节器PID控制算法❊位置型数字PID微机调节器框图流体机械自动控制江苏大学第四章微机调速器第二节微机调速器的基本原理二、微机调节器PID控制算法❊增量型数字PID微机调节器控制算法由于一般计算机控制系统采用稳定的等采样周期T，故在确定了KP、KI、KD后，根据前后三次测量值即可求出数字PID调节器输出的增量。]1[0）（）（）（）（）（neneTKjeTKneKnDndipy]21[1110）（）（）（）（）（neneTKjeTKneKnDndipy）（）（）（1nDnDnDyyy)]2()1(2)([)]1([neneneKneKneneKDIp）（）（流体机械自动控制江苏大学第四章微机调速器第二节微机调速器的基本原理二、微机调节器PID控制算法❊增量型数字PID微机调节器框图流体机械自动控制江苏大学第四章微机调速器第一节微机调速器的基本原理二、微机调节器PID控制算法❊实用的水轮机微机调节器控制算法为了提高PID调节器的抗干扰能力，应当用实际微分环节取代理想微分环节。微分环节的微分方程：微分环节的差分方程：dttdeKdtdyTtydtddd）（）（）（]1[111）（）（）（）（nneTTTKnDTTTTnDddydddyd）（）（）（）（2111211neTTTKneTTTKnDTTTTnDddddydddyd)(nDyd)]2()1([1nDnDTTTTydyddd)]2()1(2)([1neneneTTTKdd流体机械自动控制江苏大学第四章微机调速器第二节微机调速器的基本原理二、微机调节器PID控制算法❊实用的水轮机微机调节器控制算法为了提高PID调节器的抗干扰能力，应当用实际微分环节取代理想微分环节。实用的位置型数字PID微机调节器控制算法实用的增量型数字PID微机调节器控制算法)1(1)]1()([1)()(0nDTTTTneneTTTKjeKneKnDydddddnIPy）（)]2()1(2)([1)]1([)(neneneTTTKneKneneKnDddIpy）（）（)]2()1([1nDnDTTTTydyddd流体机械自动控制江苏大学第四章微机调速器第二节微机调速器的基本原理二、微机调节器PID控制算法❊考虑bp的因素后实用的水轮机微机调节器控制算法)]}()1([)({)1()(nPnDbneKnDnDgypIyiyi)]}()1([)({)(nPnDbneKnDgypIyi流体机械自动控制江苏大学第四章微机调速器第二节微机调速器的基本原理二、微机调节器PID控制算法❊考虑bp的因素后实用的水轮机微机调节器控制算法实用的位置型数字PID微机调节器控制算法实用的增量型数字PID微机调节器控制算法)]}()1([)({)1()(nPnDbneKnDneKnDgypIyiPy）（)1(1)]1()([1nDTTTTneneTTTKyddddd)]}()1([)({)]1()([)(nPnDbneKneneKnDgypIpy)]2()1(2)([1neneneTTTKdd)]2()1([1nDnDTTTTydyddd流体机械自动控制江苏大学第四章微机调速器第三节微机调速器的硬件和软件一、微机调节器测频原理交流电压信号，经降压、滤波、整形后变为方波，再经过光电隔离器隔离，进行二分频。CPU根据读取的计数值N，由下式计算出机组的频率。Nffm计数时钟频率f脉冲数N流体机械自动控制江苏大学第四章微机调速器第三节微机调速器的硬件和软件二、微机调节器相差测量原理当DJ与DW同步时，U，D两端均输出高电平；当DJ超前DW时，从U端输出与相位差成正比的负脉冲。当DJ滞后DW时，从D端输出与相位差成正比的负脉冲。将U，D输出接至反向器，有相位差时，就得到正脉冲；将反相后的信号，一路直接输入计数器，一路与时钟fφ相与后输入计数器，用与测频同样的方法测得相位差。CPU根据读取的计数值N，由下式算出相位差值。036050fN流体机械自动控制江苏大学流体机械自动控制江苏大学流体机械自动控制江苏大学