第十章多变量控制系统第一节多变量被控对象传递矩阵W中的元素Wij为被调量yi与调节变量uj的传递函数。若Wij＝0，则表明yi不受uj作用影响。不难解得，系统2闭环后，u1→y1之间关系为：对此系统，定义：调节变量uj作用于被调量yi的通道为uj→yi通道。则矩阵λ称为Bristol矩阵或相对增益矩阵。第二节解耦控制系统设计或：根据克莱姆法则，可解得：由解耦网络A组成反馈解耦回路，由于调节器输出向量U和扰动向量M具有相同通道，因此反馈解耦回路不仅能消除各通道间的相互关联，同时还能抑制系统的内扰，实现对内扰的不变性原理。可得解耦后等效对象Ae的各元素aeij的传递函数：第三节直流锅炉的特点可见上式中传递矩阵为上三角阵，因此汽包锅炉给水，汽温和汽压控制可采用单变量系统的分析方法，组成相互独立的控制系统。由上式可以看出，蒸汽压力与微过热汽温构成多变量相关被控对象。由于减温水对蒸汽压力P和微过热汽温θsl没有影响，直流锅炉的汽温控制可按单变量系统设计。直流锅炉的另一个重要特点是蓄热系数小，因此直流锅炉对外界负荷扰动比较敏感。但蓄热能力小有利于主动快速改变锅炉负荷，适应电网的尖峰负荷。同时在直流锅炉中，工质流动依靠给水泵压力推动，压力下降而引起水的蒸发不会阻碍工质的正常流动，因此直流锅炉允许汽压有较大的下降速度，这有利于有效地利用锅炉的蓄热能力。第四节直流锅炉动态特性的值而回升至原来的值。这反映锅炉燃水比例没有改变。即总蒸发量与各受热面吸热量比例没有改变。三、给水流量扰动下直流锅炉动态特性提高，附加蒸发量减少，曲线逐渐无明显反向变化。而过热段的加长使惯性和迟延有所增加。第五节直流锅炉控制系统基本方案直流锅炉大多采用单元制运行方式，对于带固定负荷的单元机组，通常采用汽机跟随锅炉的控制方式。因此，带固定负荷直流锅炉控制系统通常采用以燃料量作为主动流量，调节锅炉负荷，以给水流量作为从动流量，跟随燃料量变化，保持燃水比例不变，调节微过热器汽温的配对选择方案。燃料量变化之后，由送、引风控制系统相应协调改变送风量与引风量，保证燃烧过程经济性及炉膛压力稳定。由于机组采用汽机跟随锅炉控制方式，该方案中由单回路调节系统调节汽机调节汽门开度μT，维持机前蒸汽压力PT为给定值Pg。考虑到汽机本身带有独立的调速系统，接受汽轮机转速信号，当电网频率f变化时，改变汽门开度，维持汽轮机转速，显然，这对于汽压稳定是不利的。因此，调节器PI1引入电网频率f的微分信号，以抵销或减弱调速系统的动作，稳定汽压。二、带变动负荷直流锅炉控制系统方案图10-8所示为带变动负荷直流锅炉控制系统方案之一。图中仅给出锅炉负荷控制及燃水比控制两个子系统：考虑到燃料量内扰很大，对于燃煤锅炉燃料量无法准确测量。因此内回路难以有效克服燃料量扰动。系统中引入烟气温度信号经微分器后作为导前微分信号引入PI4，补偿（克服）燃料量扰动时微过热汽温变化的迟延。这既有利于克服内扰，也有利于改善汽温调节品质。一般情况下，也可采用汽水流程中加热段某点水温信号θW作为导前信号。机组负荷指令改变（增加）时，首先通过PI3与PI4增加给水流量和燃料量。这不仅有利于保持微过热器温不变，而且有利于尽快改变锅炉负荷，保持汽压稳定。汽压偏低时，汽压偏差信号△p使调节器PI1和PI2输出增加，增加给水流量和燃料量。当微过热汽温偏低，由偏差信号△θSL使PI1输出减少而PI2输出增大，因而减少给水流量及增加燃料量。由于给水流量与燃料量对汽压作用反向相同，而对汽温作用方向相反，因而可以迅速校正微过热汽温，保持汽压稳定。第六节直流锅炉自动控制系统给水流量控制采用单回路调节系统。机组主控制系统输出的锅炉负荷指令LD为给水流量指令。为保证低负荷时锅炉的安全运行，由低值限幅器根据最小给水流量信号W0限制锅炉的最小给水流量。考虑到负荷变化过程中，燃料量变化往往落后于给水流量的变化，动态过程中容易造成燃水比例过分失调，因而引入与燃料量相适应的给水流量信号WM，经偏置器与限幅器对给水流量指令进行浮动双向限幅。将燃水比例偏差限制在一定范围之内。为保证锅炉的安全，由大值限幅器对引入小值选择器的送风量信号进行最大燃料量（MM）限制。由小值限幅器对引入大值选择器的燃料量进行最小送风量（V0）限制。