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1、目 錄,第一章 概 述,第二章 機(jī)械液壓調(diào)速器,第三章 電氣液壓調(diào)速器,第四章 微機(jī)調(diào)速器,第五章 調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性,第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第一節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性,一、數(shù)學(xué)模型,結(jié)構(gòu)框圖,調(diào)速器,調(diào)節(jié)對象,Gr(s),Gt(s),Gg(s),流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第一節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性,這是一個三輸入單輸出系統(tǒng)(若無測頻微分，實際上與c即為一回事)。,一、數(shù)學(xué)模型,一般主要關(guān)心的閉環(huán)傳遞函數(shù)為: 和 兩種。,對給定信號 ，閉環(huán)傳遞函

2、數(shù)為:,式中 為調(diào)節(jié)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)。,對負(fù)荷擾動，閉環(huán)傳遞函數(shù)為:,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第一節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性,一、數(shù)學(xué)模型,1、對PI型(不含測頻微分電路,即當(dāng) 時) 式中為根軌跡增益： (只與工況有關(guān)),(P201 式7-5),流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第一節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性,一、數(shù)學(xué)模型,2、對PID型(含測頻微分電路) 式中為根軌跡增益： (只與工況有關(guān)，因為 ，k由測頻微分電路確定),(P201 式7-6),流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整

3、定,第一節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性,二、對數(shù)頻率特性與根軌跡,1、開環(huán)對數(shù)頻率特性(以PI型為例) Matlab軟件分析,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第一節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性,能源與環(huán)境學(xué)院,水輪機(jī)調(diào)節(jié)及輔助設(shè)備,二、頻率特性與根軌跡,1、開環(huán)頻率特性(以PI型為例),第七章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第一節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性,增益裕量,相位裕量,1、開環(huán)頻率特性(以PI型為例) 校正裝置參數(shù)，對，的影響（P203表7-1）。 由表中數(shù)據(jù)前5列可見：增加，增加，增加，穩(wěn)定性增強(qiáng)。 由表中數(shù)據(jù)后5列可見：增加，增加，增加，穩(wěn)定性增強(qiáng)。

4、,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第一節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性,二、對數(shù)頻率特性與根軌跡,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第一節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性,二、對數(shù)頻率特性與根軌跡,2、根軌跡分析(以PI型為例) 根軌跡方程為： 由于 所以，根軌跡方程變?yōu)椋?則有： 所以：,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第一節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性,二、對數(shù)頻率特性與根軌跡,2、根軌跡分析 (PI型)根軌跡如圖所示： (a),流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定

5、,第一節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性,二、對數(shù)頻率特性與根軌跡,2、根軌跡分析 (PI型)根軌跡如圖所示： (b) Td 相當(dāng)大，以致,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第一節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性,二、對數(shù)頻率特性與根軌跡,2、根軌跡分析 (PI型)根軌跡如圖所示： (c) 但十分接近,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第一節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性,二、對數(shù)頻率特性與根軌跡,2、根軌跡分析 PI型根軌跡分析 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個條件穩(wěn)定系統(tǒng)，Kd 增加可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。 Td 的取值對根軌跡形狀將產(chǎn)生影響，Td 增加，

6、越過虛軸時的 Kd值變大。由于 Kd 僅取決于對象參數(shù)，故這樣對系統(tǒng)穩(wěn)定有利。 過分使 Td 增加，可能在虛軸附近存在極點，動態(tài)品質(zhì)變差。,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第一節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性,二、對數(shù)頻率特性與根軌跡,(PID型)根軌跡如圖所示： (a) Tn 較小,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第一節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性,二、對數(shù)頻率特性與根軌跡,(PID型)根軌跡如圖所示： (b) Tn 較大,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第一節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性,二

7、、對數(shù)頻率特性與根軌跡,(PID型)根軌跡如圖所示： (c) Tn 進(jìn)一步增大 而且靠近,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第一節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性,二、對數(shù)頻率特性與根軌跡,PID型根軌跡分析 系統(tǒng)仍為條件穩(wěn)定系統(tǒng)。 Tn 對根軌跡影響也較大。Tn 增加，越過虛軸時的增益變大，因此對系統(tǒng)穩(wěn)定有利(因為 Kn 也只與對象有關(guān))。 過分使 Tn 增加，也可能在虛軸附近出現(xiàn)極點，使系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)變差。,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第一節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性,三、穩(wěn)態(tài)誤差,由閉環(huán)傳遞函數(shù)知系統(tǒng)為零階無差度系統(tǒng)，則在

8、階躍負(fù)荷擾動mg0作用下將有穩(wěn)態(tài)位置誤差。 對階躍負(fù)荷擾動： 顯然，若 ，則 (無靜差) 。 對轉(zhuǎn)速給定信號： 即： 顯然，若 ，則 ， 。,(P208 式7-14),(P208 式7-19),流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第二節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,一、穩(wěn)定域,系統(tǒng)閉環(huán)特征方程 對該方程應(yīng)用代數(shù)判據(jù)侯維智判據(jù)，可導(dǎo)出系統(tǒng)的穩(wěn)定域。,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第二節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,一、穩(wěn)定域,1、PI型 可繪制穩(wěn)定域,令,(a)、額定工況,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)

9、特性及參數(shù)整定,第二節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,一、穩(wěn)定域,1、PI型 可繪制穩(wěn)定域,令,(b)、最小水頭，限制出力工況,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第二節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,一、穩(wěn)定域,1、PI型 可繪制穩(wěn)定域,令,(c)、最大水頭，額定出力工況,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第二節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,一、穩(wěn)定域,1、PI型 可繪制穩(wěn)定域,令,(d)、額定水頭，部分負(fù)荷工況,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第二節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,1、PI型 結(jié)論

10、 運行工況對穩(wěn)定域影響很大。在水輪機(jī)模型特性曲線上靠左側(cè)工況穩(wěn)定域?qū)拸V，靠右側(cè)工況穩(wěn)定域變小。 en 對穩(wěn)定域影響很大。en 增加，則穩(wěn)定域增大。 bt 增加，Td 增加，則坐標(biāo)點離穩(wěn)定邊界越遠(yuǎn)，系統(tǒng)越穩(wěn)定。 Tw 增加，則a減小， d 減小，坐標(biāo)點靠近穩(wěn)定邊界，穩(wěn)定性下降。 Ta 增大，則a 增大，坐標(biāo)點離邊界遠(yuǎn)，穩(wěn)定性增強(qiáng)。,一、穩(wěn)定域,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第二節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,一、穩(wěn)定域,1、PI型 注意： 前述討論僅對單機(jī)帶確定負(fù)荷有效。 當(dāng)機(jī)組運行于特性曲線靠左側(cè)區(qū)域時，機(jī)組空載，尾水管水壓脈動會導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)速擺動。 機(jī)組滿

11、載時，往往是并網(wǎng)運行，en較大，故穩(wěn)定性增強(qiáng)。,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第二節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,2、PID型 可繪制穩(wěn)定域 結(jié)論：Tn 在一定范圍內(nèi)增加，可擴(kuò)展穩(wěn)定域。,一、穩(wěn)定域,令,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第二節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,一、穩(wěn)定域,3、彈性水擊影響 考慮彈性水擊的穩(wěn)定域如圖所示。 結(jié)論：Tr 增加，穩(wěn)定域減小。,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第二節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,二、穩(wěn)定余量域,穩(wěn)定余量定義：,若閉環(huán)特征方程的根全部位

12、于通過(-m，j0)點垂線的左邊（m0）， 那末該系統(tǒng)在復(fù)平面上的穩(wěn)定余量為m。,穩(wěn)定余量域給出了閉環(huán)主導(dǎo)極點離虛軸的遠(yuǎn)近程度。 閉環(huán)主導(dǎo)極點離虛軸越遠(yuǎn)，則系統(tǒng)越穩(wěn)定，調(diào)節(jié)時間減小。,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第二節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,二、穩(wěn)定余量域,設(shè)原特征方程為： 為該方程特征根。 若將s平面虛軸向左平移m距離，則s平面變?yōu)閟平面， 在s平面內(nèi)的坐標(biāo)變?yōu)椋?即： 將(2)帶入(1)后得： 對(3)式利用代數(shù)判據(jù)侯維智判據(jù)可推出z的穩(wěn)定域 實際上就是 具有m穩(wěn)定余量的穩(wěn)定域，稱為 的穩(wěn)定余量域。,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)

13、節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第二節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,m,二、穩(wěn)定余量域,Re,Im,0,Im,i,Zi,Zi=i-(-m),流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第二節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,二、穩(wěn)定余量域,穩(wěn)定余量域圖 結(jié)論： m不可能無限增大，必然出現(xiàn)極值。 en對穩(wěn)定余量域有明顯影響。en 增大，則m增大。,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第二節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,三、水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì),考核指標(biāo)有：轉(zhuǎn)速過渡過程的調(diào)節(jié)時間 ，最大相對轉(zhuǎn)速偏差 ，振蕩次數(shù)。 （一）階躍響應(yīng)分析 1、對mg0的階躍

14、響應(yīng) 表現(xiàn)：曲線2較佳。 其閉環(huán)主導(dǎo)極點為3個： 顯然：,(P217 圖7-10),流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第二節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,三、水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì),（一）階躍響應(yīng)分析 1、對mg0的階躍響應(yīng) 結(jié)論：對于PI型調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使動態(tài)品質(zhì)最佳的參數(shù)取值是使閉環(huán)主導(dǎo)極點滿足：,(P218 圖7-11),流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第二節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,三、水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì),（一）階躍響應(yīng)分析 2、對的階躍響應(yīng) 階躍響應(yīng)圖： 結(jié)論： 階躍響應(yīng)出現(xiàn)了反調(diào)現(xiàn)象，這是由水流慣性帶來正零點

15、引起的，對穩(wěn)定極為不利。 ， 動態(tài)品質(zhì)最佳。,(P218 圖7-12),流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第二節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,三、水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì),（三）對過渡過程的影響 右圖示出對過渡過程的影響。 (a)中， (b)中， (最佳) (c)中， 可見：取得適當(dāng)，過渡過程較佳，過大使振蕩加劇。 推薦值：,(P220 圖7-15),流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第三節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)整定,（基本僅對PI型調(diào)速器而言） 最佳準(zhǔn)則：經(jīng)理論分析，利用系統(tǒng)開環(huán)頻率特性，使最小的 ， 為：,一、極點配置法,（

16、僅對PI型調(diào)速器有效） 基本準(zhǔn)則： ， 基本原理：尋求一組適當(dāng)?shù)膮?shù)整定值( ，)，使在滿足根軌跡方程的條件下，閉環(huán)極點的分布滿足最佳準(zhǔn)則。,二、利用開環(huán)對數(shù)頻率特性確定校正環(huán)節(jié)參數(shù)最佳整定,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第三節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)整定,三、斯坦因和克里夫琴柯推薦公式,（一）斯坦因推薦公式： PI型 ; PID型 ; ;,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第三節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)整定,三、斯坦因和克里夫琴柯推薦公式,（二）克里夫琴科推薦公式： PI型 當(dāng) ; ; ; 這時 當(dāng) ; ; ; 這時 當(dāng) ; ; ; 這時 PID型 ; ; ; 這時,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第三節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)整定,四、其它方法 查論文，規(guī)范！,流體機(jī)械自動控制,江蘇大學(xué),第六章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定,第三節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)整定,思考題,、說明，對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。 、分析水輪機(jī)幾種典型工況對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。 、對含有PI型調(diào)速器的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，