新型整合器在火电机架摹拟器里践行

理 想 连 续

PID 控 制 作 用 的 控 制 规 律 可 用 下 式 来 描 述 ： u （ t ） =Kpe （ t ）

+1Ti∫t0e（t）dt+Tde（t）dt+u0 式中 e（t）为输入偏差；u（t）为控制过程输出；Kp 为比例
增益；

Ti 为积分时间；Td 为微分时间；u0 为控制器初始值。

　　为了能使计算机对上式进行计算，必须将连续的

PID 控制算法转化成离散的 PID 控制

算法。设采样周期为

Ts，每经过一个采样周期进行一次数据采样、控制运算和数据输出。离

散

PID 控制算法可由连续理想 PID 控制算法直接经离散化导出，离散化时可用下列关系式

来表示：

∫t0e（t）dt≈Ts∑ki=0e（i）de（t）dt≈e（k）-e（k-1）Ts 所以离散 PID 控制算法可

表示为下式：

u（k）=Kpe（k）+TsTi∑ki=0e（i）+TdTs+u0 由于∑ki=0e（i）和过去的所有

状态都有关，计算繁琐且占用计算机内存较多，所以采用增量式算法，

Δu（k）=u（k）-

u（k-1），经化简后得：Δu（k）=KpΔe（k）+KIe（k）+KD 式中 Δe（k）=e（k）-e（k-
1）；KI=KPTsTi；KD=KpTdTs。
　　另外，针对仿真机的一些控制特点，做了如下的一些处理。

1）由于 PID 调节器的输出

直接驱动具有比例特性的执行器模块，而且手动时控制输出需要跟踪实际阀位值，故采用
积分项增量形式的位置型算法，对积分项中的偏差进行平滑处理。
　　

2）理想 PID 算式中的微分作用对于高频干扰的响应过于灵敏，容易引起控制过程振荡，

故采用不完全微分；微分作用在较长时间内按偏差变化的趋势均匀地保持，可改善系统的
控制品质。

3）比例、积分、微分作用彼此独立，便于操作员直观理解和调整各控制参数对控

制效果的影响。
　　因此，

PID 调节器模块实际采用的控制算法为：u（k）=up（k）+ui（k）+ud（k）其

中 比 例 项

up （ k ） =Kpe （ k ） 积 分 项 ui （ k ） =ui （ k-1 ） +KpTs2Ti 微 分 项

ud（k）=TdTs+Td{ud（k-1）+Kd}Kd 为微分放大系数。
　　建立

PID 调节器的仿真模型由于 PID 调节器模块是一类复合模块，因此在构造时还考

虑了其他的一些辅助功能。

1）设置输出限幅值，保证输出信号在允许的范围内。2）设置极

性开关，方便用户建立

PID 调节输入偏差与控制输出之间的极性关系。3）设置自动和手动

切换开关，实现控制方式的无扰切换和控制算法的自动跟踪。自动时，控制输出为

PID 控制

算法对输入偏差的运算结果：

u（k）=up（k）+ui（k）+ud（k）.

　　手动时，控制输出为跟踪值

u（k）=xi（k）；ui（k）=xi（k）-up（k）-ud（k），式

中，

xi（k）为跟踪信号。4）设置前馈环节。对于大延迟、多干扰的受控对象，控制回路中增

加前馈控制功能，前馈控制量为

uf（k）=Kfxf（k），其中，Kf 为前馈系数，xf（k）为前

馈信号。
　　前馈

-反馈复合控制的公式为：u（k）=up（k）+ui（k）+ud（k）+uf（k）5）设置不

灵敏区。对某些被调量允许在一定范围内变化的过程控制系统，设置不灵敏区可避免执行机
构频繁动作。
　　基于以上几点，在仿真支撑系统

VCS3 下，分别针对不同功能的 PID 调节器，用

Fortran 语言编写相应的子程序。在控制系统进行模块化建模的时候，对于不同功能的 PID
模块，调用相应的子程序进行组态。基本

PID 调节器模块子程序如示。

　　仿真实例把上面建立的各种

PID 功能模块应用到实际的 100MW 火电机组仿真机中。该

仿真机以北京高井电厂

3 机作为仿真原型，采用 VCS3 仿真支持系统。 VCS3 是基于

Windows 平台的仿真支撑系统，支持从模型的开发、调试到运行、分析的全过程。按照电厂提
供的实际机组的控制原理图或组态图，选择合适的仿真模块连接组态，并用适当的参数值
初始化，实现一个具体控制系统的仿真。在仿真回路建好后，对其中的汽轮机

DEH 控制系