西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
主 讲 人
余波 副教授 林其玉 讲师 熊朝坤 讲师
西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
第四章 微机调速器
微机调速器和模拟式电液调速器相
比，具有如下明显的优点：
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。
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。
硬件集成度高，体积小、维护方便、
可靠性高。
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。
西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
第四章 微机调速器
第一节 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
西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
第四章 微机调速器
第一节 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
西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
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
? 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
西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
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
? 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。
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西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
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
? 位置型数字 PID微机调节器框图
西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
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
? 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。
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西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
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
? 增量型数字 PID微机调节器框图
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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：
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
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西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
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
? 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
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西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
第四章 微机调速器
第二节 微机调速器的硬件和软件
一、微机调节器测频原理
西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
第四章 微机调速器
第二节 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。
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主 讲 人
余波 副教授 林其玉 讲师 熊朝坤 讲师
西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
第四章 微机调速器
微机调速器和模拟式电液调速器相
比，具有如下明显的优点：
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。
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。
硬件集成度高，体积小、维护方便、
可靠性高。
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。
西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
第四章 微机调速器
第一节 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
西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
第四章 微机调速器
第一节 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
西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
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
? 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
西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
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
? 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
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西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
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
? 位置型数字 PID微机调节器框图
西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
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
? 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。
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西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
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
? 增量型数字 PID微机调节器框图
西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
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：
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实用的增量型数字 PID微机调节器控制算法
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西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
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
? 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
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第四章 微机调速器
第二节 微机调速器的硬件和软件
一、微机调节器测频原理
西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
第四章 微机调速器
第二节 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。
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