CN102360176A - 基于简化二阶自抗扰控制器的电厂主汽温度控制方法 - Google Patents

基于简化二阶自抗扰控制器的电厂主汽温度控制方法 Download PDF

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纪恩庆
孙艳萍
孙永福
丁超
杜燕
张立华
王琳
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Abstract

本发明设计了一种基于二阶简化自抗扰控制器的电厂主汽温度控制方法，采用串级控制方式构成串级汽温调解控制系统，内环采用PID调节，消除导前汽温的偏差，对过热汽温起到粗调作用；外环采用简化的二阶自抗扰控制器，控制过热器出口温度，充分克服惰性区温度对象的大惯性、大延迟特点，并利用简化的二阶自抗扰控制的扰动补偿作用，克服负荷、烟气等因素扰动，保证主汽温度的稳定。本发明算法简单、参数易于调节，不依赖于电厂主汽温度精确的数学模型就能够很好地获得较快的响应速度、较高的稳态精度、较强的抗干扰能力以及较好的鲁棒性。

Description

基于简化二阶自抗扰控制器的电厂主汽温度控制方法
技术领域
本发明涉及一种电厂温度控制方法，尤其是一种基于简化二阶自抗扰控制器的电厂主汽温度控制方法。
背景技术
目前，锅炉运行中保持过热汽温的稳定性，对于减少设备损耗、确保整个热力网安全运行具有重大的意义。然而，主汽温度控制对象具有时变、不确定性和非线性等复杂特性给常规的控制带来一定的难度。传统的火电厂主汽温控制系统大多采用常规的PID串级控制方案；但是模型参数的不确定性以及在控制系统的运行中出现环境变化、元件老化等问题，采用常规的PID 控制就很难取得满意的控制品质。
发明内容
为了克服电厂主汽温控制过程中的现有控制策略存在的适应能力差，抗干扰能力弱，易受系统参数变化影响等缺陷，本专利提出一种简化二阶自抗扰控制方法，既可以克服被控对象的大惯性、大延迟缺陷，又可以提供扰动补偿作用，克服被控对象环境中存在的负荷、烟气流量等扰动。其控制效果明显优于常规PID等控制方案。
为达到上述目的，本发明的采用以下技术手段：
本发明的工作原理及有益效果表现在：
对于电厂过热汽温控制系统，由于汽温对象存在大惯性、大延迟特点，每级过热器都设有两个温度测点，一是喷水减温器后面的过热汽温，二是过热器出口汽温，为充分利用系统信息，提高调节性能，采用串级控制方式两个变量构成串级汽温调解控制系统。在串级控制系统中，内环采用PID调节，消除导前汽温的偏差，对过热汽温起到粗调作用；由于导前区对象θ 1的惯性和延迟比惰性区对象要小得多，在减温水作用下，减温器出口导前温度的响应要比过热器出口快得多，因此，内环采用PID调节即可。外环采用简化二阶自抗扰控制一方面克服惰性区对象θ 2的大惯性、大延迟，另一方面利用自抗扰控制的扰动补偿作用，克服负荷、烟气等因素扰动。
本发明算法简单、参数易于调节，不依赖于交流电机精确的数学模型就能够很好地实现速度和两张力之间的解耦控制，获得较快的响应速度、较高的稳态精度、较强的抗干扰能力以及较好的鲁棒性。
附图说明
图1为基于简化二阶线性自抗扰控制器的汽温控制方案图；
图2为简化二阶线性自抗扰控制器结构图。
具体实施方式
下述未述及的相关技术内容均可采用或借鉴现有技术。
如图1、2所示，一种基于简化二阶自抗扰控制器的电厂主汽温度控制方法，包括依次串级输入连接控制的简化二阶自抗扰控制器、PID控制器、导前区对象输出θ 1、惰性区对象输出θ 2，其中导前区对象输出θ 1负反馈于PID控制器前端节点形成内环，惰性区对象输出θ 2输出负反馈于简化二阶自抗扰控制器前端节点形成外环；
所述的简化二阶线性自抗扰控制器包括串级输入连接控制的二阶跟踪微分器、PD控制器、温度被控对象，v (t)经二阶跟踪微分器后输出v 1(t)和v2(t)，v 1(t)和v2(t)经PD控制器输出U0(t)，经温度被控对象输出y(t);
温度被控对象y(t)经三阶扩张态观察器输出状态变量z1(t)、z2(t)和z3(t)： z1(t)反馈于v 1(t)，经反馈节点向PD控制器输入e1(t)；z2(t)反馈于v 2(t)，经反馈节点向PD控制器输入e2(t)；z3(t)经1/b0反馈于PD控制器输出U0(t)后形成U(t),U(t)一路输入温度被控对象，一路经b0输入三阶扩张态观察器，
所述温度被控对象输入有变量w(t)。
通过以下过程对上述方法做进一步说明：
对于二阶温度被控对象：
              （1）
将其变化为状态形式如下：
Figure 151857DEST_PATH_IMAGE002
  （2）即
Figure 487023DEST_PATH_IMAGE003
     （3）
其中
Figure 28994DEST_PATH_IMAGE004
。
式（6）的线性扩张状态观测器（LESO）如下：
Figure 107808DEST_PATH_IMAGE005
  （4）
其中L为观测器增益矢量，可以通过极点配置方法得到：
Figure 668103DEST_PATH_IMAGE006
   （5）
线性ADRC的控制量为
Figure 439750DEST_PATH_IMAGE007
（6）                                
TD为 
Figure 203437DEST_PATH_IMAGE008
   （7）
PD控制器为
Figure 148260DEST_PATH_IMAGE009
（8）
LESO为
Figure 500744DEST_PATH_IMAGE010
（9）
这里，对设定值而言
Figure 256341DEST_PATH_IMAGE011
，即
Figure 694276DEST_PATH_IMAGE012
，这样闭环传递函数就近似为无零点的纯二阶对象
Figure 177210DEST_PATH_IMAGE013
，由此可取值
Figure 649779DEST_PATH_IMAGE014
。如果把闭环特征值都配置在
Figure 579208DEST_PATH_IMAGE015
处，则有
Figure 504438DEST_PATH_IMAGE016
，选择参数为。
Figure 852560DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 949960DEST_PATH_IMAGE015
分别为状态反馈系统与状态观测器的带宽，
Figure 362487DEST_PATH_IMAGE019
为闭环系统传递函数的阻尼比。选择
Figure 452803DEST_PATH_IMAGE019
使系统没有振荡。
由此可见，本基于二阶简化自抗扰控制器的电厂主汽温度控制方法，采用串级控制方式构成串级汽温调解控制系统，内环采用PID调节，消除导前汽温的偏差，对过热汽温起到粗调作用；外环采用简化的二阶自抗扰控制器，控制过热器出口温度，充分克服惰性区温度对象θ 2的大惯性、大延迟特点，并利用简化的二阶自抗扰控制的扰动补偿作用，克服负荷、烟气等因素扰动，保证主汽温度的稳定。

Claims (2)

1.一种基于简化二阶自抗扰控制器的电厂主汽温度控制方法，其特征在于，所述的控制方法为：包括依次串级输入连接控制的简化二阶自抗扰控制器、PID控制器、导前区对象输出θ 1、惰性区对象输出θ 2，其中导前区对象输出θ 1负反馈于PID控制器前端节点形成内环，惰性区对象输出θ 2输出负反馈于简化二阶自抗扰控制器前端节点形成外环；
所述的简化二阶线性自抗扰控制器包括串级输入连接控制的二阶跟踪微分器、PID控制器、温度被控对象，v (t)经二阶跟踪微分器后输出v 1(t)和v 2(t)，v 1(t)和v 2(t)经PID控制器输出U 0(t)，经温度被控对象输出y(t);
温度被控对象y(t)经三阶扩张态观察器输出状态变量z1(t)、z2(t)和z3(t)： z1(t)反馈于v 1(t)，经反馈节点向PID控制器输入e1(t)；z2(t)反馈于v 2(t)，经反馈节点向PD控制器输入e2(t)；z3(t)经1/b0反馈于PD控制器输出U0(t)后形成U(t),U(t)一路输入温度被控对象，一路经b0输入三阶扩张态观察器，所述温度被控对象输入有变量w(t)。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：
对于二阶温度被控对象：
Figure 2011102049288100001DEST_PATH_IMAGE001
   
其中， u是控制量，w为干扰，y是系统输出， f 为适当选取的非线性函数；
将其变化为状态形式如下：
Figure 2011102049288100001DEST_PATH_IMAGE002
即  
Figure 2011102049288100001DEST_PATH_IMAGE003
                                               
其中矩阵
Figure 2011102049288100001DEST_PATH_IMAGE004
相关的线性扩张状态观测器LESO如下：
Figure 2011102049288100001DEST_PATH_IMAGE005
                                     
其中L为观测器增益矢量，可以通过极点配置方法得到：
Figure 2011102049288100001DEST_PATH_IMAGE006
  
线性自抗扰控制器ADRC的控制量为   
Figure 2011102049288100001DEST_PATH_IMAGE007
                                 
TD为                      
Figure 2011102049288100001DEST_PATH_IMAGE008
PD控制器为          
Figure 2011102049288100001DEST_PATH_IMAGE009
       
LESO为              
Figure 2011102049288100001DEST_PATH_IMAGE010
   
其中，z 1，z 2为跟踪微分器的输出，z 1是安排的过渡过程，z 2是该过渡过程的微分信号；
对设定值而言
Figure 2011102049288100001DEST_PATH_IMAGE011
，即
Figure 2011102049288100001DEST_PATH_IMAGE012
，闭环传递函数就近似为无零点的纯二阶对象
Figure 2011102049288100001DEST_PATH_IMAGE013
，由此可取值
Figure 2011102049288100001DEST_PATH_IMAGE014
，把闭环特征值都配置在
Figure DEST_PATH_IMAGE015
处，则有
Figure 2011102049288100001DEST_PATH_IMAGE016
，选择参数为
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
和分别为状态反馈系统与状态观测器的带宽，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为闭环系统传递函数的阻尼比，选择
Figure 128914DEST_PATH_IMAGE019
使系统没有振荡。
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