CN116880156A - 基于双闭环控制结构的再热汽温控制方法、系统及设备 - Google Patents
基于双闭环控制结构的再热汽温控制方法、系统及设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116880156A CN116880156A CN202311044755.7A CN202311044755A CN116880156A CN 116880156 A CN116880156 A CN 116880156A CN 202311044755 A CN202311044755 A CN 202311044755A CN 116880156 A CN116880156 A CN 116880156A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- steam temperature
- reheat steam
- error
- value
- moment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 56
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims abstract description 27
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 26
- 239000000779 smoke Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000003303 reheating Methods 0.000 claims description 12
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 6
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 15
- 230000004044 response Effects 0.000 description 14
- 230000008859 change Effects 0.000 description 12
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 9
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 4
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 3
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B11/00—Automatic controllers
- G05B11/01—Automatic controllers electric
- G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
- G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于双闭环控制结构的再热汽温控制方法、系统及设备，涉及再热汽温控制技术领域。方法包括根据当前时刻烟气挡板开度、当前时刻再热汽温预测值和当前时刻再热汽温测量值，利用快变环节标称模型、慢变环节标称模型和误差补偿器得到下一时刻中间变量预测值；根据再热汽温目标值和当前时刻再热汽温测量值的误差，利用积分增强型PID控制器得到中间变量目标值；根据中间变量目标值和下一时刻中间变量预测值，利用预测回路PID控制器得到下一时刻烟气挡板开度。本发明根据下一时刻烟气挡板开度，通过再热汽温过程控制再热汽温，实现对再热汽温的实时反馈控制；本发明能够准确预测中间变量预测值使串级PID控制方式应用到再热汽温控制。
Description
技术领域
本发明涉及再热汽温控制技术领域，特别涉及一种基于双闭环控制结构的再热汽温控制方法、系统及设备。
背景技术
再热汽温控制是火电机组运行过程中要求非常严格的一环，既要保证机组运行过程中再热器出口温度的稳定，又要在功率需求发生变化时及时的响应调整。但实际情况中，由于再热汽温控制的动态变化特征具有大滞后、大惯性和不确定性的特点，以及物理材料的影响、运行工况的状态等扰动因素，使得再热汽温控制成为控制理论研究中的难点问题。
再热汽温控制中的汽温急剧变化会破坏机组平衡、消耗机组材料寿命和影响锅炉正常运行，因此需要较好的控制方法以保证控制效果。
在现有技术中，传统PID控制在生产过程中被广泛应用，它具有鲁棒性好、原理简单和工程实现便利等优点，但对于再热汽温控制中大滞后、大惯性和带有不确定性的动态变化特征难以通过参数调整取得较好的控制效果。
为了保证再热汽温控制的效果，实际工业过程常采用串级PID控制，通过副回路粗调汽温，通过主回路细调汽温，同时还出现了引入导前汽温微分、引入前馈信号等变形的串级控制系统，而串级控制可以利用副控制器对副回路中的扰动进行及时的控制，因此相比传统PID控制有更好的抗扰能力，但由于再热汽温过程的中间变量不可测，常规串级PID控制方式难以直接应用，由此引入了先进控制的思想，包括Smith预估控制、自适应控制、自抗扰等技术的应用均带来了一定的控制效果的进步。然而，这些先进控制算法的分析和设计非常复杂，限制了其在实际工业系统中的应用。
因此，亟需提供一种具有中间变量预测功能的双闭环控制结构的串级PID控制进行再热汽温控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于双闭环控制结构的再热汽温控制方法、系统及设备，用以解决在现有技术中由于中间变量不能被预测导致串级PID控制方式难以应用到再热汽温控制的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于双闭环控制结构的再热汽温控制方法，所述双闭环控制结构包括积分增强型PID控制器、预测回路PID控制器、慢变环节标称模型、快变环节标称模型和误差补偿器；所述方法包括：
根据当前时刻烟气挡板开度，通过再热汽温过程产生当前时刻再热汽温测量值；
根据当前时刻烟气挡板开度，利用所述快变环节标称模型、所述慢变环节标称模型和所述误差补偿器得到当前时刻再热汽温预测值；所述误差补偿器产生当前时刻误差预估补偿值；所述快变环节标称模型和所述误差补偿器共同产生当前时刻中间变量预测值；
根据所述当前时刻再热汽温预测值和当前时刻再热汽温测量值的误差，利用所述误差补偿器得到下一时刻误差预估补偿值；
根据所述快变环节标称模型输出的前向预估值和所述下一时刻误差预估补偿值确定下一时刻中间变量预测值；
根据再热汽温目标值和所述当前时刻再热汽温测量值的误差，利用所述积分增强型PID控制器得到中间变量目标值；
根据所述中间变量目标值和所述下一时刻中间变量预测值，利用所述预测回路PID控制器得到下一时刻烟气挡板开度；
根据下一时刻烟气挡板开度，通过再热汽温过程控制再热汽温，得到下一时刻再热汽温测量值。
可选地，根据所述当前时刻再热汽温预测值和当前时刻再热汽温测量值的误差，利用所述误差补偿器得到下一时刻误差预估补偿值，具体包括：
根据Eb(s)＝Y(s)-Yb(s)计算所述当前时刻再热汽温预测值和所述当前时刻再热汽温测量值的误差，其中，Y(s)为所述当前时刻再热汽温测量值，Yb(s)为所述当前时刻再热汽温预测值，s为控制理论中常用的复频域变量；
根据F(s)＝Gf(s)*Eb(s)计算所述下一时刻误差预估补偿值，其中，Gf(s)为所述误差补偿器，Eb(s)为所述当前时刻再热汽温预测值和所述当前时刻再热汽温测量值的误差。
可选地，根据所述快变环节标称模型输出的前向预估值和所述下一时刻误差预估补偿值确定下一时刻中间变量预测值，具体包括：
根据计算所述下一时刻中间变量预测值，其中，Y0(s)为所述前向预估值，F(s)为所述下一时刻误差预估补偿值，/>为所述快变环节标称模型，U1(s)为当前时刻初始烟气挡板开度，Gf(s)为所述误差补偿器，Eb(s)为所述当前时刻再热汽温预测值和所述当前时刻再热汽温测量值的误差，s为控制理论中常用的复频域变量。
可选地，所述预测回路PID控制器的时间常数小于所述积分增强型PID控制器的时间常数；所述预测回路PID控制器的相位补偿因子小于所述积分增强型PID控制器的相位补偿因子。
一种基于双闭环控制结构的再热汽温控制系统，所述双闭环控制结构包括积分增强型PID控制器、预测回路PID控制器、慢变环节标称模型、快变环节标称模型和误差补偿器；所述系统包括：
当前时刻再热汽温测量值获取模块，用于根据当前时刻烟气挡板开度，通过再热汽温过程产生当前时刻再热汽温测量值；
当前时刻再热汽温预测值获取模块，用于根据当前时刻烟气挡板开度，利用所述快变环节标称模型、所述慢变环节标称模型和所述误差补偿器得到当前时刻再热汽温预测值；所述误差补偿器产生当前时刻误差预估补偿值；所述快变环节标称模型和所述误差补偿器共同产生当前时刻中间变量预测值；
下一时刻误差预估补偿值获取模块，用于根据所述当前时刻再热汽温预测值和当前时刻再热汽温测量值的误差，利用所述误差补偿器得到下一时刻误差预估补偿值；
下一时刻中间变量预测值确定模块，用于根据所述快变环节标称模型输出的前向预估值和所述下一时刻误差预估补偿值确定下一时刻中间变量预测值；
中间变量目标值获取模块，用于根据再热汽温目标值和所述当前时刻再热汽温测量值的误差，利用所述积分增强型PID控制器得到中间变量目标值；
下一时刻烟气挡板开度计算模块，用于根据所述中间变量目标值和所述下一时刻中间变量预测值，利用所述预测回路PID控制器得到下一时刻烟气挡板开度；
下一时刻再热汽温测量值，用于根据下一时刻烟气挡板开度，通过再热汽温过程控制再热汽温，得到下一时刻再热汽温测量值。
可选地，所述下一时刻误差预估补偿值获取模块，具体包括：
误差计算单元，用于根据Eb(s)＝Y(s)-Yb(s)计算所述当前时刻再热汽温预测值和所述当前时刻再热汽温测量值的误差，其中，Y(s)为所述当前时刻再热汽温测量值，Yb(s)为所述当前时刻再热汽温预测值，s为控制理论中常用的复频域变量；
下一时刻误差预估补偿值计算单元，用于根据F(s)＝Gf(s)*Eb(s)计算所述下一时刻误差预估补偿值，其中，Gf(s)为所述误差补偿器，Eb(s)为所述当前时刻再热汽温预测值和所述当前时刻再热汽温测量值的误差。
可选地，所述下一时刻中间变量预测值确定模块，具体包括：
下一时刻中间变量预测值计算单元，用于根据 计算所述下一时刻中间变量预测值，其中，Y0(s)为所述前向预估值，F(s)为所述下一时刻误差预估补偿值，/>为所述快变环节标称模型，U1(s)为当前时刻初始烟气挡板开度，Gf(s)为所述误差补偿器，Eb(s)为所述当前时刻再热汽温预测值和所述当前时刻再热汽温测量值的误差，s为控制理论中常用的复频域变量。
可选地，所述预测回路PID控制器的时间常数小于所述积分增强型PID控制器的时间常数；所述预测回路PID控制器的相位补偿因子小于所述积分增强型PID控制器的相位补偿因子。
一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行所述的基于双闭环控制结构的再热汽温控制方法。
一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如所述的基于双闭环控制结构的再热汽温控制方法。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明获取下一时刻中间变量预测值和获取下一时刻烟气挡板开度的结构构成双闭环控制结构中的内环结构，获取中间变量目标值的结构构成双闭环控制结构中的外环结构。本发明通过下一时刻中间变量预测值和中间变量目标值确定下一时刻烟气挡板开度，下一时刻中间变量预测值能够被准确预测使得串级PID控制方式应用到再热汽温控制中；本发明能够有效克服因再热汽温过程的系统误差带来的内扰和系统运行中出现的外扰，双闭环控制结构能够加快再热汽温控制响应速度、提升控制性能；其中外环结构调节再热汽温过程的慢变环节，内环结构调节再热汽温过程的快变环节；本发明通过控制烟气挡板开度，实现对再热汽温的实时反馈控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的双闭环控制结构的结构示意图；
图2为本发明提供的基于双闭环控制结构的再热汽温控制方法的流程示意图；
图3为本发明提供的串级结构与未加入增强型积分模块的预测型双闭环控制结构的出口汽温仿真对比图；
图4为本发明提供的串级结构与未加入增强型积分模块的预测型双闭环控制结构的烟气挡板开度控制量仿真对比图；
图5为本发明提供的未加入增强型积分模块的预测型双闭环控制结构与加入增强型积分模块的预测型双闭环控制结构的出口汽温仿真对比图；
图6为本发明提供的未加入增强型积分模块的预测型双闭环控制结构与加入增强型积分模块的预测型双闭环控制结构的烟气挡板开度控制量仿真对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于双闭环控制结构的再热汽温控制方法、系统及设备，能够获得中间变量预测值，使串级PID控制方式能够应用到再热汽温控制中。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
本发明提供的一种基于双闭环控制结构的再热汽温控制方法，如图1所示，所述双闭环控制结构包括积分增强型PID控制器1、预测回路PID控制器2、慢变环节标称模型3、快变环节标称模型4和误差补偿器5。该双闭环控制结构包括内环的一种基于前向预估与反馈补偿的预测结构，外环的一种积分增强型PID汽温控制回路。通过该结构的设计，可以提高系统响应的快速性与稳定性，减小系统稳定所需的调节时间。该结构中，针对再热汽温过程的高阶、大惯性、大滞后、中间量不可测的特性，构建中间变量的双重预测模型，快变环节标称模型4和误差补偿器5构成中间变量的双重预测模型，通过对中间变量的预测，使得双闭环PID控制得以实施，得到与再热汽温目标值相等的下一时刻再热汽温测量值。
如图2所示，本发明提供的基于双闭环控制结构的再热汽温控制方法，具体包括：
步骤101：根据当前时刻烟气挡板开度U1(s)，通过再热汽温过程产生当前时刻再热汽温测量值Y(s)。本实施例采用的再热汽温过程的系统标称模型为
步骤102：根据当前时刻烟气挡板开度U1(s)，利用快变环节标称模型4、慢变环节标称模型3和误差补偿器5得到当前时刻再热汽温预测值Yb(s)；误差补偿器5产生当前时刻误差预估补偿值；快变环节标称模型和误差补偿器共同产生当前时刻中间变量预测值。
将再热汽温过程的系统标称模型分为时间常数小的惯性环节、时间常数大的惯性环节与时滞环节。其中，将再热汽温过程的系统标称模型中时间常数小的惯性环节视为快变环节，一般以相对阶为二阶的形式出现；将时间常数大的惯性环节与时滞环节视为慢变环节，并构建相对应系统标称模型的串联的快变环节标称模型4和慢变环节标称模型3。
利用快变环节标称模型4进行控制，避免了系统控制性能因大时滞的存在而难以调节的问题。同时，对快变环节标称模型4进行控制产生的前向预估输出，视为对系统的部分快变动态环节模型进行控制，从而达到对再热汽温中间量进行预测控制的效果。本实施例采用的快变环节标称模型4为慢变环节标称模型3为/>
步骤103：根据当前时刻再热汽温预测值和当前时刻再热汽温测量值的误差，利用误差补偿器得到下一时刻误差预估补偿值。
内环设计了一种误差预估补偿结构，由于系统实际模型往往与系统标称模型存在一定的误差，并且再热汽温过程在实际运行中会出现变化，因此引入当前时刻再热汽温预测值Yb(s)和当前时刻再热汽温测量值Y(s)的误差Eb(s)，既补偿了系统模型变化带来的内扰，也及时的对系统运行中出现的外扰进行控制，该误差预估补偿环节为：
其中，Yb(s)为当前时刻再热汽温预测值，也就是预测回路PID控制器2的输出量经过快变环节标称模型4得到的输出量与误差补偿器5的输出量之和，此输出量之和再经过慢变环节标称模型3得到的输出量。
进一步地，步骤103具体包括：
步骤1031：根据Eb(s)＝Y(s)-Yb(s)计算当前时刻再热汽温预测值和当前时刻再热汽温测量值的误差，其中，Y(s)为当前时刻再热汽温测量值，Yb(s)为当前时刻再热汽温预测值，s为控制理论中常用的复频域变量。
步骤1032：根据F(s)＝Gf(s)*Eb(s)计算下一时刻误差预估补偿值，其中，Gf(s)为误差补偿器，Eb(s)为当前时刻再热汽温预测值和当前时刻再热汽温测量值的误差。本实施例采用的误差补偿器为
步骤104：根据快变环节标称模型输出的前向预估值Y0(s)和下一时刻误差预估补偿值F(s)确定下一时刻中间变量预测值W(s)。
进一步地，步骤104具体包括：根据 计算下一时刻中间变量预测值，其中，Y0(s)为前向预估值，F(s)为下一时刻误差预估补偿值，/>为快变环节标称模型，U1(s)为当前时刻初始烟气挡板开度，Gf(s)为误差补偿器，Eb(s)为当前时刻再热汽温预测值和当前时刻再热汽温测量值的误差，s为控制理论中常用的复频域变量。
步骤105：根据再热汽温目标值R(s)和当前时刻再热汽温测量值Y(s)的误差，利用积分增强型PID控制器得到中间变量目标值U2(s)。
步骤106：根据中间变量目标值U2(s)和下一时刻中间变量预测值W(s)，利用预测回路PID控制器得到下一时刻烟气挡板开度。
步骤107：根据下一时刻烟气挡板开度，通过再热汽温过程控制再热汽温，得到下一时刻再热汽温测量值。
进一步地，误差补偿器5为具有超前相位形式的误差补偿器5，使得误差补偿器5能够根据误差Eb(s)产生超前相位的校正作用，确保下一时刻中间变量预测值W(s)能逼近再热汽温的中间量；由中间变量预测值W(s)产生反馈信号，构建PID控制回路，实现对再热汽温过程快变环节进行调节。由于引入了下一时刻误差预估补偿值F(s)，中间变量预测值W(s)作为反馈量含有扰动以及模型误差信息，因此可以通过预测回路PID控制器2进行控制。
在双闭环控制结构中，以中间变量预测值W(s)作为反馈，设计预测回路PID控制器2，产生再热汽温的烟气挡板开度控制量，得到下一时刻烟气挡板开度。在PID控制器引入时间常数小、相位超前补偿较小的预测回路PID控制器2：
其中KP1为预测回路PID控制器2的增益，τc1为预测回路PID控制器2的时间常数、λ1为预测回路PID控制器2的相位补偿因子；在预测回路PID控制器2中，λ1取小，以适应快速特性。
本发明采用的预测回路PID控制器2为：
其中KP1＝0.005为预测回路PID控制器2的增益，τc1＝2为预测回路PID控制器2的时间常数，λ1＝20为预测回路PID控制器2的相位补偿因子。
在双闭环控制结构中，以再热汽温测量值Y(s)作为反馈，设计积分增强型PID控制器1，其输出量作为内环预测回路的设定值。在外环的PID控制器中引入积分增强模块，加快积分速率，形成一种积分增强型PID控制器1，实现对误差的高效调节，确保快速性的同时，克服超调。
常规的积分器为当系统具有大时滞或大惯性时，系统的响应速度与超调存在矛盾。原因在于，积分控制作用经过较长时间才能调节系统输出，调节作用滞后，为了加快调节响应速度，需要加快误差的积分速率，为此提出一种积分增强型积分器：
其中GLead(s)为稳态增益为1(即GLead(0)＝1)的相位超前补偿器，这样能够提前将误差引入积分器，提升积分调节效率。
该增强型积分器将直接引入外环的PID控制器中，
其中KP2为积分增强型PID控制器1的增益，τc2为积分增强型PID控制器1的时间常数，λ2为积分增强型PID控制器1的相位补偿因子；在积分增强型PID控制器1中，λ2取大，以适应慢变环节。
本发明采用的积分增强型PID控制器1为：
其中为积分增强型PID控制器1的增益，τc2＝9.1为积分增强型PID控制器1的时间常数，λ2＝91为积分增强型PID控制器1的相位补偿因子。
由于外环主要控制系统的慢变环节，具有时滞，大惯性特性。为与之匹配，积分增强型PID控制器1的时间常数τc2相应取大。由于内环设计响应速度快，外环设计响应速度慢，PID控制器参数满足：
τc1＜τc2，λ1＜λ2
实例中，取一个特例：其中T1和T2为分子、分母时间常数，要求T2大于/>的等效时间常数。
本发明采用的特例为提升误差的积分效率，从而加快调节响应速度。
所以预测回路PID控制器2的时间常数小于积分增强型PID控制器1的时间常数；预测回路PID控制器2的相位补偿因子小于积分增强型PID控制器1的相位补偿因子。
搭建模型验证方法的有效性，使用所给出的系统的近似模型，对未加入增强型积分模块的预测型双闭环控制结构与普通的串级PID结构仿真进行对比，其中未加入增强型积分模块的PID控制器参数设置为：
误差补偿器5参数设置为：
输入为一个0秒时开始的终值为100的阶跃信号，设置仿真时间为12000秒，在8000秒时加入一个终值为100的阶跃信号模拟扰动，仿真步长为1秒的固定步长，烟气挡板开度控制量为500时对应100％开度。
如图3和图4所示，在simulink中仿真得到的未加入增强型积分模块的预测型双闭环控制结构的响应曲线以及普通的串级PID结构的响应曲线。经过仿真验证，串级控制下，烟气挡板开度控制量在不断振动，出口汽温也无法稳定跟踪设定值，引入了未加入增强型积分模块的预测型双闭环控制结构之后，提高了系统的收敛性，原本用串级PID振荡发散的系统现在可以收敛了，但超调稍大，并且收敛很慢，在8000秒扰动加入时还没有完全跟踪给定值。
验证了未加入增强型积分模块的预测型双闭环控制结构对于控制性能的提升之后，在此基础上加入增强型积分模块并进行仿真比较，抗扰PID参数与仿真设置参数不变，其中，增强型积分器的参数为：
如图5和图6所示，在simulink中仿真得到未加入增强型积分模块的预测型双闭环控制结构的响应曲线以及加入增强型积分模块的预测型双闭环控制结构的响应曲线。经过仿真验证，两种结构都能保证在到达调节时间后烟气挡板开度控制量的稳定输出，在未加入增强型积分模块的预测型双闭环控制结构的基础上引入增强型积分器的结构，从而构建一种预测型双闭环控制结构与增强积分的控制结构，不但保证了曲线的快速性与稳定性，响应曲线上升速度较快，且几乎消除了出口汽温的超调，同时抗扰能力也有所提升。本发明所提出的设计方法，充分考虑了再热汽温控制中大时滞、大惯性等特点，针对性的引入双闭环预测控制结构，积分增强模块等设计，使温度尽可能平稳的跟踪给定值。
本发明提供的双闭环控制结构能够效克服模型误差带来的内扰和系统运行中出现的外扰，能够加快再热汽温控制响应速度、提升控制性能。构建一种基于中间变量预测的双闭环PID控制结构，以应对再热汽温控制过程中的高阶、大惯性、大滞后、中间量不可测的特性。利用系统快变环节的标称模型实现再热汽温中间量的预测控制，由于系统快变环节中不含有大时滞项，因此在跟踪再热汽温中间量时可以达到更精确的跟踪效果。利用系统的标称模型实现对扰动的预估补偿，通过系统输出与系统标称模型的输出作比较，可以将扰动及时的给到控制器进行控制，并且误差补偿器的加入可以产生超前相位的校正作用，使系统带宽增大，响应速度加快。外环引入增强型积分模块，加快积分速率，使得系统跟踪给定值的性能进一步提升。
实施例二
为了执行上述实施例一对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，下面提供了一种基于双闭环控制结构的再热汽温控制系统。
该系统包括：
当前时刻再热汽温测量值获取模块，用于根据当前时刻烟气挡板开度，通过再热汽温过程产生当前时刻再热汽温测量值。
当前时刻再热汽温预测值获取模块，用于根据当前时刻烟气挡板开度，利用快变环节标称模型4、慢变环节标称模型3和误差补偿器5得到当前时刻再热汽温预测值；误差补偿器5产生当前时刻误差预估补偿值；快变环节标称模型4和误差补偿器5共同产生当前时刻中间变量预测值。
下一时刻误差预估补偿值获取模块，用于根据当前时刻再热汽温预测值和当前时刻再热汽温测量值的误差，利用误差补偿器5得到下一时刻误差预估补偿值。
下一时刻中间变量预测值确定模块，用于根据快变环节标称模型4输出的前向预估值和下一时刻误差预估补偿值确定下一时刻中间变量预测值。
中间变量目标值获取模块，用于根据再热汽温目标值和当前时刻再热汽温测量值的误差，利用积分增强型PID控制器得到中间变量目标值。
下一时刻烟气挡板开度计算模块，用于根据中间变量目标值和下一时刻中间变量预测值，利用预测回路PID控制器得到下一时刻烟气挡板开度。
下一时刻再热汽温测量值，用于根据下一时刻烟气挡板开度，通过再热汽温过程控制再热汽温，得到下一时刻再热汽温测量值。
下一时刻误差预估补偿值获取模块，具体包括：
误差计算单元，用于根据Eb(s)＝Y(s)-Yb(s)计算当前时刻再热汽温预测值和当前时刻再热汽温测量值的误差，其中，Y(s)为当前时刻再热汽温测量值，Yb(s)为当前时刻再热汽温预测值，s为控制理论中常用的复频域变量。
下一时刻误差预估补偿值计算单元，用于根据F(s)＝Gf(s)*Eb(s)计算下一时刻误差预估补偿值，其中，Gf(s)为误差补偿器5，Eb(s)为当前时刻再热汽温预测值和当前时刻再热汽温测量值的误差。
下一时刻中间变量预测值确定模块，具体包括：
下一时刻中间变量预测值计算单元，用于根据 计算下一时刻中间变量预测值，其中，Y0(s)为前向预估值，F(s)为下一时刻误差预估补偿值，/>为快变环节标称模型4，U1(s)为当前时刻初始烟气挡板开度，Gf(s)为误差补偿器5，Eb(s)为当前时刻再热汽温预测值和当前时刻再热汽温测量值的误差，s为控制理论中常用的复频域变量。
实施例三
本发明实施例三提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，该存储器用于存储计算机程序，该处理器运行计算机程序以使电子设备执行实施例一的基于双闭环控制结构的再热汽温控制方法。
上述电子设备可以是服务器。
实施例四
本发明实施例四提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现实施例一的基于双闭环控制结构的再热汽温控制方法。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种基于双闭环控制结构的再热汽温控制方法，其特征在于，所述双闭环控制结构包括积分增强型PID控制器、预测回路PID控制器、慢变环节标称模型、快变环节标称模型和误差补偿器；所述方法包括：
根据当前时刻烟气挡板开度，通过再热汽温过程产生当前时刻再热汽温测量值；
根据当前时刻烟气挡板开度，利用所述快变环节标称模型、所述慢变环节标称模型和所述误差补偿器得到当前时刻再热汽温预测值；所述误差补偿器产生当前时刻误差预估补偿值；所述快变环节标称模型和所述误差补偿器共同产生当前时刻中间变量预测值；
根据所述当前时刻再热汽温预测值和当前时刻再热汽温测量值的误差，利用所述误差补偿器得到下一时刻误差预估补偿值；
根据所述快变环节标称模型输出的前向预估值和所述下一时刻误差预估补偿值确定下一时刻中间变量预测值；
根据再热汽温目标值和所述当前时刻再热汽温测量值的误差，利用所述积分增强型PID控制器得到中间变量目标值；
根据所述中间变量目标值和所述下一时刻中间变量预测值，利用所述预测回路PID控制器得到下一时刻烟气挡板开度；
根据下一时刻烟气挡板开度，通过再热汽温过程控制再热汽温，得到下一时刻再热汽温测量值。
2.根据权利要求1所述的再热汽温控制方法，其特征在于，根据所述当前时刻再热汽温预测值和当前时刻再热汽温测量值的误差，利用所述误差补偿器得到下一时刻误差预估补偿值，具体包括：
根据Eb(s)＝Y(s)-Yb(s)计算所述当前时刻再热汽温预测值和所述当前时刻再热汽温测量值的误差，其中，Y(s)为所述当前时刻再热汽温测量值，Yb(s)为所述当前时刻再热汽温预测值，s为控制理论中常用的复频域变量；
根据F(s)＝Gf(s)*Eb(s)计算所述下一时刻误差预估补偿值，其中，Gf(s)为所述误差补偿器，Eb(s)为所述当前时刻再热汽温预测值和所述当前时刻再热汽温测量值的误差。
3.根据权利要求1所述的再热汽温控制方法，其特征在于，根据所述快变环节标称模型输出的前向预估值和所述下一时刻误差预估补偿值确定下一时刻中间变量预测值，具体包括：
根据计算所述下一时刻中间变量预测值，其中，Y0(s)为所述前向预估值，F(s)为所述下一时刻误差预估补偿值，为所述快变环节标称模型，U1(s)为当前时刻初始烟气挡板开度，Gf(s)为所述误差补偿器，Eb(s)为所述当前时刻再热汽温预测值和所述当前时刻再热汽温测量值的误差，s为控制理论中常用的复频域变量。
4.根据权利要求1所述的再热汽温控制方法，其特征在于，所述预测回路PID控制器的时间常数小于所述积分增强型PID控制器的时间常数；所述预测回路PID控制器的相位补偿因子小于所述积分增强型PID控制器的相位补偿因子。
5.一种基于双闭环控制结构的再热汽温控制系统，其特征在于，所述双闭环控制结构包括积分增强型PID控制器、预测回路PID控制器、慢变环节标称模型、快变环节标称模型和误差补偿器；所述系统包括：
当前时刻再热汽温测量值获取模块，用于根据当前时刻烟气挡板开度，通过再热汽温过程产生当前时刻再热汽温测量值；
当前时刻再热汽温预测值获取模块，用于根据当前时刻烟气挡板开度，利用所述快变环节标称模型、所述慢变环节标称模型和所述误差补偿器得到当前时刻再热汽温预测值；所述误差补偿器产生当前时刻误差预估补偿值；所述快变环节标称模型和所述误差补偿器共同产生当前时刻中间变量预测值；
下一时刻误差预估补偿值获取模块，用于根据所述当前时刻再热汽温预测值和当前时刻再热汽温测量值的误差，利用所述误差补偿器得到下一时刻误差预估补偿值；
下一时刻中间变量预测值确定模块，用于根据所述快变环节标称模型输出的前向预估值和所述下一时刻误差预估补偿值确定下一时刻中间变量预测值；
中间变量目标值获取模块，用于根据再热汽温目标值和所述当前时刻再热汽温测量值的误差，利用所述积分增强型PID控制器得到中间变量目标值；
下一时刻烟气挡板开度计算模块，用于根据所述中间变量目标值和所述下一时刻中间变量预测值，利用所述预测回路PID控制器得到下一时刻烟气挡板开度；
下一时刻再热汽温测量值，用于根据下一时刻烟气挡板开度，通过再热汽温过程控制再热汽温，得到下一时刻再热汽温测量值。
6.根据权利要求5所述的再热汽温控制系统，其特征在于，所述下一时刻误差预估补偿值获取模块，具体包括：
误差计算单元，用于根据Eb(s)＝Y(s)-Yb(s)计算所述当前时刻再热汽温预测值和所述当前时刻再热汽温测量值的误差，其中，Y(s)为所述当前时刻再热汽温测量值，Yb(s)为所述当前时刻再热汽温预测值，s为控制理论中常用的复频域变量；
下一时刻误差预估补偿值计算单元，用于根据F(s)＝Gf(s)*Eb(s)计算所述下一时刻误差预估补偿值，其中，Gf(s)为所述误差补偿器，Eb(s)为所述当前时刻再热汽温预测值和所述当前时刻再热汽温测量值的误差。
7.根据权利要求5所述的再热汽温控制系统，其特征在于，所述下一时刻中间变量预测值确定模块，具体包括：
下一时刻中间变量预测值计算单元，用于根据 计算所述下一时刻中间变量预测值，其中，Y0(s)为所述前向预估值，F(s)为所述下一时刻误差预估补偿值，/>为所述快变环节标称模型，U1(s)为当前时刻初始烟气挡板开度，Gf(s)为所述误差补偿器，Eb(s)为所述当前时刻再热汽温预测值和所述当前时刻再热汽温测量值的误差，s为控制理论中常用的复频域变量。
8.根据权利要求5所述的再热汽温控制系统，其特征在于，所述预测回路PID控制器的时间常数小于所述积分增强型PID控制器的时间常数；所述预测回路PID控制器的相位补偿因子小于所述积分增强型PID控制器的相位补偿因子。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行权利要求1-4中任一项所述的基于双闭环控制结构的再热汽温控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的基于双闭环控制结构的再热汽温控制方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311044755.7A CN116880156A (zh) | 2023-08-18 | 2023-08-18 | 基于双闭环控制结构的再热汽温控制方法、系统及设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311044755.7A CN116880156A (zh) | 2023-08-18 | 2023-08-18 | 基于双闭环控制结构的再热汽温控制方法、系统及设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116880156A true CN116880156A (zh) | 2023-10-13 |
Family
ID=88262275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311044755.7A Pending CN116880156A (zh) | 2023-08-18 | 2023-08-18 | 基于双闭环控制结构的再热汽温控制方法、系统及设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116880156A (zh) |
-
2023
- 2023-08-18 CN CN202311044755.7A patent/CN116880156A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Cirre et al. | Feedback linearization control for a distributed solar collector field | |
| JP2517354B2 (ja) | 被修正スミス予測手段を使用する蒸気温度制御 | |
| CN104570729A (zh) | 一种改进型的Smith预估控制器 | |
| Zhao et al. | A nonlinear industrial model predictive controller using integrated PLS and neural net state-space model | |
| CN110501909B (zh) | 基于扰动观测器的增强鲁棒特性的模糊预测控制方法 | |
| CN101382773A (zh) | 抗时滞伪比例积分控制系统和方法 | |
| CN103322553A (zh) | 一种火电机组过热汽温多模型扰动估计预测控制方法 | |
| CN111413865B (zh) | 一种扰动补偿的单回路过热汽温自抗扰控制方法 | |
| CN110955143A (zh) | 一种一阶惯性纯滞后过程的复合控制方法 | |
| JP2001117603A (ja) | 制御演算装置及び制御演算方法 | |
| Ren et al. | Feedforward feedback pitch control for wind turbine based on feedback linearization with sliding mode and fuzzy PID algorithm | |
| CN109062040A (zh) | 基于系统嵌套优化的预测pid方法 | |
| CN105786034B (zh) | 一种锅炉脱硝出口氮氧化物含量的控制系统及方法 | |
| Li et al. | Control design for arbitrary complex nonlinear discrete-time systems based on direct NNMRAC strategy | |
| CN116880156A (zh) | 基于双闭环控制结构的再热汽温控制方法、系统及设备 | |
| US5796608A (en) | Self controllable regulator device | |
| Lian | Main steam temperature control based on variable universe fuzzy dynamic matrix control | |
| Mendoza-Avila et al. | Adaptive continuous twisting algorithm of third order | |
| CN114035430A (zh) | 一种基于预测控制的脱硫系统pH值控制系统及方法 | |
| CN113900376B (zh) | 一种燃机机组功频调节控制方法及装置 | |
| Ming-Xia et al. | Research on control algorithms of systems with long time delay | |
| CN115542739B (zh) | 一种预估自抗扰控制系统及其设计方法和参数整定方法 | |
| CN113690874B (zh) | 一种多区域电力系统的无模型自适应负荷频率控制方法 | |
| CN116557095A (zh) | 一种燃气蒸汽联合循环机组燃机负荷设定值确定方法 | |
| Chen et al. | The improved Fuzzy-Smith compensator based on modeling error for network control system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |