控制方案的仿真研究-先进控制系统研究所.pdfVIP

维普资讯 东 北 电 力 学 院 学 报 第 25卷第 4期 JournalOfNortheastChina Vo1．25．No．4 2005年 8月 InstituteOfElectricPowerEngineering Aug．，2005 文章编号：1005—2992(2005)04—001l一05 锅炉汽包水位 MFAC．PID串级 控制方案的仿真研究 李传庆 ，刘广生2 (1．东北电力学院 自动化工程学院，吉林 吉林 132012；2．东北电力学院人事处，吉林 吉林 132012) 摘 要：针对被控对象特点改进了MFAC中的泛模型，给出的广义泛模型更好的处理被控对象中 大的、不确定滞后。提出了锅炉汽包水位 MFAC．PID串级控制方案 ，即内回路采用 PID控制快速消除 给水过程中的内在扰动，外回路采用带有前馈补偿的MFAC，可有效克服汽包水位系统中的蒸汽流量的 外在扰动，同时实现无静差控制。计算机仿真结果表明该控制方案的有效性和实用性。 关 键 词：无模型 自适应控制 (MFAC)；汽包水位控制；串级控制；PID控制 中图分类号：TK224 文献标识码：A 0 引 言 锅炉汽包水位是锅炉运行中的一个重要的监控参数，它间接反映了锅炉蒸汽负荷与给水流量之间 的平衡关系，维持汽包水位在正常的范围是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。汽包水位过高，会 影响汽包内汽水分离装置的正常工作，容易烧坏过热器；而汽包水位过低，则可能破坏锅炉水循环，造成 水冷壁管烧坏而破裂。目前，锅炉汽包水位控制传统的方法包括：基于 PID控制的单级三冲量，串级三 冲量等…。然而，随着火电机组容量的不断扩大，对给水控制系统提出了更高的要求 ：汽包蓄水量和蒸 发面积减少，加快了汽包水位的变化速度；锅炉容量的扩大，显著提高了锅炉受热面的热负荷，使锅炉负 荷变化对水位的影响加剧，系统动态特性变化幅度较大22【j。对于上述传统的控制方案效果不佳，而且 系统的参数整定困难。为此，一些先进的控制方法(比如：动态矩阵控制、鲁棒控制等)引人了控制系统 的设计。虽然，它们取得了良好的控制效果，但是，它们依然依赖于受控对象的数学模型，整个设计的过 程复杂，需要高级专家完成，而且可移植性差。因此，迫切需要一种控制效果好，算法简单的快速控制方 案。 无模型自适应控制(ModelFreeAdaptiveControl，简称 MFAC)作为一种不依赖于系统数学模型、简 单、有效具有广泛适用性的先进控制方法 ，已经在很多的复杂过程中得以应用，取得了良好的控制效 果 J。MFAC无需对象的数学模型，无需控制器设计，结构简单，参数不需要复杂的人工整定，可移植 性好。由此可见，MFAC保持了PID控制 “简单美”的优点，且效果能与复杂的先进控制相媲美，在工业 界倍受工程师的青睐，被称为二十一世纪 “梦想成真”的控制器 J。 本文首先介绍了MFAC的基本原理。然后，针对受控对象的特点，将 MFAC的泛模型进行了改 收稿 日期：2005．06-29 作者简介：李传庆(1981一)，男，黑龙江齐齐哈尔人 ，东北电力学院自动化工程学院在读研究生。研究方向：无模型 自适应控制 、复 杂系统的多 目标协调与优化控制、网络化控制系统等． 维普资讯 12 东北 电力学院学报 第25卷 进，给出了广义的泛模型以更好的适应给水过程中存在的大的、不确定滞后。将蒸汽流量的扰动通过前 馈补偿引入到 MFAC中，有效克服 “虚假水位”带来的影响。提出了锅炉汽包水位的串级 MFAC．PID 控制方案。 1 无模型 自适应控制 (MFAC)的基本原理 对于一般的SISO离散时间非线性系统可以有 以下描述 ： Y(k+1)=f(u(k)，u(k一1)，…u(k—n)) (1) 其