單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制策略研究
宣麗萍
（黑龍江科技學(xué)院電信學(xué)院，黑龍7f哈爾濱i50027）
摘 要：針對(duì)單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)多變量、強(qiáng)耦合、時(shí)變、滯后大的特點(diǎn)，提出一種采用串聯(lián)后補(bǔ)償單向解耦后加入pid控制器自整定的控制策略。該控制策略首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)后補(bǔ)償買(mǎi)現(xiàn)完全解耦，并通過(guò)單向解耦對(duì)解耦系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，然后把多變量的控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為多個(gè)單變量，再對(duì)各個(gè)單變量加入pid控制器進(jìn)行自整定：通過(guò)對(duì)125 mw單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的仿真分析可知，這種方法有效消除了輸入與輸出之間的強(qiáng)耦合帶來(lái)的不利影響，使系統(tǒng)輸出穩(wěn)定，控制效果好。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)卧獧C(jī)組；協(xié)調(diào)控制；解耦；串聯(lián)補(bǔ)償器；pid
中圖分類(lèi)號(hào)：tp 27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a
1引言
大型火力發(fā)電機(jī)組都是以鍋爐、汽輪機(jī)組成單元機(jī)組進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，它具有多變量、強(qiáng)耦舍、時(shí)變、滯后大等特點(diǎn)，因此，其控制策略的設(shè)計(jì)直接決定了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。常規(guī)的協(xié)調(diào)控制方案主要是采取簡(jiǎn)單的串聯(lián)解耦補(bǔ)償措施，難以滿足協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)高質(zhì)量的控制要求。
近幾年來(lái)，隨著控制理論的發(fā)展，新的控制策略不斷涌現(xiàn)，如基于遺傳算法和模糊推理的方法。多模型自適應(yīng)控制、drnn及改進(jìn)型解耦方法、多變量模型預(yù)測(cè)控制等，但這些方法普遍存在控制策略結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且當(dāng)被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型發(fā)生變化時(shí)控制的效果就會(huì)變差等缺點(diǎn)。且目前應(yīng)用的單變量pid自整定技術(shù)雖明顯地改進(jìn)了控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果，縮短了控制系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間。但由于多變量過(guò)程與單變量過(guò)程在性質(zhì)上存在著本質(zhì)的區(qū)別，所以單變量pid自整定方法難以用于多變量過(guò)程。為此，本文提出一種采用單向串聯(lián)補(bǔ)償法解耦后加人多個(gè)單變量pid控制器自整定的方法，這種方法將會(huì)顯著地改進(jìn)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)，提高企業(yè)的生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益。
2單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的組成
單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可認(rèn)為是一種二級(jí)遞階控制系統(tǒng)。系統(tǒng)簡(jiǎn)化框圖，如圖1所示。
其中，機(jī)爐協(xié)調(diào)控制器是一個(gè)多變量控制器，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，可產(chǎn)生指揮機(jī)爐控制器動(dòng)作的鍋爐指令和汽機(jī)指令，控制處于局部控制級(jí)的子系統(tǒng)包括鍋爐燃料控制系統(tǒng)、風(fēng)量控制系統(tǒng)、汽輪機(jī)功率、頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及直流鍋爐的給水控制系統(tǒng)，從而完成指定的控制任務(wù)。
3單元機(jī)組動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型
汽包鍋爐單元機(jī)組在保持燃燒穩(wěn)定、保持爐膛壓力、給水流量與蒸汽流量相平衡且主蒸汽溫度控制相對(duì)獨(dú)立的前提下可簡(jiǎn)化為一個(gè)具有雙輸入雙輸出的被控對(duì)象，如圖2所示。
圖中，機(jī)組的輸出功率ⅳ和機(jī)前壓力pt為被控量；主汽門(mén)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度μ和燃料量b為控制量；gnμ和gnr分別為發(fā)電機(jī)實(shí)發(fā)功率對(duì)開(kāi)度和燃料量的傳遞函數(shù)；gpμ和gpb分別為機(jī)前壓力對(duì)開(kāi)度和燃料量的傳遞函數(shù)。
假定系統(tǒng)為線性集中參數(shù)系統(tǒng)，則單元機(jī)組受控過(guò)程動(dòng)態(tài)特性可由下式表示：
4單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)解耦設(shè)計(jì)
解耦設(shè)計(jì)的基本原理在于設(shè)置一個(gè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，用以抵消存在于各回路之間的關(guān)聯(lián)，以使各被控量能實(shí)現(xiàn)單變量控制，把多變量控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為多個(gè)單變量控制問(wèn)題來(lái)處理。
1)解耦控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型研究對(duì)象為125 mw單元機(jī)組，鍋爐為高溫、亞臨界壓力、中間再熱、自然循環(huán)、單爐膛前后對(duì)沖燃燒、燃燥粉汽包鍋爐，汽輪機(jī)為單軸、三缸、兩排汽、再熱、凝汽沖動(dòng)式。由圖2可知，其近似數(shù)學(xué)模型為
給定在********工況下的數(shù)學(xué)模 |
