單元機組協(xié)調控制系統(tǒng)控制策略研究
宣麗萍
（黑龍江科技學院電信學院，黑龍7f哈爾濱i50027）
摘 要：針對單元機組協(xié)調控制系統(tǒng)多變量、強耦合、時變、滯后大的特點，提出一種采用串聯(lián)后補償單向解耦后加入pid控制器自整定的控制策略。該控制策略首先對系統(tǒng)進行串聯(lián)后補償買現(xiàn)完全解耦，并通過單向解耦對解耦系統(tǒng)進行簡化，然后把多變量的控制問題轉化為多個單變量，再對各個單變量加入pid控制器進行自整定：通過對125 mw單元機組協(xié)調控制系統(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耦合帶來的不利影響，使系統(tǒng)輸出穩(wěn)定，控制效果好。
關鍵詞：單元機組；協(xié)調控制；解耦；串聯(lián)補償器；pid
中圖分類號：tp 27 文獻標識碼：a
1引言
大型火力發(fā)電機組都是以鍋爐、汽輪機組成單元機組進行協(xié)調控制，它具有多變量、強耦舍、時變、滯后大等特點，因此，其控制策略的設計直接決定了協(xié)調控制系統(tǒng)的控制品質。常規(guī)的協(xié)調控制方案主要是采取簡單的串聯(lián)解耦補償措施，難以滿足協(xié)調控制系統(tǒng)高質量的控制要求。
近幾年來，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。多模型自適應控制、drnn及改進型解耦方法、多變量模型預測控制等，但這些方法普遍存在控制策略結構復雜，且當被控對象數(shù)學模型發(fā)生變化時控制的效果就會變差等缺點。且目前應用的單變量pid自整定技術雖明顯地改進了控制系統(tǒng)的應用效果，縮短了控制系統(tǒng)的調試時間。但由于多變量過程與單變量過程在性質上存在著本質的區(qū)別，所以單變量pid自整定方法難以用于多變量過程。為此，本文提出一種采用單向串聯(lián)補償法解耦后加人多個單變量pid控制器自整定的方法，這種方法將會顯著地改進控制系統(tǒng)的控制品質，提高企業(yè)的生產率和經濟效益。
2單元機組協(xié)調控制系統(tǒng)的組成
單元機組協(xié)調控制系統(tǒng)可認為是一種二級遞階控制系統(tǒng)。系統(tǒng)簡化框圖，如圖1所示。
其中，機爐協(xié)調控制器是一個多變量控制器，是整個系統(tǒng)的核心部分，可產生指揮機爐控制器動作的鍋爐指令和汽機指令，控制處于局部控制級的子系統(tǒng)包括鍋爐燃料控制系統(tǒng)、風量控制系統(tǒng)、汽輪機功率、頻率調節(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。
3單元機組動態(tài)數(shù)學模型
汽包鍋爐單元機組在保持燃燒穩(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獨立的前提下可簡化為一個具有雙輸入雙輸出的被控對象，如圖2所示。
圖中，機組的輸出功率ⅳ和機前壓力pt為被控量；主汽門調節(jié)閥開度μ和燃料量b為控制量；gnμ和gnr分別為發(fā)電機實發(fā)功率對開度和燃料量的傳遞函數(shù)；gpμ和gpb分別為機前壓力對開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)，則單元機組受控過程動態(tài)特性可由下式表示：
4單元機組協(xié)調控制系統(tǒng)解耦設計
解耦設計的基本原理在于設置一個補償網絡，用以抵消存在于各回路之間的關聯(lián)，以使各被控量能實現(xiàn)單變量控制，把多變量控制問題轉化為多個單變量控制問題來處理。
1)解耦控制系統(tǒng)的數(shù)學模型研究對象為125 mw單元機組，鍋爐為高溫、亞臨界壓力、中間再熱、自然循環(huán)、單爐膛前后對沖燃燒、燃燥粉汽包鍋爐，汽輪機為單軸、三缸、兩排汽、再熱、凝汽沖動式。由圖2可知，其近似數(shù)學模型為
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