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：針對單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)多變量、強(qiáng)耦合、時變、滯后大的特點，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。該控制策略首先對系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)后補(bǔ)償買現(xiàn)完全解耦，并通過單向解耦對解耦系統(tǒng)進(jìn)行簡化，然后把多變量的控制問題轉(zhuǎn)化為多個單變量，再對各個單變量加入pid控制器進(jìn)行自整定：通過對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)耦合帶來的不利影響，使系統(tǒng)輸出穩(wěn)定，控制效果好。
關(guān)鍵詞：單元機(jī)組；協(xié)調(diào)控制；解耦；串聯(lián)補(bǔ)償器；pid
中圖分類號：tp 27 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：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、時變、滯后大等特點，因此，其控制策略的設(shè)計直接決定了協(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，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)被控對象數(shù)學(xué)模型發(fā)生變化時控制的效果就會變差等缺點。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)試時間。但由于多變量過程與單變量過程在性質(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單變量pid控制器自整定的方法，這種方法將會顯著地改進(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)為是一種二級遞階控制系統(tǒng)。系統(tǒng)簡化框圖，如圖1所示。
其中，機(jī)爐協(xié)調(diào)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(chǎn)生指揮機(jī)爐控制器動作的鍋爐指令和汽機(jī)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(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(jī)組的輸出功率ⅳ和機(jī)前壓力pt為被控量；主汽門調(diào)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(jī)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(jī)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(jī)組受控過程動態(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
解耦設(shè)計的基本原理在于設(shè)置一個補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，用以抵消存在于各回路之間的關(guān)聯(lián)，以使各被控量能實現(xiàn)單變量控制，把多變量控制問題轉(zhuǎn)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(xué)模型研究對象為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 |
