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内模控制在锅炉燃烧系统中的应用研究 尚继良，王晓燕，于玮 (青岛科技大学 自动化与电子工程学院，山东 青岛 266042) 摘要：针对锅炉燃烧系统具有大纯滞后的特点，设计了一种新型的自适应内模控制器。该控制器以空气量和燃烧量作为输入量，蒸汽压力作为输出量，用户用汽量的变化作为干扰量，并增加滤波器来消除扰动的影响，对锅炉燃烧系统进行控制。仿真结果表明，与普通PID控制比较，本论文设计的内模控制器能大大改善大时滞系统的控制品质，并且抗干扰能力强。 关键词：内模控制；大时滞；PID控制；燃烧系统 Application of Internal Model Control in Boiler Burning System SHANG Ji-liang , WANG Xiao-yan, YU Wei (College of Automation and Electronic Engineering, Qingdao University of Science and Technology, Qingdao 266042, China ) Abstract: This paper designs a new type of adaptive Internal Model Controller, according to the large time delay character of boiler burning system. The inputs of the controler are the air and the fuel, the output is the steam press, the disturbance is the load. And by adding a filter the controller can eliminate the influence of disturbance. The simulation shows that Internal Model Control can improve the characteristics of the control system with large time delay and the ability of disturbance suppressing for Internal Model Control is better than for PID control. Key words：Internal Model Control; large time delay; PID control; Boiler Burning System 在工业锅炉控制中，燃烧系统的控制目标是通过调节燃料和空气量保证蒸汽压力恒定。煤和空气配比燃烧，炉膛温度升高，炉膛温度加热汽包中的水，变成饱和蒸汽，再经过过热器成为过热蒸汽，很明显控制通道长，是一个典型的大滞后系统。如果将控制通道的动态特性近似为一阶或二阶加纯滞后，则时间常数和纯滞后都较大[1]。而大的纯滞后会使控制品质变差：首先调节器的校正作用要滞后一个纯滞后时间，会导致被调参数的最大偏差增大，调节系统的动态质量下降；其次滞后使开环系统的相位滞后增大，必然使闭环系统的振幅和相位裕度减小，而造成闭环系统的稳定性下降。实际应用中用户用气量是非常不稳定的。当蒸汽用量增加时，蒸汽压力下降；反之，蒸汽压力上升。这就需要通过调节燃料来克服扰动，但由于有大滞后的存在，普通PID方法是很难控制的。 针对大纯滞后过程有许多控制算法，由于这些控制算法大都比较复杂，加上锅炉的复杂性和危险性，这些控制算法在锅炉燃烧系统中还没有得到很好的应用。我们根据内模控制能够消除大滞后影响的特点，提出采用内模控制方法来控制锅炉燃烧系统。仿真结果证明，它比PID控制超调量小，稳定性强，具有很强的实用性。 1 内模控制结构及控制器设计 内模控制结构如图1所示，R(s)为给定输入，Y(s)为给定输出，D(s)为干扰输入，C(s)和G(s)分别是常规反馈控制器和被控对象的传递函数，为对象的预测模型。 图1内模控制结构框图 Fig. 1 IMC Structure (1) (2) 如果模型精确，即，且没有扰动，即D(s)=0，则模型的输出可与过程的输出y相等，此时反馈信号为0。这样，在模型精确和无未知输入的条件下，内模控制具有开环结构。也就是说，如果过程完全清楚，并且干扰输入可测，只需要前馈（开环）控制，而不需要反馈（闭环）