基于状态变量多模型的主汽温控制系统.pdf

第 25卷第 9期 电 力 科 学 与 工 程 Vo1．25，No．9 2009年9月 ElectricPowerScienceandEngineering Sep．，2009 基于状态变量多模型的主汽温控制系统 董 泽，张 倩，王东风，韩 璞 (华北电力大学控制科学与工程学院，河北保定071003) 摘要：针对主汽温系统大惯性、非线性的特点，提出了基于状态变量多模型的控制方案，即先采用状态反 馈补偿主汽温系统的惯性，同时调整状态反馈系数矩阵，使得补偿后被控对象开环稳态增益稳定不变：再 针对不同工况下对象特性的变化，对各工况控制子系统进行模态综合，以PID作为控制器，实现大范围控 制。对主汽温系统的仿真结果表明，该方案可以较好地解决系统的大惯性和非线性问题。 关键词：主汽温；多模型控制；状态观测器；状态反馈 中图分类号：TK323 文献标识码：A 由于状态变量和多模型分别可以解决系统大惯 0 引 言 性和非线性的控制 问题，因此本文提出了基于状态 变量多模型的控制方案。以主汽温系统作为模型进 在现代火力发电厂控制中，过热汽温是火力机 行仿真，结果表明该方案可以很好地应用于主汽温 组热力系统中重要的参数，其控制品质的优劣直接 系统。 影响到机组的安全性和经济性n。汽温控制一直是 火电厂模拟量控制系统的难点，这主要是因为过热 1 主汽温对象的动态数学模型 汽温对象具有大迟延和对象参数随负荷变化等特 点。当负荷发生变化时，主汽温系统的动态特性变 状态变量控制和多模型控制都是基于被控对象 化显著，常规的控制难以获得好的控制品质。 数学模型的。本文采用的主汽温被控对象数学模型 从2O世纪60年代发展起来的现代控制理论， 如表 l所示n“，该模型是在5个工况下测量得到。 已经在许多控制领域显示出相对于经典控制理论的 表 1 高温过热器动态特性数学模型 优越性，并在现代工业控制中发挥着重要作用。现 代控制理论可以用系统内部的状态来描述系统。采 用状态反馈，不但可 以实现闭环系统极点的任意配 置，而且是构成线性最优调节器的主要手段。文献 [2～7】将状态反馈应用于电厂的主汽温和协调控制 系统中，取得了良好的控制效果。 在 日常生活中解决复杂 问题，人们常常不 自觉 地运用分解合成法则。对于复杂系统的控制问题， 2 基于状态变量多模型的主汽温控制系统 上述法则同样具有借鉴性。将复杂非线性问题分解 为若干简单的线性问题，继而针对各线性问题进行 2．1状态变量多模型控制方案 求解以获得 良好的建模与控制效果，这就出现了多 由于主汽温系统的大惯性以及非线性，普通的 模型控制策略喁 。主汽温控制系统是典型的多模 串级控制并不能得到满意的效果，为此引入状态变 型系统。 量控制。状态反馈可以实现闭环系统极点的任意配 收稿 日期：2009—04-01． 作者简介：董泽 (1970一)，男，华北电力大学控制科学与工程学院副教授 第 9期 董 泽，等 基于状态变量多模型的主汽温控制系统 49 置，改善被控对象的动态特性。这样，不仅可以补 观测器的增益矩阵。 偿被控对象的大惯性，还可以缩小各工况子系统之 设被控对象的状态空间表达式为 间的差异，只要对状态反馈系数加以调整，就可使 得补偿后被控对象开环稳态增益始终是一个稳定 { ㈩ 值。由于 PID 控制器对被控对象开环增益的敏感 取