自抗擾控制技術(shù)在火電廠主汽溫度控制上的仿真應(yīng)用

李 洋 陳樹(shù)昌 方 元

（華北電力大學(xué) 控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，河北 保定071003）

0 引言

在超臨界大型火電機(jī)組中，主蒸汽溫度的控制直接影響機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性。目前主蒸汽溫度控制一般采用傳統(tǒng)串級(jí)PID 控制方案。 隨著控制品質(zhì)與精度的要求越來(lái)越高，對(duì)象復(fù)雜程度也是與日俱增， 仍然采用傳統(tǒng)串級(jí)PID 方案控制難以達(dá)到令人滿意的控制效果。為了彌補(bǔ)這一不足，自抗擾控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，本文建立一種基于自抗擾控制器的一種主汽溫控制方案，并在simulink 仿真平臺(tái)上進(jìn)行仿真試驗(yàn)。

1 自抗擾控制基本原理

自抗擾控制器由跟蹤微分器（TD）、擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(ESO)、非線性誤差反饋控制律（NLSEF）三個(gè)核心模塊構(gòu)成。

1.1 跟蹤微分器

跟蹤微分器的作用是對(duì)給定的輸入信號(hào)v0產(chǎn)生輸入信號(hào)的跟蹤信號(hào)和輸入信號(hào)的微分信號(hào)。

1.2 擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器

擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的作用是對(duì)控制量u 和輸出信號(hào)y 作為兩個(gè)輸入進(jìn)行觀測(cè)，得出兩個(gè)估計(jì)狀態(tài)變量和對(duì)系統(tǒng)內(nèi)擾和外擾的總擾動(dòng)估計(jì)值。

1.3 非線性誤差反饋控制律

TD 產(chǎn)生的跟蹤信號(hào)和微分信號(hào)與ESO 兩個(gè)估計(jì)量做差。 合理調(diào)節(jié)兩個(gè)誤差量系數(shù)通過(guò)一個(gè)非線性計(jì)算形成控制信號(hào)u0。

2 針對(duì)主汽溫的自抗擾控制仿真試驗(yàn)

圖1 兩種控制器的階躍擾動(dòng)響應(yīng)曲線對(duì)比

本文采用串級(jí)控制策略，主回路采用ADRC 控制器，副回路采用PID 控制器。 在simulink 上搭建仿真模型。 導(dǎo)前區(qū)惰性區(qū)選取文獻(xiàn)[1]75%負(fù)荷下模型。 控制器參數(shù)設(shè)定好后進(jìn)行階躍響應(yīng)和擾動(dòng)試驗(yàn)：輸入單位階躍信號(hào)， 設(shè)置仿真時(shí)間為4000s， 在2000s 處加入一個(gè)幅值w=0.8 的減溫水側(cè)階躍擾動(dòng)，兩種方案系統(tǒng)響應(yīng)曲線如圖1。

仿真結(jié)果表明， 兩種控制方案都能達(dá)到穩(wěn)定控制目的。 PID-PID控制開(kāi)始響應(yīng)速度比較快， 但是波動(dòng)幅度太大， 且調(diào)節(jié)時(shí)間明顯比ADRC-PID 調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)。 在同等情況的擾動(dòng)下，ADRC-PID 控制擾動(dòng)幅度更小且調(diào)節(jié)時(shí)間更快，顯示出了更好的抗擾動(dòng)能力。

魯棒性試驗(yàn)：兩控制器參數(shù)不變，將主汽溫被控對(duì)象分別設(shè)置為額定負(fù)荷37%、50%、75%、100%下的動(dòng)態(tài)模型， 單位階躍輸入下響應(yīng)曲線如下（圖2）：

圖2 自ADRC 在四種額定負(fù)荷下魯棒性響應(yīng)曲線對(duì)比

仿真試驗(yàn)結(jié)果表明， 除37%額定負(fù)荷下響應(yīng)曲線振蕩時(shí)間較長(zhǎng)，超調(diào)量較大，其余三種額定負(fù)荷曲線過(guò)渡時(shí)間都比較短，沒(méi)有出現(xiàn)較大振蕩。但四條曲線最終都會(huì)達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)，沒(méi)有出現(xiàn)發(fā)散結(jié)果。所以具有很強(qiáng)的魯棒性。

3 結(jié)論

通過(guò)simulink 仿真試驗(yàn)結(jié)果可以看出自抗擾控制技術(shù)在大遲延、大慣性、 擾動(dòng)多等特點(diǎn)的主汽溫度控制系統(tǒng)中顯示了很強(qiáng)的抗干擾性、適應(yīng)性和魯棒性，達(dá)到了更好的調(diào)節(jié)品質(zhì)的目的，具有很好的應(yīng)用前景。

［1］范永勝，徐治皋.基于動(dòng)態(tài)特性機(jī)理分析的鍋爐過(guò)熱汽溫自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，1997，17（01）：23-28.