文档介绍：锅炉———汽轮机系统的逆系统控制方法

王东风
(华北电力大学动力系河北保定,071003)

摘要:针对非线性锅炉———汽轮机系统各变量间所存在的严重非线性强耦合特征,提出了对其控制的逆系统解耦控制方法,仿真结果表明,采用逆系统控制方法设计的锅炉———汽轮机系统,可在全负荷范围内克服其非线性和严重耦合性,优于其它基于局部工作点所设计的H∝等控制方法。
关键词:锅炉———汽轮机系统多变量系统非线性系统逆系统控制

0 引言
随着电力自动化水平的提高,单元机组锅炉———汽轮机协调控制系统已日益显示出其重要性,它是提高电厂经济效益,实现电网调度自动化的重要环节。因此,对协调控制系统提出了越来越高的要求,如适应大范围的负荷变动,良好的负荷静态和动态跟踪性能。
大多数工程控制系统的核心是PID控制规律,这是因为PID方法不需要被控对象的数学模型,且应用时直观、简洁、易于被控制工程师掌握。但是,PID方法对于多变量非线性强耦合的系统并不能取得良好的控制效果。对于近年来所得到应用的最优控制、解耦控制、自适应控制、H
∝控制等方法,又都是基于线性模型的假设,即仅对系统运行平衡态附近的小范围运动有效。逆系统方法[1]的出现,对于多变量非线性系统的大范围控制提供了一条新的途径,它不象微分几何方法需要求导数、求括号、向量场等较为复杂的数学概念,况且微分几何方法主要只对仿真非线性系统具有较好的解决方案,而逆系统方法物理意义直观,求解时只需代数运算,较易于应用,易于被广大控制工程师所掌握。本文将逆系统方法用于燃油机组协调控制系统的设计。
1 逆系统方法原理
    考虑由状态方程所描述的非线性系统,其一般形式为:
对上述方程的求导过程可分成两步,第一步先对方程(2)进行求导变换,即依次对y1,y2,…,yr求出对时间t的α1,α2,…,αr阶导数,构成新的方程如下:
其中αi(1≤i≤r)的数值按下式定义:
方程(1)构成一个新的系统方程。其状态方程可由式(5)代入()中得到,其输出方程即为(5)。因此,该系统∏:Y→U的方程可用下式表示:
2 机炉协调控制的逆系统方法设计
锅炉———汽轮机系统对象特性
某160MW燃油机组的锅炉———汽轮机系统对象特性为
[2][3]:
其中x1:汽鼓压力(kg/cm2),x2:输出功率(MW),x3:流体密度(kg/m3);
    u1:油阀门位置,u2:控制阀位置,u3:给水执行器位置,且0≤u3≤1(i=1,2,3);
y1:汽鼓水位,αcs:蒸汽质量因子,qe:蒸汽质量流量(kg/s)。

机炉协调控制系统的α阶积分逆系统设计
根据逆系统设计方法,求得锅炉———汽轮机系统的形如式(7)的α阶积分逆系统为:
对于所设计的伪线性系统进行控制系统的PID综合,最终的控制系统如图1。
3 仿真研究
取系统的一个稳态工作点[y01,y02,y03]T=[108,,0]T,在此点进行