文档介绍：题目:基于专家PID算法的火电机组主气温控制系统的设计
一、课程设计目的:
1、熟悉专家PID控制原理;
2、了解专家PID算法对控制效果的影响;
3、学会如何用MATLAB编程实现对控制系统进行方针研究。
二、课程设计任务:
1、查阅火电机组主气温控制系统的技术资料并了解被控对象的动态特性;
2、提出火电机组主气温控制系统的专家PID控制设计方案;
3、利用MATLAB的M语言实现专家PID控制系统的仿真,观察主气温的变化,绘制出系统的阶跃响应曲线;
4、思考并对比专家PID控制和常规的PID控制的控制效果。
三、课程设计原理:
1)专家PID控制的实质是:基于受控对象和控制规律的各种知识,无须知道被控对象的精确模型,利用专家经验来设计PID参数。专家PID控制是一种直接型专家控制器。
典型的二阶系统单位阶跃响应误差曲线如图所示。对于典型的二阶系统阶跃响应过程作如下分析
图1 典型二阶系统单位阶跃响应误差曲线
图中,Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ、…区域,误差朝绝对值减小的方向变化。此时,可采取保持等待措施,相当于实施开环控制;Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅷ、…区域,误差绝对值朝增大的方向变化。此时,可根据误差的大小分别实施较强或一般的控制作用,以抑制动态误差。
令e(k)表示离散化的当前采样时刻的误差值,e(k-1),e(k-2)分别表示前一个和前两个采样时刻的误差值,则有
根据误差及其变化,可设计专家PID控制器,该控制器可分为以下五种情况进行设计:
(1)当|e(k)| > M1时,说明误差的绝对值已经很大。不论误差变化趋势如何,都应考虑控制器的输出应按最大(或最小)输出,以达到迅速调整误差,使误差绝对值以最大速度减小。此时,它相当于实施开环控制。
(2)当e(k)△e(k)>0或△e(k)=0时,说明误差在朝误差绝对值增大方向变化,或误差为某一常值,未发生变化。
此时,如果|e(k)| > M2,说明误差也较大,可考虑由控制器实施较强的控制作用,以达到扭转误差绝对值朝减小方向变化,并迅速减小误差的绝对值,控制器输出为
如果|e(k)| < M2,说明尽管误差朝绝对值增大方向变化,但误差绝对值本身并不很大,可考虑控制器实施一般的控制作用,只要扭转误差的变化趋势,使其朝误差绝对值减小方向变化,控制器输出为
(3)当e(k)△e(k)<0且△e(k)△e(k-1)>0或者e(k)=0时,说明误差的绝对值朝减小的方向变化,或者已经达到平衡状态。此时,可考虑采取保持控制器输出不变。
(4)当e(k)△e(k)<0且△e(k)△e(k-1)<0时,说明误差处于极值状态。如果此时误差的绝对值较大,即|e(k)| > M2,可考虑实施较强的控制作用,即
如果此时误差的绝对值较小,即|e(k)| < M2,可考虑实施较弱的控制作用,即
(5)当|e(k)| < ɛ(精度)时,说明误差的绝对值很小,此时加入积分,减少稳态误差。
以上各式中,em(k)为误差e的第k个极值;u(k)为第k次控制器的输出;u(k-1)为第k-1次控制器的输出;k1为增益放大系数,k1 〉1;k2为抑制系数,0 <k1<1; M1,M2为设定的误差界限,M1>M2>0;k为控制周期的序号(自然数);ɛ为任意小的正实数。
2)超超临界机组是在常规超临界机组的基础上发展起来的。众所周知,超临界机组是指主蒸汽压力大于水临界压力()的机组。习惯上又将超临界机组分为两个层次:①常规超临界机组,其主蒸汽压力一般24MPa 左右,主蒸汽和再热蒸汽温度为540-560℃;②超超临界机组,其主蒸汽压力为25MPa 及以上,主蒸汽及再热蒸汽温度为580℃及以上。与常规超临界机组相比,超超临界机组的热效率可提高
3%左右,而相对于亚临界机组其热效率更要提高6%左右[1]。由此可见,与亚临界和超临界机组相比,超超临界机组在经济性方面有了较大提高。当前,超超临界技术正日益成为世界各国为提高火电机组效率、节约能源、减轻环境污染广泛采用的措施,是目前最成熟的洁净煤发电技术。我国在本世纪初开始大力发展超超临界发电技术。目前已有华能玉环、华电邹县、国电泰州等电厂的百万千瓦机组投入商业运行。由于超超临界机组的运行参数值已接近机组金属材料的极限参数值,同时又由于机组的材料导热、壁厚等方面的特殊性,使得热应力问题变得十分突出超温运行会对锅炉安全运行带来巨大的危害,故维持主汽温的稳定,尤为重要。一般情况下,主蒸汽温度长期不能超过±6℃,短期不能超过±2℃。超超临界机组锅炉一般采用直流炉,工质一次通过预热、蒸发和过热各受热面,锅炉蓄热较小,对外界的扰动响应较快,且燃烧率、给水、汽轮机调门开度变化都会影响到主汽温,同时,主汽温还跟功率、主汽压力关联性很强,从而