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多变量控制在基准锅炉中的应用研究

ULEMJ DAMIRAN(巨力)  
【摘要】:从工业革命到今天为止,工业自动化控制系统变得越来越复杂。在电力系统和化工系统中,通常使用多种类型燃料的汽包锅炉来产生蒸汽。在火力发电厂的自动控制系统中,锅炉控制是最重要的任务之一。锅炉控制系统是一个多变量输入、多变量输出(MIMO)、非线性和强耦合的动态过程,具有很大的惯性和复杂的数学模型,输入输出参数之间相互影响,是一个强耦合系统。此外,锅炉控制过程通常工作在一个存在广泛干扰的条件下。目前,传统PID控制器在锅炉控制系统广泛应用,但是PID并不能很好的处理系统的非线性和多变量特性。因此,传统的控制方法不能满足汽包锅炉控制系统的控制要求。本文重点研究一个基准锅炉系统的多变量智能控制技术,并对其存在的问题进行了探讨。具体内容包括:1. 为了提高控制系统的鲁棒性,针对基准锅炉设计了H∞回路成形控制器。为了控制器实现的方便,将高阶H∞控制降阶为一个多变量PID控制器,并且针对系统存在输入约束问题,采用了抗回绕的补偿措施。2. 为了处理系统耦合以及输入约束,针对基准锅炉设计了模型预测控制。模型预测控制在每个采样时刻内进行优化,可以将系统耦合及输入约束等问题综合考虑。3. 为了提高系统抗干扰的能力,针对基准锅炉设计了自抗扰控制。自抗扰控制通过扩张状态观测器对系统内扰和外绕进行估计,可以达到更好的抑制性能。针对系统输入约束,采用了针对自抗扰控制的抗回绕补偿措施。本文对上述三种控制方法在基准锅炉的设计、整定、以及仿真进行了详细讨论。仿真结果表明所采用的多变量控制方法可以获得比常规PID控制更好的控制效果,特别地,H∞回路成形方法在这三种方法中具有最好的扰动抑制性能,但是解耦性能最差;预测控制具有最好的解耦性能。因此,为了提高基准锅炉的控制性能,本文建议采用H∞回路成形方法。


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