免疫内模控制及其在过热汽温系统的应用

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1、第30卷第9期电力自动化设备Vol．30No.92010年9月ElectricPowerAutomationEquipmentSept.2010免疫内模控制及其在过热汽温系统的应用袁桂丽，刘吉臻，牛玉广（华北电力大学控制与计算机学院,北京102206）摘要：针对火电厂过热汽温系统采用传统PID控制效果较差的问题，设计免疫内模控制器，采用免疫反馈控制与内模控制相结合，有效缓解了内模固定滤波器时间常数的鲁棒性和快速性之间的矛盾，对参数变化有很好的自适应能力。将设计的控制器应用到过热汽温系统中，通过免疫内模控制器与内模控制器在给定阶跃响应

2、、加入扰动阶跃信号、延时增加／减少5%、惯性时间常数增加／减少5%、比例增益增加／减少5%等情况下的仿真，结果表明，所设计的免疫内模控制器性能优于内模控制器。关键词：免疫控制；Smith预估控制；内模控制；过热汽温；火电厂中图分类号：TM621；TP273文献标识码：A文章编号：1006－6047（2010）09－0089－04过热蒸汽温度是衡量锅炉运行质量的重要技术分别为被控对象的输出量和输入量，D（s）为外部不指标之一，采用基于线性、精确模型的常规PID控制可测干扰。比较困难，控制效果较差［1］［2］。近年的研究表明，1.2内模

3、控制器设计Smith预估器对解决大时滞问题起到了很大的作用，赞理论上内模控制器取G-1控制效果但此法对模型的精确性要求高，当模型不匹配时控I（s）=Gp（s）最好。实际上由于对象通常含有容积迟延和传输制效果明显变差，不能发挥其优势。内模控制改善了模型和过程对象失配的缺点，但控制效果与滤波器迟延等纯迟延，按理想内模控制器设计将无法实现，时间常数的选取有很大关系，抗高频干扰能力差［3］。同时模型也不可能完全匹配。通常设计内模控制器分免疫控制是借鉴生物系统的免疫机理而设计出的一为2个步骤。种非线性控制，它充分利用了免疫系统的快速性和a.将

4、模型分解。免疫稳定性，控制过程中显示出具有良好适应性的赞赞赞智能行为［4-5］Gp（s）=Gp+（s）Gp-（s）。本文采用免疫反馈控制与内模控制相赞赞结合，充分发挥二者的优势，既具有内模结构又能发其中，Gp－（s）为最小相位部分；Gp+（s）为非最小相位部挥免疫自适应的功能，在线调整滤波器时间常数。仿分，包括纯滞后和s右半平面的零点、极点。真结果表明，采用此种控制方式提高了系统鲁棒性，b.设计滤波器。内模控制较传统反馈控制虽然同时也获得了很好的快速性。容易获得较好的动态特性，能同时兼顾稳定性和鲁棒性，但需要被控对象模型精确。当模型

5、失配或有干1Smith内模控制器扰存在时，闭环系统未必能获得期望的动态特性和内模控制由Garcia和Morari于1982年首先正鲁棒性，甚至使系统不稳定。简单而有效的办法是引式提出，是一种基于过程数学模型进行控制器设计入滤波器，设滤波器传递函数为Gf（s）。的控制策略。内模控制以其结构简单、跟踪调节性1Gf（s）=（1）能好、鲁棒性强、能消除不可测干扰等优点，为控制n（λs+1）理论界和工程界所重视。其中，阶次n取决于内模控制器的实现性；λ为系统1.1内模控制结构要整定的滤波器系数。因此，所设计的内模控制器为内模控制结构如图1所示

6、，图中Gp（s）为被控对赞-1赞赞GI（s）=Gp-（s）Gf（s）（2）象，Gp（s）为内部模型，GI（s）为内模控制器，Y（s）、R（s）从内模控制器设计可看出只有一个可调节参数D（s）+R（s）赞U（s）Y（s）λ，设计简单。+GI（s）Gp（s）+-+1.3Smith内模控制器结构赞-Gp（s）Ym（s）Smith内模控制器结构如图2所示。Dm（s）内模控制和图2中Smith控制在结构上有相似图1内模控制结构性，Gc（s）为Smith预估控制器，Gd（s）为外部不可测Fig.1Structureofinternalmodel

7、controller赞赞赞收稿日期：2010－03－20；修回日期：2010－05－05扰动信号的传递函数。Gp（s）、Gp（s）、Gp+（s）、Gp-（s）含基金项目：科技部863计划项目（2007AA04Z163）义与内模控制结构相同。Smith预估控制没有考虑电力自动化设备第30卷Gd（s）对应Smith内模结构的控制器为+R（s）+++Y（s）Gc（s）Gp（s）赞-1-+G（s）=Gp-（s）=τms+1=-赞赞赞-cnGp-（s）Gp-（s）Gp+（s）（λs+1）-1kmλsGI（s）τ11τm1m+=鄱+鄱（10）k

8、mλkmλsλkmkms图2Smith内模控制结构由式（9）（10）设计的结果与由式（2）（3）设计的Fig.2StructureofSmith-internalmodelcontroller结果完全一致。从式（10）的控制器结构上看