基于主成分分析法的江苏省城市经济发展综合评价

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1、基于主成分分析法的江苏省城市经济发展综合评价锅炉过热汽温系统的控制刘学智武汉大学电气工程学院武汉43007><72Email:newyouthliu@1634>>摘要:现代锅炉的过热器是在高温、高压条件下工作的，锅炉出口的过热蒸汽汽温对电厂的安全经济运行有重大影响。本文以锅炉过热汽温控制系统为研究对象，通过仿真曲线比较了两种不同的控制方案(PID和GPC)的控制效果。采用常规的PID控制时，本文使用Matlab/Simulink对其进行了仿真。本文重点讨论和分析了GPC控制方案，从预测控制的基本原理出

2、发，以自回归积分滑动平均预测模型(CARIMA)为基础，详细分析了GPC控制算法(预测模型、滚动优化、反馈校正)，并编写出相应的程序，绘制了采用GPC控制时的仿真曲线和计算了动态性能（调整时间和超调量）。在此基础上，比较和分析了两种控制方案的控制效果，得到了如下结论：GPC的控制效果比PID好，在系统有扰动和被控对象的参数变化较大(惯性或增益增大)时，其优势愈加凸显，呈现出优良的控制性能和鲁棒性。因此，GPC所具有的自适应控制和预测控制的优点，使得其更适合于像锅炉过热蒸汽控制这样的大延迟、大惯性和时变

3、的系统。本文也讨论了GPC的控制参数（主要是预测时域长度Np）对其控制效果的影响，得出Np的取值不宜过大或过小。最后，通过使用Matlab中的GUIDE工具箱，做出了可视化的GUI仿真界面，能方便地选择或自定义参数，得到仿真曲线并比较参数变化时的仿真效果，以反映GPC的控制参数对系统性能的影响。关键词:锅炉过热汽温控制系统GPCPID预测时域长度GUI1.问题背景现代锅炉的过热器是在高温，高压条件下工作的，锅炉出口的过热蒸汽温度是整个汽水行程中工质的最高温度，对电厂的安全经济运行有重大影响。目前大型机

4、组过热汽温调节大多采用喷水减温方案。采用喷水减温调节过热汽温时，一般把过热蒸汽分为两个区域：导前区和惰性区。从喷水减温的工艺过程可知，以喷水量为输入，以过热蒸汽温度为输出，对象具有大延迟，大惯性和时变性。过热器管道长度和蒸汽容积较大，当减温水流量发生变化时，过热器出口蒸汽温度有较大的延迟；负荷变化时，主蒸汽的动态特性变化明显；且主蒸汽温度还具有分布参数和扰动多的特点。绝大多数电厂采用如图所示的具有导前信号的串级控制框图如图1所示，W为过热汽温设定值，y为过热汽温，和分别为过热汽温控制系统的主调节器和副

5、调节器；，分别为调节对象惰性区及导前区的传递函数；，分别为导前汽温和过热汽温的测量单元；d为扰动。2()aWs1()aWs1()aWs2()oWs1()HWs2()HWs图1串级控制框图Wa2W9><>a1Wo1Wo2WH1WH2d+yu+r+__1//.paper.edu.cn已知128()(115)oWss=+℃/mA，231.125()(125)oWss=+℃/mA，1()0.1HWs=℃/mA，2()0.1HWs=℃/mA内扰动及副调节器的任务是快速消除内扰，一般可选用纯比例调节器，这里另。外

6、回路及主调节器的任务是维持过热汽温稳定。在工业上一般采用PI和PID调节器。1()25aWs=对于锅炉过热汽温这类具有大惯性的对象，采用常规的PID调节器，在工作点附近的小范围内，由于其动态特性近似于线性，有可能控制得较好；但当大范围改变给定值或受外界环境（包括工况）太大扰动时，就需要即时修正PID参数，否则将达不到控制要求。预测控制对多容大惯性的对象具有较好的控制效果，它的滚动优化和反馈校正能力可以动态的补偿模型与对象间的失配误差，具有一定的鲁棒性。现对主调节器分别采用PID和GPC控制方法，对控制

7、过程进行仿真。2aW2.比例积分微分控制（PID）[5]PID是一种负反馈控制，它的输入信号是偏差值，输出是控制量。与和它的积分，微分成比例即()et()ut()ut()et1(()[()()]01(()()0pdipidtdetutKetetdtTTdtdetKetKetdtKTidt=++=++∫∫))t其中，，分别为比例系数，积分系数和微分系数。pKiKdK则控制器的传递函数为()11()(1)()cpdpiiusGsKTSKKKsesTss==++=++d2常用的PID控制有比例控制（P控制）

8、，比例积分控制（PI控制）和比例积分微分控制（PID控制）。控制方法和，，选择根据控制要求和被控对象的特性来选择。pKiKdKPID控制其可以提高系统的开环放大系数，提高系统型别，从而减小稳态误差，并可提高响应速度。PID控制器的相位角190arctanarctanocGτω∠=??++τω。只要参数选择适当，PID控制器可使相位裕度增加，不但有利于系统稳定，还可减弱系统振荡程度，改善动态性能。PID控制所具有的这些功能使得它广泛应用于现代生产中，它的鲁