汽轮机电液伺服系统建模及控制方法研究

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1、论文分类号１０：２学校代码：７０８学号：１５０６０２１ＳＨＡＡＭＸｌＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ￡ＴＥＣＨＭＯＬＯＧＹ硕士学位论文Ｔｈｅｓ’ｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ汽轮机电液伺服系统建模及控制方法研究拓福婷指导教师姓名：李艳副教授学科名称：控制理论与控制工程论文提交日期：２０１８年３月＿论文答辩日期：２０１８年５月学位授予单位：陕西科技大学申请工学硕士学位论文论文题目：汽轮机电液伺服系统建模及控制方法研究学科门类：工学一级学科：控制科学与工程培养单位：电气与信息工程学院硕士生：拓福婷导师：李艳副教授2018年5月

2、ResearchonModelingandControlMethodofTurbineElectro-hydraulicServoSystemAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByFutingTuoSupervisor:Prof.YanLiMay2018汽轮机电液伺服系统建模及控制方法研究摘要电液伺服控制系统以其控制精度高、响应速度快、输出功率大等优点在电力、航空

3、、航天及军事等行业有着广泛的应用。汽轮机调节系统是其主要应用之一，在汽轮机组调节系统中，控制信号的处理最终需要通过调节阀门开度来实现，而电液伺服系统作为汽轮机调节系统中阀门开度调节的最终执行机构，是整个控制系统的核心部件之一。电液伺服系统本身是一个具有多个时变参数及外负载干扰的非线性系统，其结构及工作环境复杂，因此对其性能进行分析，在此基础上设计合适的控制器，改善其控制性能对提高汽轮机调节品质具有重大的意义。本文以河南省某造纸厂热力电力调节系统实际项目为背景，在陕西省科学技术研究发展项目“小型汽轮机DCS与数字电液控制系统研究”的支持下，围绕汽轮机电液伺服系统非线性数学模型的建立、伺服控制器的

4、设计及应用进行深入地理论分析及研究，主要包括以下几方面：（1）电液伺服系统工作原理及控制难点分析分析电液伺服系统的组成和工作原理，找出系统中存在的控制难点：电液伺服阀及油动机存在强非线性、高阶未建模动态、参数时变及外负载干扰等问题，导致系统在运行过程中跟随性能及抗干扰性能下降。（2）电液伺服系统非线性数学模型的建立依据力平衡及流量连续性等原理，建立了电液伺服系统非线性数学模型，在对其进行小偏差线性化的基础上分析了系统的稳定性、能控性及参数时变对系统性能的影响。并在MATLAB仿真平台中进一步验证时变参数的影响，结果证明，系统的时变参数如供油压力、油液体积弹性模量等对电液伺服系统性能影响明显。（

5、3）电液伺服系统控制器的设计针对电液伺服系统中所具有的非线性、参数时变性、外负载干扰等问题，选取具有强鲁棒性的滑模变结构控制器作为伺服控制器。针对基于指数趋近律的滑模控制中存在的抖振及运行速度慢的问题，将PID控制律与指数趋近律相结合对其进行改进。为进一步验证改进后控制算法的性能，设计模糊PID控制及传统的PID控制进行对比实验。（4）电液伺服系统在单抽汽汽轮机DEH调节系统中的应用I首先根据能量守恒及气体连续性等原理，结合现场机组实际情况，推导了单抽汽汽轮机本体系统中各部分的数学模型。然后将所设计的基于改进滑模控制的伺服控制器应用于6MW单抽汽汽轮机DEH调节系统中，并通过大量的仿真研究其控

6、制性能。（5）单抽汽汽轮机DEH调节系统的实现采用S7-300PLC作为硬件开发平台，利用工控组态软件WinCC及Step7进行系统的人机界面及控制程序设计，通过工业以太网实现现场管理层与主站之间的通讯，进而实现对汽轮机机组的控制。该系统已在河南省某造纸厂热力电力系统2#机组的控制中进行了试运行试验，期间系统运行平稳，没有出现因超速或其他原因导致的系统故障。结果表明，基于改进滑模控制的伺服控制器动态特性良好，控制精度高，有利于汽轮机组安全性及稳定性的提高。关键词：汽轮机，电液伺服系统，非线性，滑模控制，DEHIIResearchonModelingandControlMethodofTurbi

7、neElectro-hydraulicServoSystemABSTRACTElectro-hydraulicservocontrolsystemiswidelyusedinpower,aviation,aerospaceandmilitaryindustriesforitsadvantagesofhighcontrolaccuracy,fastresponse,andhighoutputpowe