两类典型热工对象自抗扰控制

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1、TheActiveDisturbancesRejectionControlofTwoTypicalThermalObjectsAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringByZengJianSupervisedbyAss.Prof.ChenHongMajor：PowerEngineeringandEngineeringThermophysicsCollegeofPowerandEngineering

2、ofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay，2011中文摘要摘要热力系统具有明显的强耦合、大延迟、时变和严重的非线性等复杂特性，且难以建立可靠的系统动态过程数学模型，导致传统的控制方法难以获得期望的控制要求。自抗扰控制（ActiveDisturbancesRejectionControl，ADRC）结构简单，且具有扰动估计补偿能力，可以有效地抑制扰动对控制效果的影响，克服对数学模型的依赖性，并具有良好的鲁棒性能。本文研究了核电站蒸汽发生器（SG）水位和火电机组制粉系统两类典型的热工过程的自抗扰控制问题。SG水位控制对象不仅具有

3、明显的非线性、时变性和不确定性，而且还存在明显的“虚假水位”现象。本文针对SG水位控制过程存在的主要问题，提出了一种SG水位ADRC系统。基于SG水位变动过程分析，构造了SG水位控制对象的广义状态方程结构，并以该广义状态方程为基础，建立了SG水位的二阶ADRC系统。该控制系统利用扩张状态观测器对系统的“内扰”和“外扰”实时估计，通过前馈方式给予补偿；同时，通过非线性状态反馈改善控制系统的快速性和稳定性。在水位自身扰动、给水流量扰动和蒸汽流量扰动以及系统负荷大幅度变动等工况下，对SG水位自抗扰控制系统进行了对比仿真试验。结果表明，本文所建立的SG水位ADRC系统具有

4、良好的控制品质，并能够有效地抑制蒸汽流量扰动引起的“虚假水位”现象。球磨机制粉系统是火电厂的重要设备和主要耗能设备之一。球磨机制粉系统具有多变量、强耦合、时变性，以及难以建立有效的动态过程数学模型等特点，常规的控制方法在制粉系统中难以得到有效的应用。本文基于球磨机制粉系统的对象结构分析，将球磨机制粉系统看作是由温度回路与负压回路两个单回路组成，并将回路之间的动态耦合看作为每个单回路系统的外部扰动；以每个单回路作为独立的控制对象，设计了对应的自抗扰控制器，建立了球磨机制粉自抗扰解耦控制系统。该控制系统利用自抗扰控制器的扰动估计能力估计回路间的动态耦合，并以前馈形式给

5、予补偿，实现球磨机制粉系统的解耦控制。文中通过仿真试验考察了上述控制系统的控制性能，并与常规的PID解耦控制系统进行了比较，证实了所设计的制粉自抗扰解耦控制系统的有效性。本文将自抗扰控制技术应用于复杂热工过程控制中，可以有效地抑制扰动对控制效果的影响，明显降低控制系统对于对象模型的依赖性，为设计热工过程控制系统提供了一种新思路。关键词：自抗扰控制，蒸汽发生器，水位控制，制粉系统，解耦控制I重庆大学硕士学位论文II英文摘要ABSTRACTThermalsystemhasseveralcomplexfeaturessuchasstrongcoupling,time-v

6、arying,largedelayandseverenon-linearcharacteristics,andit’sdifficulttoestablishareliablemathematicalmodelofdynamicprocess,sothatthetraditionalcontrolmethodshardlyachievethedesiredcontrolrequirements.Activedisturbancerejectioncontrol(ADRC)hassimplestructure,andcanestimateandcompensatet

7、hesystemdisturbances.ADRCalsocaneffectivelyinhibittheeffectsofdisturbancesofcontrolsystem,overcomethedependenceonmathematicalmodels,andhasagoodrobustness.Inthispaper,ADRCschemewaspresentedfortwotypicalthermalobjects—thesteamgenerator(SG)waterlevelofnuclearpowerplantandtheballmillpulve

8、rizin