基于状态变量多模型的主汽温控制系统

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1、第25卷第9期电力科学与工程Vo1．25，No．92009年9月ElectricPowerScienceandEngineeringSep．，2009基于状态变量多模型的主汽温控制系统董泽，张倩，王东风，韩璞(华北电力大学控制科学与工程学院，河北保定071003)摘要：针对主汽温系统大惯性、非线性的特点，提出了基于状态变量多模型的控制方案，即先采用状态反馈补偿主汽温系统的惯性，同时调整状态反馈系数矩阵，使得补偿后被控对象开环稳态增益稳定不变：再针对不同工况下对象特性的变化，对各工况控制子系统进行模态综合，以PID作为控制器，实现大范围控制。对主汽温系统的仿真结果表明，该方案可以较好

2、地解决系统的大惯性和非线性问题。关键词：主汽温；多模型控制；状态观测器；状态反馈中图分类号：TK323文献标识码：A由于状态变量和多模型分别可以解决系统大惯0引言性和非线性的控制问题，因此本文提出了基于状态变量多模型的控制方案。以主汽温系统作为模型进在现代火力发电厂控制中，过热汽温是火力机行仿真，结果表明该方案可以很好地应用于主汽温组热力系统中重要的参数，其控制品质的优劣直接系统。影响到机组的安全性和经济性n。汽温控制一直是火电厂模拟量控制系统的难点，这主要是因为过热1主汽温对象的动态数学模型汽温对象具有大迟延和对象参数随负荷变化等特点。当负荷发生变化时，主汽温系统的动态特性变状态

3、变量控制和多模型控制都是基于被控对象化显著，常规的控制难以获得好的控制品质。数学模型的。本文采用的主汽温被控对象数学模型从2O世纪60年代发展起来的现代控制理论，如表l所示n“，该模型是在5个工况下测量得到。已经在许多控制领域显示出相对于经典控制理论的表1高温过热器动态特性数学模型优越性，并在现代工业控制中发挥着重要作用。现代控制理论可以用系统内部的状态来描述系统。采用状态反馈，不但可以实现闭环系统极点的任意配置，而且是构成线性最优调节器的主要手段。文献[2～7】将状态反馈应用于电厂的主汽温和协调控制系统中，取得了良好的控制效果。在日常生活中解决复杂问题，人们常常不自觉地运用分解合

4、成法则。对于复杂系统的控制问题，2基于状态变量多模型的主汽温控制系统上述法则同样具有借鉴性。将复杂非线性问题分解为若干简单的线性问题，继而针对各线性问题进行2．1状态变量多模型控制方案求解以获得良好的建模与控制效果，这就出现了多由于主汽温系统的大惯性以及非线性，普通的模型控制策略喁。主汽温控制系统是典型的多模串级控制并不能得到满意的效果，为此引入状态变型系统。量控制。状态反馈可以实现闭环系统极点的任意配收稿日期：2009—04-01．作者简介：董泽(1970一)，男，华北电力大学控制科学与工程学院副教授第9期董泽，等基于状态变量多模型的主汽温控制系统49置，改善被控对象的动态特性。

5、这样，不仅可以补观测器的增益矩阵。偿被控对象的大惯性，还可以缩小各工况子系统之设被控对象的状态空间表达式为间的差异，只要对状态反馈系数加以调整，就可使得补偿后被控对象开环稳态增益始终是一个稳定{㈩值。由于PID控制器对被控对象开环增益的敏感取状态反馈=一j+v，则补偿后的广义被控度远大于稳态时间，稳定的开环增益就可保证得到对象状态空间表达式为：满意的控制效果。而针对不同工况下主汽温系统所表现出来的非线性，可以利用多模型思想实现大范(2)围的控制。Iy=Cx通过对两种控制技术的研究，将两种方式结合式中A=A—BK,，C=C。在一起：先利用状态反馈对被控对象进行动态补确定各子系统最优状

6、态反馈系数矩阵的方偿，如图l所示；再将各控制子系统综合起来，实法及步骤是：现主汽温系统的状态变量多模型控制，如图2所示。(1)确定62％负荷被控对象的状态反馈系数，使得性能指标(+’)d伪最小值。(2)以62％负荷被控对象补偿后的动态特性为依据，确定其他工况的状态反馈系数，使得各工况子模型补偿后具有相同的开环稳态增益。依据各工况下被控对象的动态特性，得到状态反馈系数矩阵：噩0=[0．26290．442l1．04501．04230．5545O．1229】五4=【O．31240．55781．32271．35910．74480．1701】图1各子系统状态变量控制原理图jr62=[0．62

7、780．82071．00880．56280．16750．0208】8=【0．60040．75660．90380．48610．13940．0167】g,oo=[O．73770．93610．79150．34430．07990．0077】以100％负荷为例，观察状态反馈补偿前后被控对象的动态特性的变化(图3)。由图3可以看出，主汽温对象开环稳态时间明显减小，状态反馈可以降低被控对象响应时间，改图2各子系统模态综合控制原理图善被控对象的动态特性。2．2状态变量控制控制系统的性