先进控制策略在单元机组协调控制系统中的应用研究（王庆利）

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1、先进控制策略在单元机组协调控制系统中的应用研究答辩人：王庆利导师：井元伟教授本文的主要内容第一章绪论第三章模糊控制在单元机组协调控制中的应用第二章单元机组动态特性数学模型分析第四章单元机模糊自适应控制backstepping方法第五章单元机组协调系统的模糊自适应逆控制第六章单元机组协调系统逆系统方法第七章单元机组协调系统神经网络逆系统方法第八章结论与展望2021/7/16控制理论与导航技术研究所单元机组控制系统的设计目标单元机组控制系统研究的目的和意义第一章绪论单元机组协调控制存在的主要问题单元机组协调控制系统的研究现状2021/7/16控制理论与导航技术研究所单元机组控制系统研究的目

2、的和意义◆作为锅炉－汽轮机系统的控制中枢，协调控制系统已经成为现代电站自动化系统中最为核心的组成单元。◆高参数、大容量单元机组在电网中所占的比例愈来愈大◆用电结构发生变化，电网日负荷曲线的高峰与低谷之差增大◆对大范围变化负荷时协调控制对象所表现出来的非线性特性，传统的协调控制算法未能很好地解决第一章绪论2021/7/16控制理论与导航技术研究所单元机组控制系统的设计目标第一章绪论单元机组协调控制系统就是把锅炉及汽轮机作为一个整体进行综合控制单元机组控制的任务是使机组负荷紧密跟踪外界负荷需求并保持汽机前汽压的稳定。◆保证机组负荷跟随负荷指令变化，尽可能快的负荷升降速率◆保证机前压力跟随压

3、力定值变化◆控制器结构简单◆提供灵活的运行方式◆兼顾其它控制回路及参数的性能图1.1负荷响应过程动态指标2021/7/16控制理论与导航技术研究所单元机组协调控制存在的主要问题负荷/压力增量预测控制、柔性控制、基于PID的解耦控制、基于PID的鲁棒、基于PID的内模控制等等。实际控制效果往往很难超越传统的工程方法，与仿真结果存在较大差距模糊多模型控制[2]、模糊内模控制[3]、多变量预测控制[4]、多变量鲁棒控制[5]、自适应控制[6]、反馈线性化控制等等。这些方法大多利用对象做仿真◆侧重于理论方法研究的有第一章绪论◆侧重于工程实用研究的有原因算法复杂、可调参数物理意义不明晰、干扰、系

4、统复杂2021/7/16控制理论与导航技术研究所◆复杂性主要体现在以下几个方面[7]多变量强耦合多目标相互关联机组动态从本质上说是非线性的机组动态特性是时变的系统存在着不确定干扰能量平衡指标、热经济指标难以直接、准确、实时地得到锅炉侧存在着很大的纯迟延运行的安全性要求第一章绪论2021/7/16控制理论与导航技术研究所单元机组协调控制系统的研究现状第一章绪论◆基于传统的控制方法研究基于间接能量平衡单元机组协调控制方法基于直接能量平衡单元机组协调控制方法基于解耦的多变量控制方法研究基于鲁棒控制方法研究基于结构优化的控制方法基于反馈线性化方法基于反步设计方法基于多模型及增益调度方法◆基于智

5、能的控制方法研究模糊控制方法模糊神经元与模糊神经网络控制方法基于分层递阶控制方法研究基于预测优化控制方法研究专家系统遗传算法2021/7/16控制理论与导航技术研究所第二章单元机组动态特性数学模型单元机组数学模型研究的两种方法单元机组动态数学模型分析本章小结单元机组典型动态数学模型2021/7/16控制理论与导航技术研究所第二章单元机组动态特性数学模型单元机组数学模型研究的两种方法◆侧重于实验数据分析的简化模型-----实验建模◆侧重于机理分析的模块化模型-----机理建模优缺点实验建模-体现动态特性和非线性，适用于控制算法设计机理建模-体现参数内在关系，适合仿真研究2021/7/16

6、控制理论与导航技术研究所第二章单元机组动态特性数学模型单元机组动态模型分析◆单元机组能量传递简化流程图2.1单元机组能量传递简化流程图2021/7/16控制理论与导航技术研究所第二章单元机组动态特性数学模型◆单元机组燃烧与传热过程炉内燃烧与传热过程表达式:(2.1)(2.2)其中：：为炉膛受热有效吸热量变化量(2.5)锅炉蓄热量为:：为进入蒸汽管道的蒸汽流变化量：为管道入口的蒸汽压力变化量：为锅炉的蓄批热系数：为燃烧强度变化量：为燃料变化量管道蓄热量为：(2.6)：为进入汽轮机的蒸汽流变化量：为蒸汽管道出口压力变化量：为蒸汽管道蓄热系数2021/7/16控制理论与导航技术研究所第二章单

7、元机组动态特性数学模型蒸汽管道两端的压力降与管道蒸汽量之间的关系为：(2.8)其中为蒸汽管道的阻力系数,机前压力与汽轮机进汽量之间有以下关系(2.11)汽轮机做功过程表达式：(2.16)单元机组动态特性图：图2.2单元机组动态特性结构图2021/7/16控制理论与导航技术研究所第二章单元机组动态特性数学模型(2.19)其中，为锅炉汽包压力，；为机组输出的电功率，为锅炉汽包内液体密度为燃油调节阀开度为汽轮机调节阀开度，为给水调节阀开度，锅炉汽包水