具有内模结构的锅炉汽包水位PID控制-论文.pdf

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1、第31卷第7期吉林化工学院学报Vo1．31NO．72014年7月JOURNALOFJILININSTITUTEOFCHEMICALTECHNOLOGYJu1．2014文章编号：1007—2853(2014)07-0053-04具有内模结构的锅炉汽包水位PlD控制韩光信，刘艳玲(1吉林化工学院信息与控制工程学院，吉林吉林132022；2．吉林省四平电力设计院，吉林四平136000)摘要：锅炉是向诸多工业生产过程提供热能与动力的重要设备之一．为了有效地克服汽包水位的负调现象，采用一种基于三冲量控制方案的内模PID控制方法，

2、即副回路利用常规PI控制算法快速抑制给水流量变化带来的干扰，主回路采用内模PID控制算法用以克服蒸汽流量变化产生的扰动．仿真结果表明所提出的控制策略能够加快响应，减小超调，缩短调节时间，算法简单易于工程实现且具有较强的鲁棒性．关键词：锅炉汽包水位；负调；三冲量；内模PID控制；鲁棒性中图分类号：TP273文献标志码：A锅炉是产生高温高压蒸汽的装置，可以为很变化带来的干扰，主回路采用内模PID控制用以多流程工业过程，例如化工、炼油、发电等提供生克服蒸汽流量变化产生的扰动．仿真结果表明针产所需的热能与动力．从控制的视角看，

3、锅炉装置对不同工况，该控制方案都能获得令人满意的控是一个具有多个输入输出变量并且组成环节间相制效果，算法简单易于工程实现，而且闭环系统具互耦合的复杂被控对象，因此必须采用自动控制有较强的鲁棒性．才能确保锅炉装置的安全操作以及满足节能降耗的要求，其中维持汽包水位在期望范围内是锅炉1锅炉汽包水位三冲量内模PID控正常运行的重要指标，是保证锅炉安全运行的必制方案要条件之一．实际上，汽包水位控制的最大难点在于“反向特性”现象，即受到激励后被控参数先朝1．1内模控制原理着目标值的反方向运动，然后才逐渐趋近目标值，内模控制是一种基

4、于被控对象模型的新型控这一独特性质使得传统的PID控制算法的参数整制策略，具有设计过程简单明确，跟踪性能好，定非常棘手，一次整定结果很难适应所有工况．借抑制干扰能力和鲁棒性强等优点，其结构如图1助于智能方法来对PID控制器的参数进行整所示．定¨或直接采用先进控制策略4。能够明显地提高控制效果，也可以利用模糊控制对系统模型的包容性来应对锅炉装置的复杂性，以便提高控制性能』．虽然与传统控制方法相比较而言先进控制策略的控制效果良好，只是无一例外地依赖于受控对象的数学模型，设计步骤清晰但过程复图1内模控制结构原理杂，可移植性有

5、待提高，而模糊控制的不足之处是在蒸汽扰动下有静差．本文基于锅炉汽包水位的其中g(s)为被控对象，g(s)被控对象的模三冲量控制方案，采用一种内模PID控制方法，即型，g(s)为控制器传递函数．通过方框图化简或梅副回路利用常规PI控制算法快速抑制给水流量逊公式，可得图1所示闭环系统的输入输出关系收稿日期：2014-05—12基金项目：吉林省科技厅项目(20090148)；吉林化工学院科技项目(2012044)作者简介：韩光信(1971一)，男，吉林舒兰人，吉林化工学院教授，博士，主要从事约束系统控制、预测控制、鲁棒控制等

6、方面的研究．吉林化工学院学报为G)=(4)，、g()g(s)，、Y)+式(4)中，为汽包水位变化的积分速度，为与给水温度有关联的滞后时间，给水温度越低，1d()(1)+q(s)(g(s)——gp(s))、‘则滞后时间越大．当模型存在不确定性，即q(S)≠g。(s)时，由，G(s)一+(5)(1)可知内模控制可以克服模型误差及外部干扰的影响．而当模型匹配，即gp(s)=gp(s)，则(1)式(5)中，为蒸汽流量单位改变时汽包水位式变为：的变化速度，为放大系数，为时间常数．Y(s)=gp(s)q(5)r(s)+(1一g。(

7、s)q(s))d(s)(2)如果设计的控制器q(s)满足g(s)，则由(2)可知输出与期望输人一致．但是如果对象模型g。(S)中包含右半平面零点或延迟环节时，则通过直接求逆的方式设计控制器q(S)物理上不可实图2锅炉水位三冲量IMC-PID控制方案现，因此内模PID控制器的设计方法可以大致分对于串级部分而言，希望副回路动作要快，所为下述步骤来完成J：以为了快速消除给水扰动，副回路控制器G(s)(1)将过程对象模型分解为可逆部分与不可一般采用PID控制，而主回路采用内模PID(IMC—逆部分，即G(s)=G。+()Gp一

8、(s)；PID)控制来克服蒸汽负荷扰动引起的虚假水位．(2)对可逆部分求逆，并与适当阶次滤波器串联构造内模控制器，q()=G。-一I(s)f(s)，其中厂2仿真结果及鲁棒性验证(s)，n的取值要保证q(s)为真分式；按照2．1中所述步骤设计内模PID控制器，(3)利用变换Q(s)=q(s)／[1一G。(s)g()]取A=6．7，内