自抗扰控制技术及其应用研究毕业设计

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1、自抗扰控制技术及其应用研究毕业设计目录摘要IABSTRACTII主要符号表V第1章绪论11.1选题背景及研究意义11.2单元机组协调控制系统的发展和现状21.2.1传统单元机组协调控制算法的研究与应用21.2.2采用先进控制算法的单元机组协调控制21.2.3自抗扰控制器(ADRC)31.3本课题研究现状31.4论文主要工作及内容5第2章自抗扰控制器的基本原理62.1传统线性PID与非线性PID62.1.1非线性PID72.1.2传统线性PID与非线性PID性能比较92.2自抗扰控制技术102.2.1反馈线性化102.2.2扩张状态观测器ESO112.2

2、.3非线性状态误差反馈控制律NLSEF132.2.4自抗扰控制器ADRC132.3自抗扰控制器离散算法实现142.3.1跟踪微分器TD离散算法实现142.3.2扩张状态观测器ESO离散算法实现152.3.3非线性误差反馈控制律NLSEF离散算法实现152.3.4自抗扰控制器ADRC离散算法实现152.4自抗扰控制器高阶扩展162.5ADRC的进一步阐释18第3章ADRC参数整定193.1跟踪微分器参数整定193.1.1二阶跟踪微分器参数整定193.1.2高阶跟踪微分器参数整定203.2扩张状态观测器参数整定203.3非线性控制律NLSEF参数整定233

3、.4参数的作用分析243.5自抗扰控制器跨阶控制研究24III第4章自抗扰控制技术在协调控制系统中的应用274.1自抗扰的离散算法实现274.1.1ESO的S函数274.1.2TD的S函数294.1.3NLSEF的S函数304.2常规的PID控制仿真324.3自抗扰的模型仿真33结论35参考文献36附录A38附录B40附录C42致谢44III主要符号表主要符号表III主要符号表ADRC自抗扰控制(ActiveDisturbanceRejectionControl)ESO扩张状态观测器(ExtendedStateObserver)TD跟踪微分器（Trac

4、kingDifferentiator）NLSEF非线性状态误差反馈控制律(StateErroroftheNonlinearFeedbackLaw)PID比例-积分-微分(Proportional-Integral-Derivative)F系统的扩张状态(ExtendedState)系统状态观测值(StateValue)控制器参数(ControllerParameters)观测器参数(ObserverParameters)调节时间(SettlingTime)超调量(OverShoot)r输入设定值(SetPoint)y系统输出(Output)u控制信号(

5、ControlSignal)d系统扰动(Disturbance)τ延迟时间(LagTime)III第1章绪论第1章绪论1.1选题背景及研究意义随着电网容量的增大和对供电质量要求的提高,现代电网中的单元机组，都无一例外地采用了协调控制系统(CCS)。单元机组协调控制系统的任务，即当电网负荷变化时，单元机组能迅速满足负荷变化的要求，并且保持主汽压在允许的范围内。然而火力发电单元机组协调控制系统是一个复杂的多变量控制系统。系统的复杂性主要体现在以下几个方面：（1）多变量的强烈耦合。协调控制系统的压力控制回路和负荷控制回路相互关联，存在着强烈的耦合特性结构，即

6、汽轮机侧具有快速响应特性，而锅炉侧则具有相对较慢的响应特性。（2）机组动态特性是时变、非线性的。因此根据某一工作点下的线性化模型来设计的协调控制系统，未必能保证系统在其它工作点下的适应性，而忽略其高频非线性，这种高频非线性常常会被控制器激发而使调节过程振荡。（3）系统存在不确定干扰，例如燃煤的煤质变化、给煤量的扰动等，使机炉协调控制系统存在着较大的不确定因素。（4）锅炉侧存在很大的纯迟延。面对被控对象的非线性、大滞后性和回路交叉耦合等问题，采用常规PID控制策略设计的协调控制系统(CCS)只有在平稳工况下才能投入自动，当机组动态特性发生较大变化时，难以

7、维持正常运行。因此，人们提出多种设计方法进行尝试，并充分利用DCS提供的高级功能开发应用的优越环境，将先进的实用新型控制策略及算法融合到DCS系统中去，解决火电机组过程控制中急需解决的控制难点。这些新型控制策略主要有模糊控制、鲁棒控制、Smith预估器、模糊神经网络、预测控制、反馈线性化控制、自适应控制等。然而，许多年过去了，基于误差的常规PID控制器仍然有顽强的生命力，至今在过程控制中仍然起主要作用，这是因为控制目标和对象实际行为之间的误差信号容易获得，基于误差的反馈策略也容易实现。韩京清研究员通过对经典PID控制器进行了深入研究，总结出PID控制器

8、的局限，提出了非线性PID控制器的结构[1]。这是对PID控制器的第一次重大改进。适当选择非线