锅炉汽温对象逆动力学模型及其应用

摘要

热力系统逆动力学是一个新兴的研究领域。热力系统逆动力学问题已成为许多研究和应用领域的关键性问题之一。逆动力学问题的研究方法在系统的稳定、最优控制、故障检测以及测量中有着重要的作用。 现在电力生产向着大容量、高参数的机组方向的发展，其惰性和迟延越来越大，过热汽温的控制更加复杂，实际系统由于其复杂性、非线性、时变性和不确定性等因素的影响，以PID控制为代表的传统控制控制方式很难再满足过热汽温控制的要求。过热汽温的控制成了电厂自动化水平提高的关键难题之一。 针对电厂过热汽温控制存在的问题，本文从逆动力学的角度，针对控制问题的本质，即所谓的运行优化与控制，就是对于所期望的系统运行状态和输出过程，确定应该施加于系统的输入过程，提出一种新的过热汽温的控制策略。把锅炉过热系统看作一个整体，建立汽温对象逆动力学模型，根据各级过热汽温的控制目标（热力系统的输出），通过对象的逆动力学模型求解各级过热器所应施加的控制量（确定热力系统的输入），从而对过热汽温进行控制。 过热汽温对象的逆动力学模型是复杂的非线性模型，利用常规的求解方法很难求解。本文构造出逆动力学模型的结构，利用遗传算法在大空间内寻求最优解的能力，在一个空间内寻求过热汽温对象的逆动力学模型的最佳输出。逆模型的求解采用了改进的遗传算法，通过自调整适应度，取得了较好的效果。此外，在利用遗传算法优化求解的过程中用到了对象模型，本文中也做了对象模型的辨识。 对文中所提出的逆动力学模型求解方法进行仿真验证，证明了逆模型的有效性。将逆动力学模型应用到汽温对象中，设计了基于逆动力学模型的控制系统，对过热汽温在负荷、烟气量、蒸汽入口温度和给定值变化等情况下控制效果进行仿真试验。通过仿真实例可以看出，基于对象逆动力学模型的过热汽温控制效果优于传统的串级PID控制，在适应性、超调量和调节时间方面都有了较大的改进。