锅炉汽包水位的无模型自适应PID控制研究

摘要

锅炉汽包水位是火电机组安全运行的一个重要参数，关系到电厂的安全经济运行。水位过高则会导致蒸汽产生带水现象，而且还会使过热器管内结垢，不仅降低了蒸汽的产量和质量，严重时还将引起过热器爆管;水位过低则会破坏水循环，不仅影响水汽平衡，甚至会烧干锅炉，严重时还会导致锅炉爆炸。因此，锅炉汽包水位的严格控制，一直以来是学者和工程技术人员关注的焦点。
　　 目前，锅炉汽包水位控制采用的是常规PID控制，但受锅炉水位调节过程中非线性、不稳定性、时滞性、强耦合性等特点的影响，PID控制对非线性系统的控制效果并不理想。而目前大多数先进控制方法描述过程的动态特性基本上用微分方程或差分方程来表示，但是目前工程控制领域中许多系统非常复杂，甚至无法掌握其内在的规律，所以过程的定量知识很难获得，因此很难建立受控系统的数学模型，特别是非线性系统的建模问题到现在仍然是一个比较困难的问题。因此，要解决在实际应用中出现的诸多问题，就必须寻找一种新的理论与技术，无模型自适应控制就是这种无需过程模型的自适应控制方法。
　　 无模型自适应控制基本理论是:控制器中不包含受控过程数学模型的任何信息，控制器的设计只是利用受控系统的输入输出数据来完成参数辨识和自适应控制。本课题重点将无模型自适应控制MFAC应用于汽包水位控制，并在Matlab-Simulink平台上开发了MFAC控制器，仿真结果表明汽包水位的MFAC控制能够克服扰动和虚假水位。在此基础上，对MFAC控制算法进行了改进，并将扰动观测器应用到汽包水位控制系统。提出了基于扰动观测器的无模型自适应汽包水位控制方法DOMFAC，设计该方法的目的是为了有效抑制蒸汽扰动的作用，仿真结果表明，DOFMAC-PID控制系统克服了时滞、大扰动和虚假水位，调节时间短，能有效抑制负载扰动的作用，控制效果比较理想。通过理论分析与实验仿真，表明无模型自适应控制是一种基于数据的全新控制方法，它不仅突破了传统依赖被控对象数学模型的限制，而且创造了系统控制的新思维，极大地丰富了控制理论，因此具有广阔的应用前景。

目录

声明

摘要

附图索引

第1章 绪论

1．1 本课题研究背景及意义

1．2 锅炉汽包水位控制的研究现状

1．3 无模型自适应控制的研究现状

1．3．1 国内研究现状

1．3．2 国外研究现状

1．4 本文的主要内容

第2章 锅炉汽包水位的串级三冲量控制

2．1 锅炉汽包水位系统的组成及作用

2．1．1 锅炉汽包水位系统的组成

2．1．2 锅炉汽包的作用

2．2 影响锅炉汽包水位变化的因素

2．2．1 给水流量对汽包水位的影响

2．2．2 蒸汽流量对汽包水位的影响

2．3 锅炉汽包水位的经典控制策略

2．3．1 单冲量控制

2．3．2 双冲量控制

2．3．3 三冲量控制

2．4 锅炉汽包水位的串级三冲量PID控制

2．4．1 PID控制原理

2．4．2 汽包水位的PID-PID串级控制系统

2．4．3 汽包水位PID-PID串级控制系统仿真

2．5 小结

第3章 基于无模型自适应的汽包水位控制

3．1 MFAC泛模型

3．1．1 非线性系统线性化

3．1．2 泛模型方法

3．2 MFAC控制律与特征参量辨识

3．2．1 控制律的导出

3．2．2 特征参量辨识

3．2．3 辨识与控制

3．3 无模型控制器的收敛性及合理性分析

3．3．1 无模型控制器的收敛性分析

3．3．2 无模型控制器合理性分析

3．4 基于MFAC的汽包水位控制

3．4．1 MFAC仿真模块开发

3．4．2 汽包水位的MFAC-PID控制系统

3．4．3 汽包水位MFAC-PID控制系统仿真

3．5 小结

第4章 基于扰动观测器的无模型自适应汽包水位控制

4．1 扰动观测器的基本原理

4．2 扰动观测器Q滤波器的设计

4．3 MFAC控制器设计

4．4 基于扰动观测器的无模型自适应汽包水位控制系统

4．5 汽包水位DOMFAC-PID控制系统仿真

4．6 三种控制系统的仿真比较

4．7 小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及成果