基于自抗扰控制的300MW循环流化床机组负荷协调控制系统的研究

摘要

循环流化床技术是一种高效、低污染、燃料适应性广的洁净煤燃烧发电技术，近年来在国内外得到了迅速的发展。但是与煤粉锅炉相比，循环流化床锅炉是一个非线性、时变、大滞后的控制对象，难以建立精确的数学模型，用传统的PID控制技术难以得到满足工艺流程要求的控制效果，从而使得整个循环流化床机组不能投入协调控制系统，满足不了电网对自动发电控制的要求。目前国内外的许多学者对循环流化床机组不能投入协调控制系统的问题进行了研究，但是能够解决实际问题的不多，具有普遍意义的更少。
　　 自抗扰控制(ADRC)是近年发展起来的一种新型的非线性控制技术。自抗扰控制通过扩张状态观测器对系统未建模动态摄动和未知外扰的总和作用量实时估计，并在控制信号中补偿掉，然后使用非线性状态误差反馈控制律实现对被控对象的控制。因而它对非线性、时变、时滞等复杂系统具有较好的控制品质。
　　 本文分析了循环流化床机组协调控制系统在实际运行中存在的问题和影响控制效果的主要原因。认为自抗扰控制技术能够解决循环流化床单元机组的非线性、时变、大滞后的问题，于是设计了基于自抗扰控制技术的300MW循环流化床机组的协调控制系统，并且以某300MW循环流化床机组部分工况下给煤量扰动时的主蒸汽压力动态特性的近似传递函数为例，在MATLAB环境下分别对它们采用传统PID控制和自抗扰控制技术进行了仿真研究，结果表明基于自抗扰控制技术的系统较之传统的PID控制具有更好的、满足生产工艺流程的控制效果。

目录

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摘要

英文摘要

第二章 循环流化床锅炉的工艺流程及控制现状

2．1 循环流化床锅炉的工艺流程简介

2．2 循环流化床锅炉的特点

2．3 循环流化床锅炉的控制现状

2．3．1 给水控制系统

2．3．2 蒸汽温度控制系统

2．3．3 床压控制系统

2．3．4 床温控制系统

2．3．5 协调控制系统

2．4 分析影响系统控制品质的主要因素

2．4．1 锅炉响应的迟延特性

2．4．2 系统的复杂性

2．4．3 对象的时变与非线性

2．5 本章小结

第三章 自抗扰控制技术

3．1 自抗扰控制器的结构

3．1．1 跟踪微分器(TD)

3．1．2 扩张状态观测器(ESO)

3．1．3 非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)

3．2 自抗扰控制器的离散算法实现

3．2．1 TD的离散算法实现

3．2．2 ESO的离散算法实现

3．2．3 NLSEF的离散算法实现

3．3 自抗扰控制器的应用

3．2．1 时滞系统的自抗扰控制

3．3．2 时变系统的自抗扰控制

3．3．3 非线性系统的自抗扰控制

3．4 本章小结

第四章 基于自抗扰控制的300MW循环流化床机组负荷协调控制系统研究

4．1 协调控制系统的典型方案

4．1．1 以锅炉跟随为基础的协调控制方案

4．1．2 以汽轮机跟随为基础的协调控制方案

4．1．3 机炉综合型协调控制方案

4．1．4 直接能量平衡协调控制方案

4．2 基于自抗扰控制的循环流化床机组负荷协调控制系统的设计

4．2．1 基于自抗扰控制的循环流化床机组负荷协调控制系统的结构设计

4．2．2 自抗扰控制器的设计

4．3 基于自抗扰控制的循环流化床锅炉主汽压力控制系统的仿真

4．3．1 循环流化床锅炉主汽压力被控对象的现场试验与建模

4．3．2 传统PID控制系统仿真

4．3．3 自抗扰控制系统仿真

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

附录

附录1 TD的程序

附录2 ESO的程序

附录3 NLSEF的程序

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承诺书

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