改进型自抗扰控制器在热工控制对象中的应用

摘要

核电站蒸汽发生器水位控制系统的动态特性较为复杂，具有非线性、强干扰和多工况等特点。随着核电站热力系统越来越复杂化和大型化，对控制水平提出更高要求，因此有必要研究新的控制算法改善系统控制性能。自抗扰控制器不依赖系统被控对象的数学模型，在时变、非线性控制系统中具有良好的控制性能。本文通过分析研究自抗扰控制器性能，将改进型自抗扰控制器应用于蒸汽发生器水位控制系统，并使用改进的遗传算法优化自抗扰控制器参数。 首先，针对自抗扰控制器三个组成模块的原理及其功能进行详细分析，提出了参数整定规律，并结合具体的二阶控制对象，对控制器控制参数性能进行仿真分析。 其次，采用了一种新型改进跟踪微分器。通过对几种常用的跟踪微分器加速度函数进行分析研究，发现跟踪微分器的性能主要和加速度函数有关。本文选取具有非线性光滑特性的双曲正切函数作为跟踪微分器的加速度函数，使用李雅普诺夫第二定理对其稳定性进行证明，随后采用相平面法指导系统参数的整定，并通过扫频测试给出具体参数整定方案。通过仿真实验，证明了双曲正切跟踪微分器具有良好的控制效果。 最后，将改进的自抗扰控制器应用于热工控制对象。针对核电厂蒸汽发生器水位控制系统具有的多工况，非线性以及大延迟等问题，提出将改进的自抗扰控制器应用于蒸汽发生器水位控制系统，并使用改进的遗传算法优化自抗扰控制器参数。为验证改进控制器的控制效果，将改进的自抗扰控制系统和前馈串级PID水位控制系统进行仿真实验比较，结果表明，改进型自抗扰控制系统具有较好的快速性、稳定性、鲁棒性以及良好的抗扰性。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 自抗扰控制器研究现状

1.3 热工过程控制研究现状

1.4 热工过程的自抗扰控制

1.5 本文的工作

第2章 自抗扰控制器

2.1 引言

2.2 跟踪微分器TD

2.2.1 跟踪微分器理论

2.2.2 TD参数整定与仿真

2.3 扩张状态观测器ESO

2.3.1 扩张状态观测器理论

2.3.2 ESO参数整定与仿真

2.4 非线性状态误差反馈NLSEF

2.4.1 非线性状态误差反馈理论

2.4.2 NLSEF参数整定与仿真

2.5 本章小结

第3章 双曲正切跟踪微分器

3.1 引言

3.2 几种跟踪微分器分析比较

3.3 双曲正切加速度函数

3.4 双曲正切跟踪微分器设计

3.4.1 双曲正切跟踪微分器设计及稳定性证明

3.4.2 双曲正切跟踪微分器的相平面分析

3.4.3 双曲正切跟踪微分器的参数整定

3.5 仿真分析

3.5.1 跟踪性能

3.5.3 微分性能

3.5.3 滤波性能

3.6 本章小结

第4章 优化的改进自抗扰控制器及其应用

4.1 引言

4.2 基于遗传算法的改进型自抗扰控制器参数优化

4.2.1 遗传算法优化理论

4.2.2 自抗扰控制器参数优化整定方案

4.3 蒸汽发生器水位系统的自抗扰控制研究

4.3.1 SG水位系统数学模型

4.3.2 SG水位系统的传统控制

4.3.3 SG水位系统的ADRC控制

4.3.4 SG水位控制系统的仿真研究

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢