基于状态观测器的锅炉过热汽温反馈控制

摘要

在当今火电机组控制领域，过热蒸汽温度(简称过热汽温，或者主汽温)是锅炉的重要参数之一，其控制要求十分严格。但该系统具有大迟延、大惯性、参数时变等特性，并且随着装机容量的不断增大，过热器的管道也在不断加长，皆导致了热惯性和调节滞后性的大大增加，使得被控系统复杂程度和控制难度都相应增大。尤其大型机组的运行参数值与其金属材料可承受的极限值之间的余地越来越小，使得维持蒸汽参数的稳定尤为重要，是机组安全、稳定、经济运行的重要保证。
　　大多数大型机组的汽温控制系统仍选用经典PID串级控制方式，基于输出反馈校正的原理，对于大迟延对象的调节不够及时，往往会造成很大的超调量，而且固定参数的控制器在多变的生产环境中，控制效果也不够理想。
　　考虑到过热汽温控制对象复杂的特性，本文将两种基于观测器的状态反馈控制方案应用于过热汽温控制系统中：
　　(1)带有误差积分反馈的观测器-状态反馈控制：针对被控对象数学模型构造不同阶次的状态观测器，并基于观测器获得的状态信息构成状态反馈控制，使被控对象的动态特性得到改善，然后引入误差的积分反馈作用，消除稳态偏差。仿真研究表明，将带有误差积分反馈的观测器-状态反馈控制方案应用到过热汽温控制系统中，具有较好的控制品质和较强的鲁棒性，且当构造观测器的阶次与被控对象阶次相等时控制效果最好。
　　(2)基于增量式函数观测器(IFO-KΔx)的状态反馈控制：将基于增量式函数观测器的状态反馈控制与PID控制相结合，使得被控对象的大滞后特性得到了改善，同时又保留了PID控制鲁棒性强的优点。仿真研究表明：将该方案应用于过热汽温控制系统时，具有较强的抗干扰性和鲁棒性，且验证了在选择同样的观测器参数条件下，增量式函数观测器的鲁棒性要优于全维状态观测器。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作

第2章 过热汽温系统分析

2.1 过热汽温被控对象的动态特性

2.2 过热汽温对象的数学模型

2.3 常规过热汽温控制系统

2.4 本章小结

第3章 状态反馈与观测器的研究

3.1 引言

3.2 状态反馈

3.3 状态观测器

3.4 基于全维状态观测器的状态反馈系统

3.5 本章小结

第4章 带有误差积分反馈的观测器-状态反馈控制在过热汽温系统中的应用

4.1 引言

4.2 带有误差积分反馈的观测器-状态反馈控制的基本原理

4.3 带有误差积分反馈的观测器-状态反馈控制方案

4.4 带有误差积分反馈的观测器-状态反馈控制系统的仿真分析

4.5 观测器阶次变化对控制性能的影响仿真

4.6 本章小结

第5章 增量式函数观测器-状态反馈控制在过热汽温系统中的应用

5.1 引言

5.2 Luenberger函数观测器

5.3 哈默斯坦（Hammerstein）模型

5.4 增量式函数观测器

5.5 增量式函数观测器-状态反馈控制

5.6 增量式函数观测器-状态反馈控制仿真

5.7 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和其它成果

致谢