基于非线性状态观测器的过热汽温控制系统的分析与设计

摘要

近年来，非线性状态观测器已广泛的被研究和应用，尤其是在热工机组中。随着火电厂大容量、高参数机组的不断增加，对热工自动化的要求也日益提高。在火电厂单元机组控制中，过热蒸汽温度是整个流程中的最高温度，过热汽温的控制影响到整个系统的安全与效率。目前，火电厂的锅炉过热汽温控制大部分仍然采用PID控制，而常规的PID控制器的参数整定一般依赖于被控对象的数学模型，而且过热汽温控制系统属于大惯量、大延迟的非线性系统，使得控制的难度大大增加。
　　本文建立了过热汽温控制系统包括传递函数和状态空间表达式非线性数学模型，设计了一种非线性状态观测器，并基于非线性状态观测器设计了状态反馈控制的闭环控制系统，并将其应用于过热汽温控制系统。通过配置过热汽温控制系统状态观测器的极点使得观测器输出能渐进稳定于原系统的状态变量，即观测器能满足控制性能的要求。对基于非线性状态观测器设计的过热汽温控制系统的闭环控制系统，在不同负荷下的响应特性进行了分析，并与传统PID控制系统和基于状态变量多模型的过热汽温控制系统进行了比较，仿真结果表明基于状态观测器的闭环控制系统优于PID控制系统，既有比较快的响应速度，又有相对较小的超调量，有较好的控制性能，取得了与基于状态变量多模型的过热汽温控制系统相近的效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 过热汽温控制系统的现状及过热汽温控制的一些要求

1．2．1 几种常见的汽温控制系统

1．2．2 过热汽温控制的难点

1．2．3 过热汽温控制的设计原则

1．3 控制理论的发展

1．3．1 现代控制理论的发展

1．3．2 非线性控制的意义

1．3．3 非线性状态观测器的研究现状

1．4 本文的主要研究内容

第2章 过热汽温控制的动态特性及模型

2．1 引言

2．2 过热汽温控制的动态特性

2．3 常规的过热汽温控制系统

2．3．1 串级控制系统的分析

2．3．2 过热汽温的数学模型

2．4 本章小结

第3章 非线性状态观测器的设计及应用

3．1 状态观测器的设计

3．1．1 状态观测器的引进

3．1．2 状态观测器的设计

3．2 非线性状态观测器的设计及在非线性系统中的应用意义

3．2．1 非线性状态观测器引进

3．2．2 非线性状态观测器的设计条件

3．2．3 非线性状态观测器的设计

3．3 本章小结

第4章 非线性状态观测器在过热汽温控制中的设计及仿真

4．1 过热汽温控制系统状态观测器的设计

4．1．1 状态空间方程的建立

4．1．2 状态观测器的反馈矩阵

4．1．3 基于非线性状态观测器的过热汽温控制系统

4．2 不同负荷时的阶跃响应

4．2．1 与传统PID串级控制系统的比较

4．2．2 与基于状态变量多模型控制系统的的阶跃响应的比较

4．3 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 前景展望

参考文献

在校期间发表的论文

致谢