一种改进型Smith预估主汽温控制结构

摘要

本发明提供了一种改进型Smith预估主汽温控制结构，其特征在于，系统传递函数为本发明的另一个技术方案是加入新型的SMITH预估器，提供了一种改进型Smith预估主汽温控制结构，其特征在于，系统传递函数为本发明提供了一种新型Smith预估结构，将传统的Smith预估器要求传递函数是一阶惯性加上延迟环节的形式转成高阶系统，使预估系统更加稳定，有利于减少系统的动态偏差，方便工程应用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种火力发电厂超临界、超超临界机组的主汽温控制结构。

背景技术

随着我国电力事业的发展，我国大容量的机组不断增加，电网的自动化程度 也有了很大的提高，这就对机组控制品质提出了更高的要求。其中主蒸汽温度是 关系到机组经济安全运行的一个重要参数。机组运行时要求主汽温在设定值附近 变化，不能有过大的偏差。常规的主汽温控制方案一般均为串级PID控制方案， 因为PID控制具有稳定性高、结构简单、调节方便、通用性强等特点，所以其在 电厂控制方面的地位难以取代。但是随着现代计算机技术和现代控制理论的不断 发展，先进控制技术成为国内外研究的热点。其中针对主汽温这个大滞后系统， 可以按照过程特性设想出一种模型加入到反馈控制系统中，用来补偿系统的延迟 的动态特性。先进控制方案一般集中在神经网络控制、模糊控制、预测控制和 Smith预估控制等几个方面。虽然提出先进的控制算法和控制理念的出现来补偿 汽温大滞后的特性，但是在运用于实际中的并不是很多。Smith预估控制是针对 主汽温大延迟的一种典型的控制方案，它相对于其他先进控制系统来说设计理念 简单，实施也相对比较容易，便于工程应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够在主汽温控制的Smith预估控制算法。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种改进型Smith预估 主汽温控制结构，其特征在于，系统传递函数为式中， X(s)为输入，Y(s)为输出，G₀(s)为被控对象K为放大系数， T为时间常数，系统特征方程为：G_c1(s)为控制器。

本发明的另一个技术方案是加入新型的SMITH预估器，提供了一种改进型 Smith预估主汽温控制结构，其特征在于，系统传递函数为 式中，X(s)为输入，Y(s)为输出，G₀(s)为被控对象， K为放大系数，T为时间常数，G₀^*(s)为Smith预估的控制模 型，${G_0}^{*}\left(s\right)=\frac{K}{(1+T_{2}s)},$T₂＝nT。

本发明提供了一种新型Smith预估结构，将传统的Smith预估器要求传递函 数是一阶惯性加上延迟环节的形式转成高阶系统，其优点是：

采用降阶改进型Smith预估器可以使预估系统更加稳定，有利于减少系统的 动态偏差。传统的预估器则被控对象须为一阶惯性环节加上延迟环节则比较容易 实现。若主汽温模型建立的模型为高阶系统，则使用传统的预估器，将耗费大量 的转换模型的时间。传统的Smith预估后的系统的特征方程为1+G_c(s)G_o(s)， 其中对于原系统去掉了延迟环节。本发明提出另一种改进型的预估 器，预估后特征方程为同样去掉了延迟环节，但是特征方程 没有变化，不改变系统特性，方便工程应用。

附图说明

图1是传统SMITH预估器模型图；

图2是本发明的控制结构示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

在主汽温控制系统中，温度控制器的输出构成减温水喷水流量控制器的设定 值。三级过热器的入口温度和出口温度之间，管道内的蒸汽和管壁是由多个单容 对象串联形成多容对象，所以被控对象有大滞后的特性。

Smith预估器的主要原理为预先估计出被控过程在某种扰动下的动态特性， 然后由Smith预估器对其提前进行补偿，使延迟时间为的被调量超前反映到控 制器，使控制器提前动作，从而减少系统的超调量并且减少调节时间。

Simth预估控制结构能实现良好的效果的前提是控制模型的具有较高的准确 性。其对模型误差非常敏感，补偿结果取决于补偿器模型的精度。但是电厂的主 气温控制模型是一个模糊的模型。本发明的目的是提供一种改进型Smith预估结 构，在不改变对象特性的前提下，减小预估器对控制对象模型准确度的依赖，不 仅方便理论研究，也方便工程应用。

如图1所示，加入Smith预估器后系统闭环传递函数为：

$\frac{Y\left(s\right)}{X\left(s\right)}=\frac{G_0\left(s\right)G_{c1}\left(s\right)}{1+G_0\left(s\right)G_{c1}\left(s\right)}{e}^{{-\tau }_{0}s}$

式中，X(s)为输入，Y(s)为输出，τ₀为延时时间，G_c1(s) 为控制器，k为放大系数。系统特征方程不包含也就是说，Smith预估系 统已经消除了X(s)和Y(s)直接的纯滞后对于闭环系统的影响，而分子中的只是将被控参数Y(s)的响应时间推迟了τ₀这个时间段。

如图2所示：

本发明提供的一种新型的SMITH预估控制系统，如果不加预估控制，系统 传递函数为：$\frac{Y\left(s\right)}{X\left(s\right)}=\frac{G_0\left(s\right)G_{c1}\left(s\right)}{1+G_0\left(s\right)G_{c1}\left(s\right)},$式中，$G_0\left(s\right)=\frac{K}{{(1+\mathrm{Ts})}^n},$K为放大系数， T为时间常数。系统特征方程为：为大延迟系统。

若加入新型的SMITH预估器，系统传递函数为：式中，$G_0\left(s\right)=\frac{K}{{(1+\mathrm{Ts})}^n},$G₀^*(s)为Smith预估的控制模型，${G_0}^{*}\left(s\right)=\frac{K}{(1+T_{2}s)},$T₂＝nT。这样由大延迟环节转换成一阶惯性环节，有利于补偿系统的滞后性， 使系统快速响应。