0　引　言

随着电力自动化水平的提高，单元机组锅炉———汽轮机协调控制系统已日益显示出其重要性，它是提高电厂经济效益，实现电网调度自动化的重要环节。因此，对协调控制系统提出了越来越高的要求，如适应大范围的负荷变动，良好的负荷静态和动态跟踪性能。

大多数工程控制系统的核心是PID控制规律，这是因为PID方法不需要被控对象的数学模型，且应用时直观、简洁、易于被控制工程师掌握。但是，PID方法对于多变量非线性强耦合的系统并不能取得良好的控制效果。对于近年来所得到应用的最优控制、解耦控制、自适应控制、H∝控制等方法，又都是基于线性模型的假设，即仅对系统运行平衡态附近的小范围运动有效。逆系统方法［1］的出现，对于多变量非线性系统的大范围控制提供了一条新的途径，它不象微分几何方法需要求导数、求括号、向量场等较为复杂的数学概念，况且微分几何方法主要只对仿真非线性系统具有较好的解决方案，而逆系统方法物理意义直观，求解时只需代数运算，较易于应用，易于被广大控制工程师所掌握。本文将逆系统方法用于燃油机组协调控制系统的设计。

1　逆系统方法原理

    考虑由状态方程所描述的非线性系统，其一般形式为：



对上述方程的求导过程可分成两步，第一步先对方程（2）进行求导变换，即依次对y1，y2，…，yr求出对时间t的α1，α2，…，αr阶导数，构成新的方程如下：




其中αi（1≤i≤r）的数值按下式定义：




方程（1）构成一个新的系统方程。其状态方程可由式（5）代入（1．1）中得到，其输出方程即为（5）。因此，该系统∏：Y→U的方程可用下式表示：


2　机炉协调控制的逆系统方法设计

2．1　锅炉———汽轮机系统对象特性

某160MW燃油机组的锅炉———汽轮机系统对象特性为［2］［3］：


其中x1：汽鼓压力（kg／cm2），x2：输出功率（MW），x3：流体密度（kg／m3）；

    u1：油阀门位置，u2：控制阀位置，u3：给水执行器位置，且0≤u3≤1（i=1,2,3）；

y1：汽鼓水位，αcs：蒸汽质量因子，qe：蒸汽质量流量（kg／s）。


2.096

2．2　机炉协调控制系统的α阶积分逆系统设计

根据逆系统设计方法，求得锅炉———汽轮机系统的形如式（7）的α阶积分逆系统为：


对于所设计的伪线性系统进行控制系统的PID综合，最终的控制系统如图1。


3　仿真研究

取系统的一个稳态工作点［y01，y02，y03］T＝［108，66．65，0］T，在此点进行定值阶跃扰动，仿真结果如图2。图2（a）、（b）、（c）分别是y1、y2、y3定值增加10个单位时的仿真控制结果，从图中可见，逆系统控制较好的消除了系统的非线性强耦合特性。

4　结　语

对严重非线性耦合的锅炉———汽轮机系统，提出了对其控制的逆系统解耦控制方法，仿真结果表明，采用逆系统控制方法设计的锅炉———汽轮机系统，可在全负荷范围内克服其非线性和严重耦合性，优于其它基于局部工作点所设计的H∝等控制方法。


　参考文献

1　李春文，冯元琨．多变量非线性控制的逆系统方法．北京：清华大学出版社，1991

2　Bell R．B．and Astrom K．J．Dynamic models for boiler－tur－bine－altemator units：data logs and parameter estimation fora 160MW unit．Report TFRT－3192，Lund Institue of Technology，Sweden，1987

3　Tan Wen，Niu Yuguang，Liu Jizhen．Roubust control for anonlinear boiler－turbine system．控制理论与应用．1999，16（6）


原文链接：http://enpinfo.com/Turbine/Doc/Data/200807/14321.html