第２２卷 第６期 Ｖｏｌ＿２２ Ｎｏ．６ 电子设计工程 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１４年３月 Ｍａｒ．２０１４ 基于改进型Ｓｍｉｔｈ预估器的超临界机组主汽温模糊 控制系统 马阳 （沈阳工程学院自动化学院，辽宁沈阳１１０１３６） 摘要：介绍了超临界机组主汽温采用燃水比调整和二级喷水减温调节的控制策略。针对超临界机组主汽温对象时变 性、非线性、大迟延等特点，提出了一种改进型Ｓｍｉｔｈ预估器对主汽温对象惰性区特性进行预估补偿，并将模糊控制 理论与经典控制理论结合形成了主汽温综合控制方案 通过现场实际采集的历史数据．对系统进行仿真分析，结果表 明该方案可以很好地解决主汽温系统的非线性和滞后性问题。 关键词：主汽温；改进型Ｓｍｉｔｈ预估器；补偿；模糊控制 中图分类号：［ＴＮ９８１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—６２３６（２０１４）０６—００１７—０３ Ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｍａｉｎ ｓｔｅａｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ Ｕｎｉｔｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｓｍｉｔｈ ｐｒｅｄｉｃｔｏｒ ＭＡ Ｙａｎｇ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆＡ ｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｇｙａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０１３６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｅｌ ｗａｔｅｒ ｒａｔｉｏ（Ｆ，Ｗ）ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｐｒａｙ ｄｅｓｕｐｅｒｈｅａｔｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｔｅａｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｉｍｅ ｖａｉｒａｔｉｏｎ，ｎｏｎｌｉｎｅａｒ，ａｎｄ ｌａｒｇｅ ｄｅｌａｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｔｒｅａｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｂｊｅｃｔ ｉｎ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｍｉｔｈ ｐｒｅｄｉｃｔｏｒ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｏｆ ｉｎｅｒｔ ｒｅｇｉｏｎ ｏｒｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｔｅａｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｂｊｅｃｔ，ａｎｄ ｆｏｒｍｅｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｌａｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｔｅａｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ＰＩＤ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｈｉｓｔｏｒｉｃａｌ ｄａｔａ ｆｒｏｍ ｆｉｅｌｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｓｅｔｔｌｅ ｔｈｅ ｄｅｌａｙ ａｎｄ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｑｕｅｓｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｔｒｅａｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍａｉｎ ｓｔｅａｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｍｉｔｈ ｐｒｅｄｉｃｔｏｒ；ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ；ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ 目前，６００ ＭＷ超ｌ临界机组由于其主汽压力和主汽温度 决。Ｓｍｉｔｈ预估控制是克服对象大迟延的常用方法，但Ｓｍｉｔｈ 预估器对模型的误差十分敏感，鲁棒性差，必须建立对象精 确的数学模型才能有效解决时滞问题。 基于以上分析．本文提出了一种改进型Ｓｍｉｔｈ预估器对 较高，提高了机组的热效率和经济性，已逐步成为我国电力 行业的主力机组Ⅲ。但主蒸汽温度在实际运行中经常遇到频 繁、扰动量大的干扰，且汽温控制对象具有时变性、非线性和 大迟延等特点．因此应设计合理的主汽温控制策略，以维持 主汽温的稳定，保证机组的安全运行和经济效益。 大型火电机组控制过热汽温应用较为广泛的是串级控 制系统，其内回路为快速随动系统，克服内扰的能力较强，但 要求主、副调节器的参数必须配合好，才能得到理想的控制 效果。由于汽温对象的非线性和时变性，决定了控制器的最 佳参数只适合于某一运行工况。当工况发生变化时控制器参 超临界机组主汽温对象惰性区特性进行预估补偿，并将模糊 控制理论与经典控制理论结合形成了主汽温综合控制方案。 通过仿真研究证明这种汽温综合控制新方案能够很好的克 服主汽温对象非线性和滞后性问题．使主汽温控制系统性能 有了较大的提高。 １主汽温综合控制 １．１超临界机组主汽温基本控制策略及工艺流程 超临界直流锅炉主汽温的控制由两个调节系统实现。一 是通过调节燃水比来维持汽水流程中某点的工质温度．对主 汽温的进行粗调；二是通过设置二级过热器喷水减温装置， 对主汽温的进行细调Ｉ２］。 数的匹配关系会变得不协调，进而影响控制效果。目前，模糊 控制在工业控制中逐步得到应用，模糊控制的鲁棒性和自适 应能力较强．能够很好的解决对象模型的不确定性、时变性 和非线性问题．但对于汽温对象的大迟延特性无法有效解 收稿日期：２０１３—０７—２０ 稿件编号：２０１３０７１５６ 基金项目：辽宁省教育厅（Ｌ２０１１２３５） 研究方向：热工过程自动化。 作者简介：马阳（１９７８一），女，辽宁义县人，硕士研究生，讲师。 一ｌ７一 马阳 基于改进型Ｓｍｉｔｈ预估器的超临界机组主汽温模糊控制系统 Ⅳ ∑ （ｅ，ｅｃ） ∑胁（ ｃ） ｌ ∑ （ｅ ）｜ｊ｝ （３） ∑肫（ ｃ） ‘＝ｌ 其中ｋ 、ｋｉ，ｋｄ为精确输出量； ｐｉ，ｋ 、ｋｄ为输出变量； 为 模糊集隶属度函数：Ⅳ为单点集数。应用模糊合成推理，根据 各参数模糊控制模型及各模糊子集的隶属度赋值表，得到控 制器参数的模糊矩阵表．将求得的修正参数带入下列公式计 算，分别得到模糊自适应ＰＩＤ控制器的３个参数为： Ｊ｝ ＝ ，ｋｉ＝ｋ￣＋ｋ：，ｋｄ＝ｋ￣＋ｋ： （４） 时间 在线运行过程中，控制系统通过对模糊逻辑规则的处 理、查表和运算，完成对ＰＩＤ参数的在线校正旧。 ２．２仿真研究及结果分析 图５系统输出响应曲线 Ｆｉｇ．５ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｕｔｐｕｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｃｕｒｖｅ ２．２．１汽温对象特性 通过减温水阶跃扰动试验，测得超临界机组主汽温二级 减温器的进、出口温度阶跃响应曲线。根据响应曲线估算二 级喷水减温系统的惰性区及导前区传递函数为： Ｇ ）＝ （５） （６） 时间 Ｇｏ２（５）＝ Ｓｍｉｔｈ预估器模型： Ｐ（ ）＝Ｋ—Ｇ。－（．ｓ）：０・８一 ２．２．２仿真研究及结果分析 图６受到干扰后系统输出响应曲线 （７） Ｆｉｇ．６ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｕｔｐｕｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｃｕｒｖｅ ａｆｔｅｒ ａ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ 总之，通过系统仿真曲线分析，本文设计的改进型Ｓｍｉｔｈ 预估器模糊控制器抗干扰能力强，有一定的容错能力。这种 汽温综合控制新方案能够很好的克服主汽温对象非线性和 根据汽温对象动态特性，按图２搭建系统仿真模型。为 了观察改进型Ｓｍｉｔｈ预估器模糊控制效果。同时还进行了常 滞后性问题．具有良好的快速性、稳定性和鲁棒性，使主汽温 控制系统性能有了较大的提高。 规ＰＩＤ和Ｓｍｉｔｈ预估器控制的仿真实验。ＰＩＤ控制器参数ｋｐ＝ １．１、ｋｉ＝０．０１７、ｋ￣＝１９．８，其仿真结果如图５所示。对比３条仿真 曲线．常规ＰＩＤ系统响应速度较快，过渡时间较长并有一定 震荡状态出现；Ｓｍｉｔｈ预估控制的响应曲线在抑制超调，加快 系统调节速度方面有较好的控制效果：模糊Ｓｍｉｔｈ控制效果 最好．调节时间短且无超调及震荡。 ３结束语 超临界机组主汽温对象较为复杂，存在较大迟延、时变 性、非线性等特点。常规控制策略很难取得满意的控制效果。 本文提出了一种改进型Ｓｍｉｔｈ预估器对主汽温对象惰性区特 性进行预估补偿，并将模糊控制理论与经典控制理论结合形 为观察模糊Ｓｍｉｔｈ的抗干扰效果．系统在２００ ｓ的时刻控制 作用加入阶跃扰动，仿真结果如图６所示。仿真曲线表明，模糊 Ｓｍｉｔｈ的抗干扰方面能力是最强的。扰动发生后，控制器参数在较 短的时间内进行线调整．系统输出平稳快速的恢复到平衡状态。 成了主汽温综合控制方案。通过现场实际采集的历史数据， 对系统进行仿真实验，结果表明该方案可以很好地解决主汽 （下转第２３页） 一１９—
