《多台并联运行除氧器自适应解耦控制器设计及应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多台并联运行除氧器自适应解耦控制器设计及应用（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十七届中国过程控制会议论文集 19 多台并联运行除氧器自适应解耦控制器设计及应用多台并联运行除氧器自适应解耦控制器设计及应用 陆会明 1，刘淑杰2，厉彦江2，王海波2 （1华北电力大学，北京，102206） （2山东黄金矿业股份有限公司焦家金矿，山东莱州，261441） 摘 要摘 要 多台并行除氧器过程难于控制的原因在于彼此强耦合及锅炉负荷频繁变化导致的参数时变特性。设 计了一种模型参考自适应解耦控制算法，引入过程增益与模型时间滞后两个补偿器，其主要参数如增益、滞 后时间均可在线自适应调整， 致使过程与参考模型时刻匹配， 使得预先设计的最优解耦控制器能够发挥作用， 获得期望的解耦效果。该算法
2、已应用于电站并行除氧器的水位与压力过程控制，显著改善了除氧器过程解耦 控制的动态特性。 关键词关键词 自适应解耦控制，并联除氧器系统，补偿器，电站应用 0 引言0 引言 火电站热工过程是一个高度复杂、非线性和不确定的控制对象，同时各系统间普遍存在着相互关联和 耦合的情况，如火电站的除氧器液位和蒸汽压力两个参数之间存在较严重的耦合关系，而且由于运行工况 的不同，造成被控对象特性的变化，从而使耦合关系在不同的工况下亦发生变化。对于并联除氧器系统， 这种耦合关系更加明显。由于耦合关系的影响，采用常规的单回路控制方法很难得到满意的调节品质。虽 然运用微机常规解耦控制可以基本消除耦合的影响，但在机组负荷
3、和运行工况发生变化的情况下（例如热 电厂冬季运行时由于供热的原因，供给除氧器的蒸汽压力要比夏季低很多），由于耦合关系随之改变，解 耦效果大为减弱，从而也很难始终得到满意的控制效果，严重时可导致系统不稳定。为此，提出一种具有 自适应特点的解耦控制算法，并成功地应用于某热电厂的除氧器系统水位和蒸汽压力控制，取得了良好的 控制效果。 1 自适应解耦控制算法 1 自适应解耦控制算法 1.1 常规解耦控制器设计 1.1 常规解耦控制器设计 图1是双输入双输出系统的解耦控制原理 图。图中，Gci(s)(i=1,2)是主控制器的传递函 数，Gii(s)(i=1,2)是主对象的传递函数， Gij(s)(i=1
4、,2; j=1,2)为耦合过程的传递函数， Fij(s)(i=1,2;j=1,2)为解耦控制器的传递函 数。 不难得出，当系统完全解耦时，解耦控制 器为： 图 1 常规解耦控制系统原理图 ( ) ( ) ( ) ij ij ii Gs F s G s = (1) 式中，i=1,2, j=1,2. 且 ij。 在实际应用工程中，一般采用静态解耦方法，即将Fij(s) (i=1,2;j=1,2)取为常值： ij ij ii K F K = (2) 同样，i=1,2,., j=1,2,.,且 i j。式(2)中，Kij 为Gij(s)的增益。 由上式知，在变动的工况下，由于过程动态特性的变化，Kii
5、 及 Kij 并不是保持为常值， 因而很难得到满意的解耦效果。 作者简介： 作者简介：陆会明（1965-） ，男，山东莱阳人，副教授，专业领域过程自动化控制、分布式软件设计。 R1 R2 + - +- Gc1(s) Gc2(s) u1 u2 F21 F12 G11(s) G22(s) G12(s) G21(s) y1 y2 + + + + 第十七届中国过程控制会议论文集 20 经现场测定系统特性知，母管式并列运行除氧器过程在不同的工况下变化较显著的是增益Kii及时滞 di(i=1,2.)。 关于时滞di (i=1,2,.)对系统的影响，文1中已给出了相应的结果。因此，应用自适应 解耦控制，在线
6、修改相应的解耦参数，以保持系统处于最佳的解耦效果。 1.2.自适应解耦控制器设计1.2.自适应解耦控制器设计 图 2 是自适应解耦控制原理图，图中，Gci(s) (i =1,2,3,4)为控制器的传递函数，Gmi(s) (i =1,2,3,4) 为被控过程广义参考模型的传递函数，Gii(s) (i=1,2,3,4)为主过程对象的传递函数，Gij(s) ( i =1,2,3,4; j=1,2,3,4; i j)为耦合过程的传递函数，Kpi 和 di (i=1,2,3,4)为自适应参数，用向量表示为： ( )( ),( )1,2,3,4 T pii i kKkd ki= (3) 设 Gmi(s)
7、= KmiHi(s) (i = 1 ,2,.,4), 其中Kmi (i = 1,2,.,4)为 Gmi(s) (i = 1,2,.,4) 的增益。 另设Gij(s) = Kij(s)Hij(s) (i = 1,.,4; j=1,.,4; 且 i j) ,其中Kij 为Gij(s) 的静态增益，不难 得出，解耦参数为： pjij ij piii K K F K K = (4) 式中，i = 1,2,.,4; j = 1,2,.,4; 且 i j。 经现场测定，在变动工况下，Kii (i = 1,2,.,4) 变化较明显，而 Kij (i=1,2,.,4; j=1,2,.,4; 且 i j )则基
8、本不变，故可将其按时不变参数考虑。从而只要实时地调整 Kpi( i=1,2,.,3)，使其满足： piiimi K KK= (i=1,.,4) (5) 上式中Kmi( i=1,.,4 )是广义参考模型的增益且为常数，因此式(4)变 为： pi ijij mi K FK K = (6) 令/ iijmi AKK= (i=1,2,.,4; j=1,2,.,4;且i j), 显然Ai(i=1,2,3,4) 为常数，故式(6)改写为如下 形式： ijipj FAK= (i=1,2,.,4;j=1,2,.,4;且ij) (7) 式(7)表明,解耦参数将不再是一组静态数值,而是随对象特性的变化而自动调整的
9、动态参数,从而始终保 持良好的解耦效果。 R1 R4 + - Gc1(s) u1 F12 F13 F14 Kp1 Gm1(s)Z-d1 Law1 G11(s) G44(s) G14(s) G41(s) y1 y4 Law4 z-d4 Kp4 Gm4(s) F41 F42 F43 Gc4(s) u2u3u4 u1u2u3 - + + + + + + + + + + - - + 图 2 自适应解耦控制系统结构原理图 文1给出了自适应可调参数 pi K 及 i d (i=1,2,.,4)的自适应调整率为: e kykyk iimi ( )( )( )= iiiii kkk F k grad Jki(
10、 )()( )( ) ()( )=+1 第十七届中国过程控制会议论文集 21 gkgrad J ddk i d mi mi mi 1 ( ) ()( )= = 1 ( )( )(1)( )mi k imimi j ejyjyjdk = 2 ( ) ()( )pi pi ipi K gkgrad J KKk = (8) 上式中i=1,2,3,4; j=1,2,3,4; ij. i为自适应率优化步长，当取值满足下式时： 22 1 22 1122 22( )( )( )(1)( ) ( )( )( )( ) 0( ) k iimimii j iiii ejejyjyjyj fk gkfk gk i
11、k = + + (9) 自适应系统(8)具有一致收敛的性质 1。 2 过程模型与控制器参数 2 过程模型与控制器参数 2.1 被控对象特点 2.1 被控对象特点 本文提出的自适应解耦算法的实际应用系统是某电厂苏制两台并列运行除氧器的水位和蒸汽压力控 制。该系统的给水和进汽均由相应的两个给水阀门及四个进汽阀门进行调节。由于汽机负荷变动和不同季 节运行工况 的变化，加上并列运行除氧器固有的水位和压力强耦合特性，致使该系统具有较强的参数时 变特性，因而原设计的常规 PID 控制系统一直无法正常投入运行,只能采取人工手动控制方式运行，严重 依赖操作人员运行经验，控制效果不理想。 2.2 被控对象参数辨
12、识及控制器参数优化 2.2 被控对象参数辨识及控制器参数优化 在机组某一固定负荷下，通过实时数据采集、离线辨识及参数优化等手段，现场测定该除氧器过程的 动态特性如下: 水位过程的动态特性为(采样时间 T4s): Gzz z zz 1 0 012 6 9879 12 5936104 3 1 1 12 () . . = + Gzz z zz 2 10 013 58921 10 0134 497 3 1 12 () . . + = 压力过程的动态特性为(采样时间 T4s): Gz zz zz 3 0817 17420817 14016 202 396613 1 12 12 () . . = + +
13、Gz zz zz 4 10 922 18440 922 126 31 1734250 86 12 12 () . . + + = 从上式知水位过程为无自平衡对象，而蒸汽压力过程为有自平衡对象。并且两台连通除氧器的水位过 程和压力过程具有各自的相似特性。 当广义模型与广义对象匹配的情况下，各控制器的最佳参数确定为如下： Gz c zz z 1 15475 60210607 1 12 1 () .+ = Gz c zz z 2 15957 68600981 1 12 1 () .+ = Gz c zz z 3 13075 32510375 1 12 1 () .+ = Gz c zz z 4 13
14、169 33800 391 1 12 1 () .+ = 3 自适应解耦控制系统运行效果 3 自适应解耦控制系统运行效果 第十七届中国过程控制会议论文集 22 根据设计要求，除氧器水位设定值为 1.6 米，压力设定值为 0.04MPa。由于该机组不仅负荷波动频繁， 而且随机性强，长期手动运行，被控量波动范围较大。投入自适应解耦控制，取得了比较满意的调节效果。 图 5 及图 6 分别给出了手动控制和自适应解耦控制相对应的现场运行曲线。 图 5 并列运行除氧器手动控制运行曲线 图 6 并列运行除氧器自适应解耦控制运行曲线 4 结论 4 结论 本文将自适应技术与多变量系统解耦控制方法相结合，提出了一
15、种自适应解耦控制器算法，该算法不 仅有效地提高了系统的解耦精度，并且显著地提高了对参数时变的适应性。 采用微机控制手段，将上述的自适应解耦控制算法应用于火电站并联运行除氧器水位、蒸汽压力的解 耦控制，取得了较满意的控制效果，表明了该算法的有效性及实用性，为自适应控制技术在火电站多变量 过程控制中的实际应用进行了有益的探索。 参考文献 参考文献 1 Yang Zhiyuan and ShenZijun, Model Reference Adaptive Prediction Control of Steam Temperature Process in Power PlantsJ. Proc.of 11th IFAC world congress,6,pp.45-49, 1990. 2 杨志远，陆会明等, 650t/h 直流炉再热汽温的自适应预估控制J。中国电机工程学
