自抗擾控制技術在火電廠主汽溫度控制上的仿真應用

李 洋 陳樹昌 方 元

（華北電力大學 控制與計算機工程學院，河北 保定071003）

0 引言

在超臨界大型火電機組中，主蒸汽溫度的控制直接影響機組運行的穩定性與經濟性。目前主蒸汽溫度控制一般采用傳統串級PID 控制方案。 隨著控制品質與精度的要求越來越高，對象復雜程度也是與日俱增， 仍然采用傳統串級PID 方案控制難以達到令人滿意的控制效果。為了彌補這一不足，自抗擾控制技術應運而生，本文建立一種基于自抗擾控制器的一種主汽溫控制方案，并在simulink 仿真平臺上進行仿真試驗。

1 自抗擾控制基本原理

自抗擾控制器由跟蹤微分器（TD）、擴張狀態觀測器(ESO)、非線性誤差反饋控制律（NLSEF）三個核心模塊構成。

1.1 跟蹤微分器

跟蹤微分器的作用是對給定的輸入信號v0產生輸入信號的跟蹤信號和輸入信號的微分信號。

1.2 擴張狀態觀測器

擴張狀態觀測器的作用是對控制量u 和輸出信號y 作為兩個輸入進行觀測，得出兩個估計狀態變量和對系統內擾和外擾的總擾動估計值。

1.3 非線性誤差反饋控制律

TD 產生的跟蹤信號和微分信號與ESO 兩個估計量做差。 合理調節兩個誤差量系數通過一個非線性計算形成控制信號u0。

2 針對主汽溫的自抗擾控制仿真試驗

圖1 兩種控制器的階躍擾動響應曲線對比

本文采用串級控制策略，主回路采用ADRC 控制器，副回路采用PID 控制器。 在simulink 上搭建仿真模型。 導前區惰性區選取文獻[1]75%負荷下模型。 控制器參數設定好后進行階躍響應和擾動試驗：輸入單位階躍信號， 設置仿真時間為4000s， 在2000s 處加入一個幅值w=0.8 的減溫水側階躍擾動，兩種方案系統響應曲線如圖1。

仿真結果表明， 兩種控制方案都能達到穩定控制目的。 PID-PID控制開始響應速度比較快， 但是波動幅度太大， 且調節時間明顯比ADRC-PID 調節時間長。 在同等情況的擾動下，ADRC-PID 控制擾動幅度更小且調節時間更快，顯示出了更好的抗擾動能力。

魯棒性試驗：兩控制器參數不變，將主汽溫被控對象分別設置為額定負荷37%、50%、75%、100%下的動態模型， 單位階躍輸入下響應曲線如下（圖2）：

圖2 自ADRC 在四種額定負荷下魯棒性響應曲線對比

仿真試驗結果表明， 除37%額定負荷下響應曲線振蕩時間較長，超調量較大，其余三種額定負荷曲線過渡時間都比較短，沒有出現較大振蕩。但四條曲線最終都會達到平穩狀態，沒有出現發散結果。所以具有很強的魯棒性。

3 結論

通過simulink 仿真試驗結果可以看出自抗擾控制技術在大遲延、大慣性、 擾動多等特點的主汽溫度控制系統中顯示了很強的抗干擾性、適應性和魯棒性，達到了更好的調節品質的目的，具有很好的應用前景。

［1］范永勝，徐治皋.基于動態特性機理分析的鍋爐過熱汽溫自適應模糊控制系統[J].中國電機工程學報，1997，17（01）：23-28.