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单元机组协调控制系统的先进控制策略研究

作　者: 房方
导　师: 刘吉臻
学　校: 华北电力大学（北京）
专　业: 热能工程
关键词: 单元机组协调控制多变量解耦控制多变量内模控制反馈线性化非线性输出跟踪
分类号: TK32
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

协调控制系统是单元制发电机组的控制中枢,是现代电站自动化系统中最为核心的组成单元。本文应用线性多变量控制及非线性控制的相关原理和方法研究了单元机组协调控制系统的设计、整定、工程实现等问题,致力于推动先进控制策略的工程应用,提高协调控制系统对过程非线性的适应能力。论文的研究内容及取得的主要成果体现在以下五个方面: ①通过广泛的选择和比较,在机理分析的基础上,确定了贯穿全文的研究基础—单元机组的简化非线性模型。该模型结构简单、特征突出、具有代表性,适于协调控制系统的设计与综合。 ②对线性多变量方法在协调控制系统中的应用做了系统、深入的研究。分别基于多变量解耦和多变量内模方法设计出具有PID形式的协调控制器,两种方法相辅相成、互为验证;论文进一步结合理论分析与现场试验,给出了具有较高实用价值的控制器整定方法与步骤。 ③通过总体结构设计,综合前馈、反馈、多模型等控制手段,在解决大量工程技术问题的基础上,成功地将线性多变量协调控制器的设计和整定方法应用于330MW单元机组。 ④应用反馈线性化原理及其扩展算法,对协调控制系统进行了直接非线性控制的研究。通过引入可测状态变量,推导出反馈控制律的简化形式,有效地降低了伪线性机炉系统的积分阶次;同时结合二自由度I-PD控制结构,较好地解决了伪线性系统对扰动敏感、鲁棒性差的问题。 ⑤从提高实用性的角度,探讨了将非线性策略应用于协调控制系统优化的可行性,研究了以非线性稳定逆为前馈环节的协调控制系统的输出跟踪控制结构。仿真试验表明:线性系统理论与非线性系统理论的有机结合,能够有效地提高协调控制系统的负荷跟随能力。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-11
绪论  11-22
  0．1 问题的提出  11
  0．2 单元机组协调控制系统概述  11-15
    0．2．1 单元机组协调控制系统的地位和作用  11-12
    0．2．2 单元机组协调控制系统的分类  12-14
    0．2．3 单元机组协调控制系统的特征  14
    0．2．4 单元机组协调控制系统面临的主要问题  14-15
  0．3 单元机组协调控制系统的研究概况  15-19
    0．3．1 基于线性系统理论的研究  16-17
    0．3．2 基于非线性系统理论的研究  17-18
    0．3．3 基于智能化方法的研究  18-19
  0．4 论文的主要研究内容  19-20
  0．5 论文的组织结构  20-22
第1章单元机组动态特性数学模型  22-32
  1．1 单元机组模型研究现状  22-23
  1．2 单元机组动态模型分析  23-29
    1．2．1 炉内燃烧与传热过程  24-25
    1．2．2 管道传递过程  25-26
    1．2．3 汽轮机做功过程  26-28
    1．2．4 单元机组动态模型的简化形式  28
    1．2．5 单元机组简化非线性模型的结构特征  28-29
  1．3 单元机组动态模型分析的意义  29
  1．4 典型单元机组动态模型举例  29-30
    1．4．1 de Mello模型  29-30
    1．4．2 Cheres模型  30
  1．5 本章小结  30-32
第2章基于多变量解耦的协调控制器设计  32-52
  2．1 单元机组非线性模型的线性化  32-34
  2．2 协调控制器的多变量解耦设计  34-36
  2．3 多变量解耦协调控制器的 PID形式  36-38
  2．4 多变量解耦协调控制器整定  38-39
  2．5 基于多变量解耦的协调控制系统鲁棒性分析  39-45
    2．5．1 鲁棒稳定性分析  40-41
    2．5．2 解耦鲁棒性分析  41-43
    2．5．3 控制器的鲁棒整定和鲁棒性检验  43-45
  2．6 仿真研究  45-51
    2．6．1 300MW机组线性模型仿真研究  45-47
    2．6．2 500MW机组非线性模型仿真研究  47-51
  2．7 本章小结  51-52
第3章基于多变量内模结构的协调控制器设计  52-63
  3．1 多变量内模原理及性能分析  52-56
    3．1．1 内模控制原理  52-56
    3．1．2 内模控制结构性能分析  56
  3．2 协调控制器的多变量内模设计与整定  56-59
    3．2．1 控制器设计  56-58
    3．2．2 控制器整定步骤  58-59
  3．3 多变量解耦与多变量内模设计方法比较  59-61
  3．4 本章小结  61-63
第4章多变量协调控制系统的工程实现  63-97
  4．1 多变量协调控制系统的工程应用背景  65-67
    4．1．1 工程应用背景  65
    4．1．2 蒙达发电有限责任公司330MW机组概况  65-67
  4．2 机组动态特性试验及模型辨识  67-71
    4．2．1 动态特性试验方案及措施  68-69
    4．2．2 机炉系统建模  69-71
  4．3 协调控制系统总体结构  71-73
  4．4 协调控制系统前馈控制器设计  73-75
  4．5 核心控制器调度策略设计  75-79
    4．5．1 负荷调度和基于 INFI-90模块的跟踪  76-78
    4．5．2 应用模糊隶属函数的控制器输出加权  78-79
  4．6 设定点生成器设计  79-81
    4．6．1 负荷指令处理  79-80
    4．6．2 滑压曲线及基于经济性指标的修正  80-81
  4．7 协调系统核心控制器设计及仿真  81-84
  4．8 协调控制系统现场调试  84-91
    4．8．1 第一阶段:系统组态及测点调整  84-85
    4．8．2 第二阶段:参数测试及子系统优化  85-88
    4．8．3 第三阶段:协调控制器整定及相关调试  88-91
  4．9 运行检验  91-95
    4．9．1 系统的稳态性能和抗干扰能力  91
    4．9．2 系统的负荷跟随能力  91-94
    4．9．3 系统的负荷适应性  94-95
  4．10 本章小结  95-97
第5章协调控制系统的反馈线性化设计  97-114
  5．1 反馈线性化原理与设计方法  97-101
    5．1．1 多变量系统的反馈精确线性化  98-100
    5．1．2 相对阶向量的动态扩展  100-101
  5．2 单元机组非线性模型的反馈线性化  101-104
  5．3 伪线性机炉对象的协调控制系统设计及性能分析  104-107
    5．3．1 二自由度协调控制系统设计  104-105
    5．3．2 二自由度协调控制系统鲁棒性分析  105-106
    5．3．3 二自由度协调控制系统抗干扰能力分析  106-107
  5．4 协调控制系统的简化反馈线性化设计  107-109
  5．5 仿真分析与比较  109-113
    5．5．1 负荷跟随能力检验  109-110
    5．5．2 抗干扰能力和鲁棒性检验  110-113
  5．6 本章小结  113-114
第6章协调控制系统的非线性输出跟踪设计  114-127
  6．1 多变量非线性系统的稳定逆问题  114-117
  6．2 基于稳定逆的非线性输出跟踪控制  117-119
    6．2．1 非线性输出跟踪控制结构  117
    6．2．2 非线性输出跟踪控制结构性能分析  117-119
  6．3 协调控制系统的非线性输出跟踪  119-122
    6．3．1 完整设计  119-121
    6．3．2 简化设计  121-122
  6．4 仿真研究与性能比较  122-125
    6．4．1 负荷跟随能力检验  123
    6．4．2 抗干扰能力和鲁棒性检验  123-125
  6．5 本章小结  125-127
总结与展望  127-129
参考文献  129-135
致谢  135-136
攻读博士学位期间发表的主要学术论文  136-137
攻读博士学位期间参与的主要科研项目  137

单元机组协调控制系统的先进控制策略研究

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