锅炉汽温超前-滞后补偿型前馈控制器设计.pdf

过程控制
石油化工自动化,2009,6;29
AUTOMATION IN PETRO-CHEMICAL INDUSTRY
71?辺锅炉汽温超前一滞后补偿理
GUOCHENGKONGZHT
前馈控制器设计
杨平,忻文杰
(上海电力学院电力与白动化工程学院,上海200090)
摘要:针对电站锅炉汽温控制过程中应用超前一滯后补偿器的前馈控制设计理论问题,阐述了两种易操作的设计方法
模型计算法和现场整定法。以某电站锅炉汽混控制为案例设计出前馈控制器并进行了仿真试验研究,结果表明所述方法是有
效的并有好的鲁棒性,但是有效减小正动态偏差时也增大了负动态偏差,控制品质改善不多。原因在于一阶超前前馈满足不了
高阶超前前馈的需求
关键词:电站白动化;汽温过程;前馈控制;超前一滯后补偿
中图分类号:TP273
文献标志码:13
文章编号:1007~7324(2009)06-0029-03
The Design of the Lead-lag Compensator for Boiler Steam Temperature Feedforward Co
Yang Ping, Xin Wenjie
School of Electric Power and Automation Engineering, Shanghai
University of Electric Power, Shanghai, 200090, China)
Abstract: Regarding the feedforward control design theory in the application of a lead-lag compensator
or power station boiler steam temperature control is studied. The two practical design methods, model
computation and field tuning, are stated. The feedforward controller for a power station boiler steam
temperature process is designed with the two methods. The conclusion of the simulation test study is
that the design methods are effective and have good robustness. But the control quality is not improved a
lot because the decreasing of positive error will increase the negative error. The reason is that the first
order lead compensator does not meet the requirement of the high-order lead compensator.
Keywords: power station automation; process of steam temperature improved; feedforward control
lead-lag compensator
引言
在电站自动化领域,也站锅炉汽温控制一直是
G (s)
一个有待攻克的控制难题。利用前馈控制技术来
G,(s)
提高锅炉汽温的控制品质已被认为是一种行之有
G.(s)
G.(s)
效的方法。关键在于所提出的前馈控制器的设计
和实现方法是否能在保证性能改善的前提下更容
易被现场控制工程师所接受和具有足以应付多变
图1前馈一反馈控制系统
的现场复你工况的鲁棒性。
假定,G。(s)和G。(s)可以用一阶惯性串接纯
设计前馈控制器的基本依据无疑是“全补偿原迟延的简化模型表示时,即
理”。对于如图1所示的前馈一反馈控制系统,依
据“全补偿原理”有扰动前馈控制器公式山
收稿日期:2009-07-13
基金项目:国家“863”项日(2005AA602021):上海市电站自动
化技术重点实验室项目(04DZ05901)
式中G(s)一前馈控制器;G。(s)一干扰通
作者简介:杨平(1954-),男,浙江诸暨人,教授,主要研究
道过程;G,(s〉一控制通道过程。
领域为电站自动化和计算机测控技术。
石油化工自动化
09年
表1汽温对喷水量扰动的传递函数
2)
负荷/主蒸汽流量/导前区G2(s)/惰性区G1(s)/
g
?(kgs
(3)
242.
邦么,据公式(1)则有
(42.15+1)
1.675
202
K, T.+I
G:(s)
X e d
(4)
347
K。T。s+1
(20s+1)2(27.1s+1)7
0.815
式(4)不妨称为前馈控制器模型计算法公
100
527.8
(18s+1)“(18.4s+1)
式,因为只要Ga(s)和Gn(s)的简化模型已知,则
前馈控制器可确定。应该指出,式(4)中超越函数
表2不同负荷时串级控制系统的整定值
部分可能是难以实现的。若采用忽略不计的简化
负荷/
主回路Gm,(s)
副回路C(s)
处理策略,可得到一个更简单的设计公式
%比例δ积分时间T,徽分时间T。比例6
K。TS+
Ke Tas
2410.5
这种简单的一阶超前一滞后补偿型环节参数
750.91
154.8
0.081
0,83
94,8
0,04
少,容易实现。在未知模型的场合下,所设计的前
馈控制器参数可采用现场整定法来确定。因此,
前馈控制器的模型计算法设计及仿真试验
式(5)被称为前馈控制器现场整定法公式。
可用 MATLAB的step函数将式(6)所述干
用上述两种前馈控制器设计方法得到的前馈扰通道过程的阶妖响应曲线做出,然后用阶跃响应
控制器都含有一阶典型线性超前滞后环节,故统称
图解建模法可求得相应的一阶惯性串接纯迟延
为超前一滞后补偿型前馈控制器设计方法。将这
模型如式(8)
炳种方法用于电站锅炉汽温控制会有怎样的效果
以及在方法实施中存在哪些技术阿题正是这里研
8)
究的重点。
以图2所示的前馈串级控制系统为应用案例。
假定当前的工作点为75%负荷,由表1和表2
这里,选择文献[3]给出的喷水一汽温模型(见表
可知G(s),G2(s)和G(s),控制通道过程传递函
所列)为控制通道过程模型G(s)和G2(s);选择数为
文献[4]给出的蒸汽负荷扰动一汽温模型(见式
GG, 1
(6))为干扰通道过程模型G。(s)
1+CpG2[(20s+1)2+20.68](27.1s+1
(9)
6
(10s+1)
用类似于求干扰通道过程的简化模型的方法,
选用文献[3给出的PID-PⅠ控制器为反馈控可求得控制通道过程的