基于 LMI 的鍋爐蒸汽溫度過程 狀 態(tài) 反 饋 控 制 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 研 究

1、湘潭大學(xué)畢業(yè)論文湘潭大學(xué)畢業(yè)論文 題題 目：目：基于基于 lmilmi 的鍋爐蒸汽溫度過程的鍋爐蒸汽溫度過程 狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計研究狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計研究 學(xué)學(xué) 院：院： 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 專專 業(yè)：業(yè)： 自動化自動化 學(xué)學(xué) 號：號： 20075504022007550402 姓姓 名：名： 李李 姿姿 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 蘭蘭 永永 紅紅 完成日期：完成日期： 20112011 年年 5 5 月月 湘湘 潭潭 大大 學(xué)學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 論文（設(shè)計）題目： 基于 lmi 的鍋爐蒸汽溫度過程 狀 態(tài) 反 饋 控 制 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 研 究 學(xué)

2、號： 姓名： 專業(yè)： 自動化 指導(dǎo)教師： 系主任： 一、主要內(nèi)容及基本要求一、主要內(nèi)容及基本要求 1、研究具有加性控制器增益攝動閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。 2、提出一種基于 lmi 凸優(yōu)化的非脆弱狀態(tài)反饋控制器設(shè)計方法，證明了控制 器增益攝動時閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件 。 3、針對電站鍋爐蒸汽溫度應(yīng)用單純狀態(tài)反饋控制存在的問題，提出確定期望極 點的方法。 4、根據(jù)系統(tǒng)極點與系統(tǒng)動態(tài)性能關(guān)系的分析結(jié)果和主導(dǎo)極點理論，確定期望閉 環(huán)極點的設(shè)計步驟。 5、基于重實極點的期望閉環(huán)極點的確定方法的實現(xiàn)。 二、進(jìn)度安排二、進(jìn)度安排 序號各階段完成的內(nèi)容完成時間 1查閱資料、調(diào)研2011-02 2開題報告、制

3、訂設(shè)計方案2011-03 3實驗（設(shè)計）2011-04 4分析、調(diào)試等2011-04 5寫出初稿2011-04 6修改，寫出第二稿2011-05 7寫出正式稿2011-05 8論文答辯2011-05 三、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)三、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) 1楊立洲超臨界壓力火力發(fā)電技術(shù)上海：上海交通大學(xué)出版社，1990 2張奕英，孫萬云火電廠過程控制北京：中國電力出版社，2000 3fpde mellodynamic models for fossil fueled steam unit in power system sudiesieeetraason power system1991

4、，6(2)：753761 4華能大連電廠華能大連電廠機(jī)組運行規(guī)程大連：華能大連電廠，1998 5丁軻軻，劉久斌，林青熱工過程自動調(diào)節(jié)北京：水利電力山版社，1996 6劉吉臻協(xié)調(diào)控制給水全程控制北京：水利電力出版社，1995 7richard cdorf，robert h bishop，鄒逢興等 modern control system北京： 高等教育出版社，2001 8李勤，徐二陋崧，何適生制粉系統(tǒng)為直吹制的鍋爐過熱汽溫控制方法的研 究中國電機(jī)工程學(xué)報 1992，1(6)：1l 一 13 9張品濤，王偉，曹方一種智能控制方法在 300mw 機(jī)組主汽溫控制系統(tǒng)中 的應(yīng)用研究中國電機(jī)：l 程學(xué)報

5、1999，3(8)：2629 10徐書崧，李勤，李玉華過熱汽溫溫度控制系統(tǒng)的：i!程設(shè)計方法中國電 機(jī)工程學(xué)報 1992，1(10)：192l 11fpde melio boiler models for system dynamic performance studiesieee trans on powersystem 1991，6(1)：66 74 12厲雋懌，許曉嗚，楊煜普基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能控制化工自動化及儀表 1995，22(3)：53 59 13張化光，陳來九，徐治皋一種模糊自校正控制器及其在單元機(jī)組汽溫過 程控制中的應(yīng)用中國電機(jī)工程學(xué)報 1992，l(12)：1518 14雎剛，

6、陳米九模糊預(yù)測控制及其在過熱汽溫控制中的應(yīng)用中國電機(jī)工 程學(xué)報1996，l(3)：3033 15范永勝，徐治皋，陳米九基于動態(tài)特性機(jī)理分析的鍋爐過熱汽溫自適應(yīng)模 糊控制系統(tǒng)研究中國電機(jī)：i：程學(xué)報 1997，1(12)：3741 16張智過熱汽溫系統(tǒng)的自適應(yīng)遞階模糊 pid 參數(shù)控制中國電機(jī)：i。程學(xué) 報2001，9(6)：28 31 17趙錫齡，焦云婷單神經(jīng)元白適應(yīng)控制 psd 在再熱汽溫控制中的應(yīng)用中國 電機(jī)：i程學(xué)報 200l，2(9)：3537 18楊志遠(yuǎn)，陸會明，呂躍剛等650th 直流爐再熱汽溫的自適應(yīng)預(yù)估控制 中國電機(jī)工程學(xué)報 1993，4(9)：1923 19韓忠旭，張智狀態(tài)觀

7、測器及狀態(tài)反饋控制在皿臨界鍋爐蒸汽溫度控制系 統(tǒng)中的應(yīng)用中國電機(jī)工程學(xué)報1999，11(5)：26 30 20韓忠旭，孫穎高階慣性環(huán)節(jié)狀態(tài)反饋極點配置的一種簡易方法電網(wǎng)技 術(shù)2001，7：1 7-18 21johanssonl，koivo h ninverse nyqui st array technique in the design of a multivariablecontroller for a soiledfuel boilerintjoumal of contr01198440(6)：10771088 22鄭大鐘，石純一自動控制原理與系統(tǒng)北京：國防：】_=業(yè)出版社，1980 23

8、史忠科，吳方向，王蓓，阮洪寧魯棒控制理論北京：國防：業(yè)出版社， 2003 1 24rwakernaak h minimax frequency domain performance and robustness optimization oflinear feedback systems ieee trans auto contr 1985，30(10)：994 1004 25劉健江，李政，倪維斗，葉敏，張法文，李培植基于 ho。理論的狀態(tài)變量 控制在主蒸汽溫度控制中的應(yīng)用動力工程學(xué)報 2000，20(3)：3740 26章臣樾鍋爐動態(tài)特性及其數(shù)學(xué)模型北京：水利電力出版社，1996 27陳來九

9、熱工過程自動調(diào)節(jié)原理和應(yīng)用北京：水利電力出版社，1982 28段廣仁線性系統(tǒng)理論哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1996 29程衛(wèi)國，馮峰，姚東等matlab 應(yīng)用指南人民郵電出版社，1999 30解學(xué)書，鐘宜生 h?？刂评碚摫本呵迦A大學(xué)山版社，1994 31zames g feedback and optimal sensitivity：model reference，transformations，multiplicative seminorms，and aroximate inverses ieee transactions on automatic contr011981，26(2)：

10、 289：301 32rhargonekar p h。optimal control with state feedback ieee trans automaticcontrol 1988，32(3)：786788 33doyle jc，k zhou，k glover mixed h2 and ha performance objectives：optimal contr01ieeetrans ac 1994，39(8)：1575-1587 34doyle j，glover k，khargonekar p，et al statespace solution to standard h and

11、 h2control problemjieee transaction on automatic control 1989，34(8)： 831842 35sampei m，mi ta t and nakamich n an algebraic approach to houtput feedback controlproblems syst contrlett199014：13 24 36上海艾莫生控制公司 ovation 控制系統(tǒng)應(yīng)用手冊上海：上海艾莫生控 制公司，2003 37華能大連電廠，上海西屋電氣控制公司華能大連電廠#1、2 機(jī)組 dc8 改 造方案大連：華能大連電廠，2003 湘

12、湘 潭潭 大大 學(xué)學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計）評閱表畢業(yè)論文（設(shè)計）評閱表 學(xué)號 姓名 專業(yè) 畢業(yè)論文題目： 基于 lmi 的鍋爐蒸汽過程狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計研究 評價項目評 價 內(nèi) 容 選題 1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點和教學(xué)計劃的基本要求，達(dá)到 綜合訓(xùn)練的目的； 2.難度、份量是否適當(dāng)； 3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結(jié)合。 能力 1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力； 2.是否有綜合運用知識的能力； 3.是否具備研究方案的設(shè)計能力、研究方法和手段的運用能力； 4.是否具備一定的外文與計算機(jī)應(yīng)用能力； 5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。 論文 （設(shè)計） 質(zhì)量 1.立論是否正確，論述是

13、否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實驗是否正確，設(shè) 計、計算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語是否準(zhǔn)確，符號是否統(tǒng)一，圖表 圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范； 2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何； 3.有無理論價值或?qū)嶋H應(yīng)用價值，有無創(chuàng)新之處。 綜 合 評 價 評閱人： 2011 年 5 月 日 湘湘 潭潭 大大 學(xué)學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計）鑒定意見畢業(yè)論文（設(shè)計）鑒定意見 學(xué)號： 姓名： 專業(yè)： 畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 頁 圖 表 張 論文（設(shè)計）題目： 基于 lmi 的鍋爐蒸汽過程狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計研究 內(nèi)容提要： 1、研究具有加性控制器增益攝動閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。 2、提出一種基于

14、 lmi 凸優(yōu)化的非脆弱狀態(tài)反饋控制器設(shè)計方法，證明了控制器 增益攝動時閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件 3、針對電站鍋爐蒸汽溫度應(yīng)用單純狀態(tài)反饋控制存在的問題，提出確定期望極點 的方法。 4、根據(jù)系統(tǒng)極點與系統(tǒng)動態(tài)性能關(guān)系的分析結(jié)果和主導(dǎo)極點理論，確定期望閉環(huán) 極點的設(shè)計步驟。 5、基于重實極點的期望閉環(huán)極點的確定方法的實現(xiàn)。 6、采用 simulink 試驗系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)反饋控制的魯棒性試驗。 指導(dǎo)教師評語 指導(dǎo)教師： 年 月 日 答辯簡要情況及評語 答辯小組組長： 年 月 日 答辯委員會意見 答辯委員會主任： 年 月 日 目目 錄錄 第一章 緒 論 .13 1.1 論文的背景.13 1.1.1

15、鍋爐溫度控制的主要問題.13 1.1.2 溫度控制系統(tǒng)被控對象的動態(tài)特性.14 1.1.3 matlab 簡介.15 1.2 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.16 1.3 選題的意義.19 第二章 鍋爐蒸汽溫度過程狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計研究 .20 2.1 引 言 .20 2.2 蒸汽溫度過程的狀態(tài)可控性和可觀性.21 2.3 狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)設(shè)計.21 2.3.1 基于主導(dǎo)極點的期望閉環(huán)極點的確定方法.22 2.4 仿真試驗及結(jié)果分析.22 2.4.1 被控過程動態(tài)特性試驗.23 2.4.2 期望閉環(huán)極點確定試驗.23 2.4.3 狀態(tài)反饋控制性能試驗.24 第三章 基于 lmi 方法的非脆弱控制器設(shè)

16、計.25 3.1 引 言 .25 3.2 研究對象.25 3.3 研究理論.27 3.3 研究算例.28 第四章 全文總結(jié) .29 參 考 文 獻(xiàn) .31 致 謝 .35 基于基于 lmi 的鍋爐蒸汽過程狀態(tài)的鍋爐蒸汽過程狀態(tài) 反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計研究反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計研究 摘摘 要要： 近年來，鍋爐蒸汽過程狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)的控制問題備受關(guān)注，取 得了一系列重要成果，但是仍然有許多工作需要深入研究，相關(guān)的理論需要改 進(jìn)，已有的結(jié)果也亟待創(chuàng)造性地運用。研究具有加性控制器增益攝動閉環(huán)系統(tǒng) 的穩(wěn)定性問題，提出一種基于lmi凸優(yōu)化的非脆弱狀態(tài)反饋控制器設(shè)計方法，證 明了控制器增益攝動時閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的充分

17、必要條件，給出了具有非脆弱性控 制器的設(shè)計形式和求解方法。仿真結(jié)果表明，應(yīng)用該方法設(shè)計的控制器是非脆 弱的，對控制器增益攝動具有很強(qiáng)的魯棒性，響應(yīng)速度與控制效果明顯優(yōu)于常 規(guī)控制器。對于電站鍋爐蒸汽溫度采用狀態(tài)反饋控制策略遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的pid控制。 與純pid串級控制相比，控制品質(zhì)有明顯提高。但是，組合控制方案、蒸汽溫度 狀態(tài)反饋控制器和狀態(tài)觀測器的設(shè)計方法 所采用的都是極點配置方法(分為負(fù) 實重極點和左半平面任意極點2類配置)，而對于極點具體配置沒有給出答案， 且狀態(tài)反饋控制器設(shè)計未考慮穩(wěn)態(tài)性能要求。另外，采用狀態(tài)反饋控制與p1d串 級控制組合的控制方案使得極點配置設(shè)計較復(fù)雜，需考慮對控制系統(tǒng)

18、內(nèi)回路中 pi控制器傳遞函數(shù)。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：電站鍋爐；蒸汽溫度；狀態(tài)反饋；極點配置；控制非脆弱性，控制 器增益攝動，線性矩陣不等式 abstract：in recent years, much attention was made on study in state feedback control system for steam temperature process in boilers. a greatly many of important achievements were made by scholars. however, further researches must be

19、 done, related theories need to be improved, and existing results are necessary to be used creatively as well. study in the additive controller gain variation of the stability of closed-loop system, proposed a design method for an optimized non-fragile controller based on linear matrix inequality (l

20、mi). it proved that it is a sufficient and necessary condition for the existence of non-fragile controller based on linear matrix inequality (lmi). meanwhile, it provided a solution and design method for the problem presented above.the simulation results indicated that it is non-fragile and robust f

21、or norm-bounded controller gain variations by using lmi method. further, the results showed that the controller has many advantages over other conventional controllers. for boiler steam temperature using the state feedback control strategy is far superior to the traditional pid control. with the pur

22、e pid cascade control, compared to control quality was obviously improved. however, combinatorial control scheme, steam temperature state feedback controller and state observer design method is adopted by the pole assignment algorithm (divided into negative real heavy poles and arbitrary pole 2 clas

23、s left plane, but for poles configuration) specific configuration unanswered, and state feedback controller design does not consider steady-state performance requirements. in addition, using the state feedback control and p1d cascade control combination of control scheme makes the poles design is re

24、latively complicated, to control system should be taken into consideration in the loop pi controller within the transfer function. keywordskeywords: power station boiler; steam temperature; state feedback; poles; control the vulnerability, controller gain perturbation, linear matrix inequality 第一章第一

25、章 緒緒 論論 1.1 論文的背景論文的背景 1.1.1 鍋爐溫度控制的主要問題鍋爐溫度控制的主要問題 鍋爐蒸汽溫度是影響電廠安全和經(jīng)濟(jì)的重要參數(shù)。維持穩(wěn)定的汽溫是保證 機(jī)組安全和經(jīng)濟(jì)運行所必需的。蒸汽溫度過高會使金屬作用應(yīng)力下降，使鍋爐 受熱面及蒸汽管道金屬蠕變加快，影響使用壽命，威脅機(jī)組的安全運行；蒸汽 溫度降低則會影響機(jī)組的循環(huán)熱效率。據(jù)計算，過熱器在超蒸汽溫度10-20 下長期運行，其壽命會縮短一半以上；而蒸汽溫度每降低10。c，會使循環(huán)熱效 率相應(yīng)降低05，煤耗增加2。因此鍋爐蒸汽溫度控制系統(tǒng)是提高電廠機(jī) 組熱效率、電廠經(jīng)濟(jì)效益、保證機(jī)組安全運行不可缺少的控制環(huán)節(jié)。 鍋爐過熱器蒸汽溫

26、度是電廠生產(chǎn)運行中主要控制參數(shù)之一，過熱器出口蒸 汽溫度在單元機(jī)組運行中還必須保持在一定范圍內(nèi)。過熱蒸汽溫度在運行中是 否穩(wěn)定，與鍋爐機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運行有著密切關(guān)系。主蒸汽溫度(鍋爐過熱器 蒸汽溫度)一般可看作多容分布參數(shù)受控對象(其動態(tài)特性描述一般可用多容慣 性環(huán)節(jié)來表示)，從其動態(tài)特性可看出該對象具有明顯的滯后特性。原因主要有 口四： (1)鍋爐燃燒工況不穩(wěn)定(如燃料量的變化、煤種的變化、風(fēng)煤比的波動、 減溫水量的自發(fā)性擾動等)，還有煙氣側(cè)擾動頻繁且擾動量較大，影響主蒸汽溫 度變化較快。 (2)過熱器是具有分布參數(shù)的控制對象，管道長度和蒸汽容積較大，當(dāng)減 溫水流量發(fā)生變化時過熱器溫度的變

27、化有較大的延遲。 (3)外部擾動(如主蒸汽流量波動、主蒸汽壓力波動、汽水分離器水位波動、 蒸汽吹灰投入等)變化頻繁且擾動量較大，致使主蒸汽溫度長期不穩(wěn)定。 (4)由于參數(shù)整定不當(dāng)引起一、二級噴水量不匹配，使得噴水量內(nèi)擾較大， 造成主汽溫在外擾較小時，仍離設(shè)定值較大。 因此，針對上述情況設(shè)計的主蒸汽溫度控制系統(tǒng)，既要求對煙氣側(cè)擾動及 負(fù)荷波動等較大外擾具有足夠快的校正速度，同時又要求對減溫水內(nèi)擾(如一、 二級噴水量不匹配)，有較強(qiáng)的抑制能力，從而使系統(tǒng)有足夠穩(wěn)定性和良好的控 制品質(zhì)，并能保證系統(tǒng)運行安全性。 1.1.2 溫度控制系統(tǒng)被控對象的動態(tài)特性溫度控制系統(tǒng)被控對象的動態(tài)特性 對于溫度控制系

28、統(tǒng)，主蒸汽溫度一般可看作多容分布參數(shù)受控對象，其動 態(tài)特性描述一般可用多容慣性環(huán)節(jié)來表示，動態(tài)特性實驗(階躍擾動)結(jié)果顯示 了該對象具有明顯滯后特性。過熱蒸汽汽溫過程一般可用多容慣性環(huán)節(jié)來表示， 本文從換熱器的基本方程出發(fā)，闡述了如何應(yīng)用理論解析法建立作為鍋爐工質(zhì) 側(cè)基本環(huán)節(jié)的集中受熱面的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，分別給出了單相受熱管焓通道的分 布參數(shù)動態(tài)數(shù)學(xué)模型和單相受熱管焓一溫通道的集總參數(shù)動態(tài)數(shù)學(xué)模型。分布 參數(shù)模型的傳遞函數(shù)都具有超越函數(shù)的形式，十分復(fù)雜且又僅適用于在某一穩(wěn) 態(tài)點附近做小幅度變化的情況。集總參數(shù)模型則是將單相受熱管的介質(zhì)狀態(tài)參 數(shù)看成是均一的，并在空間位置上選定一個有代表性的點，就

29、用這一點介質(zhì)的 參數(shù)作為環(huán)節(jié)的集總參數(shù)。進(jìn)一步還可推斷出單相受熱管的多段集總參數(shù)模型， 通常把整個管段均分成若干小段，每個分段內(nèi)集總參數(shù)的選擇要一致。因此， 每個分段模型的形式與整個管段模型的形式是相同的，整個管段的模型則由各 個分段(設(shè)共有rl段)模型串聯(lián)而成，也就是分段模型的r1次冪。這時，對每個 分段來說，須將總熱流量、總金屬量、總?cè)莘e等分別除以分段數(shù)n。 下式是用出口參數(shù)作為集總參數(shù)，并考慮介質(zhì)密度的變化時，單相受熱管 的多段集總參數(shù)模型關(guān)于進(jìn)出口溫度之間的傳遞函數(shù)口j： n jjpnp d njjp dd jj d p r scm d nq cvsc t q vcmcd t q t

30、q scm t q cd sw 2 0 0 2020 0 0 00 0 0 1 2 t t )( 這個公式提供了一個十分有用的概念，即可以把過熱器和再熱器等單相受 熱管理解成由若干個分段所組成，各分段傳遞函數(shù)的形式相同，段數(shù)rl越大， 每段傳遞函數(shù)表達(dá)式中的時間常數(shù)就成比例地減少。當(dāng)采用噴水減溫來調(diào)節(jié)過 熱汽溫時，整個過熱器劃分為n段，對每一分段可簡化為一階慣性環(huán)節(jié)，整個過 熱器就是n階慣性環(huán)節(jié)。同理，再熱蒸汽汽溫的被控對象也是高階大慣性環(huán)節(jié)。 1.1.3 matlab 簡介簡介 matlab.以矩陣運算為基礎(chǔ)，把計算可視化程序設(shè)計融合到了一個交互的 工作環(huán)境中，可實現(xiàn)工程計算、算法研究、建模

31、和仿真、數(shù)據(jù)分析及可視化、 科學(xué)和工程繪圖、應(yīng)用程序開發(fā)等功能。simulink是matlab所提供的用來對動 態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的集成環(huán)境，是結(jié)合了框圖界面和交互仿真能力 的非線性動態(tài)系統(tǒng)仿真工具。matlab60與以前的matlab版本的最大區(qū)別就是 增加了電力系統(tǒng)模塊庫(power system blockset)，能快速而準(zhǔn)確地對電路及電 力系統(tǒng)進(jìn)行仿真。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大。在這種情 況下，許多大型的電力科研實驗很難進(jìn)行。一是實際的條件難以滿足；二是從 系統(tǒng)的安全角度來講也是不允許進(jìn)行實驗的。考慮這兩種情況，尋求一種最接 近于電力系統(tǒng)實際運行狀況的數(shù)字仿

32、真工具十分重要，目前比較常用的電力系 統(tǒng)仿真工具有以下幾種：(1)邦納維爾電力局開發(fā)的bpa程序和emtp程序；(2)曼 尼托巴高壓直流輸電研究中心開發(fā)的pscademtdc程序；(3)德國西門子公司研 制的電力系統(tǒng)仿真軟件netomac；(4)中國電力科學(xué)研究院開發(fā)的電力系統(tǒng)分析 綜合程序psasp；(5)mathworks公司開發(fā)的科學(xué)與工程計算軟件matlab。 1990年math works軟件公司為matlab提供了新的控制系統(tǒng)模型圖形輸入與 仿真工具simulink。作為對matlab語言運算環(huán)境的擴(kuò)展，在保持matlab的一般 性能基礎(chǔ)上，simulink又增加了許多功能。它與m

33、atlab及其工具箱結(jié)合使用， 可以完全對連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)、連續(xù)和離散混合系統(tǒng)的動態(tài)性能進(jìn)行仿真與 分析。simulink與傳統(tǒng)的仿真軟件包用微分方程和差分方程建模相比，具有更 直觀、方便、靈活的優(yōu)點。 simulink提供了8個子模型庫：continuous(持續(xù)環(huán)節(jié))、discrete(離散系 統(tǒng))、functions 2）0, 0 ; 11 s 12 -1 11 t 1222 sss-s 3）0, 0，取正定二次型函數(shù) 作為lyapunov函數(shù)，即是 )(vtx 0 tqxtxtx t )(v 使得是負(fù)定的 )(vtx 0，存在正數(shù) 0，o正定對稱實矩 1 2 陣 qo，yo，使得下列

34、線性矩陣不等式成立，且狀態(tài)反饋控制器 -1 yqk 0 （5）q 定理2：2：系統(tǒng)(1)存在狀態(tài)反饋控制器(2)的充分必要條件是，對于給定的常 數(shù) 0，存在正數(shù) 0正定對稱實矩陣 q0， y0，使得下列線性矩陣不等 1 式成立，且狀態(tài)反饋控制器 -1 yqk (6) iy ib ybqaaq t tt 0 0 0 (7)q 3.3 研究算例研究算例 第四章第四章 全文總結(jié)全文總結(jié) 主蒸汽溫度是影響機(jī)組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行的重要參數(shù)，過熱汽溫度控 制是機(jī)組運行中的主要環(huán)節(jié)，在過熱蒸汽中噴射減溫水是電廠運行中蒸汽溫度 調(diào)節(jié)的常規(guī)方式。本文對火電廠中過熱汽溫的特點進(jìn)行了分析，說明了它是一 個存在許多

35、干擾、大慣性、大延遲的復(fù)雜環(huán)節(jié)。蒸汽溫度控制系統(tǒng)中非線性、 大時延、分布參數(shù)和擾動因素較多的系統(tǒng)特性，使得常規(guī)pid控制方式難以達(dá)到 理想的控制效果。本文提出了一種新的過熱汽溫度控制方案，即采用狀態(tài)反饋 方法控制，通過系統(tǒng)仿真，達(dá)到了較理想的控制品質(zhì)。得到以下結(jié)論： (1)由于常規(guī)的pid控制具有適應(yīng)性強(qiáng)、調(diào)整方便的特點，目前在大多數(shù)電 廠廣泛采甩，但pid調(diào)節(jié)器存在超調(diào)和遲滯的弊端。且響應(yīng)速度很慢，無法滿足 現(xiàn)代電廠生產(chǎn)過程精益要求。 (2)克服了pid調(diào)節(jié)中的超調(diào)和調(diào)節(jié)時間過長的弊端，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)更為穩(wěn)定， 控制特性更為靈敏。 (3)根據(jù)過熱汽溫對象的大遲延的特性，引入狀態(tài)觀測器反饋，對系統(tǒng)

36、內(nèi) 部擾動能夠有效抑制，大大改觀了調(diào)節(jié)精度，使得被控對象的動態(tài)控制特性有 了進(jìn)一步改善。 本課題采用狀態(tài)反饋方法，用狀態(tài)反饋改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，用魯棒控制 器保證最終的系統(tǒng)輸出，既考慮了系統(tǒng)的動態(tài)性能，又考慮了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性 對控制的影響。使用這種控制器可以克服溫度控制對象的時變性和隨機(jī)性干擾， 降低設(shè)備慣性帶來的時滯，改善系統(tǒng)的控制品質(zhì)，保證系統(tǒng)輸出溫度值維持在 預(yù)定期望。 由于過熱器中的惰性區(qū)是一個大慣性、大延遲、多干擾的復(fù)雜環(huán)節(jié)，本文 設(shè)計了狀態(tài)觀測器對其進(jìn)行狀態(tài)觀測，并利用其狀態(tài)設(shè)計狀態(tài)反饋改善系統(tǒng)的 控制動態(tài)特性。 在火電廠中過熱汽溫的控制是為了使它穩(wěn)定在設(shè)計指標(biāo)。本文利用h。魯 棒

37、控制理論設(shè)計了魯棒控制器使得過熱汽溫能很好的克服各種干擾穩(wěn)定在設(shè)計 值。 最后本文并利用matlab軟件進(jìn)行了仿真試驗，結(jié)果表明，當(dāng)對象的參數(shù)變 化時，仍能得到較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。 在本文的研究過程中，還有以下幾點有待于完善和進(jìn)一步研究： （1）非脆弱控制理論是近十多來發(fā)展起來的理論，具有較高的先進(jìn)性， 但也在不斷發(fā)展和完善中，在傳統(tǒng)的電力生產(chǎn)企業(yè)中并沒有完全普及和 應(yīng)用。文中設(shè)計的對過熱汽溫度控制的方案，仍需進(jìn)一步探索和驗證。 (2)本文是將控制問題轉(zhuǎn)化為lmi來求解的，而在得到lmi的約束關(guān)系時， 用到了一些矩陣不等式，即有能量的損耗，因此如何減少這些能耗，也 是今后研究工作的難點和重點。 參

38、參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn) 1楊立洲超臨界壓力火力發(fā)電技術(shù)上海：上海交通大學(xué)出版社，1990 2張奕英，孫萬云火電廠過程控制北京：中國電力出版社，2000 3fpde mellodynamic models for fossil fueled steam unit in power system sudiesieeetraason power sytem1991，6(2)：753 761 4華能大連電廠華能大連電廠機(jī)組運行規(guī)程大連：華能大連電廠，1998 5丁軻軻，劉久斌，林青熱工過程自動調(diào)節(jié)北京：水利電力山版社，1996 6劉吉臻協(xié)調(diào)控制給水全程控制北京：水利電力出版社，1995 7richard

39、 cdorf，robert h bishop，鄒逢興等modern control system北京：高等教育出版社，2001 8李勤，徐二陋崧，何適生制粉系統(tǒng)為直吹制的鍋爐過熱汽溫控制方法的研 究中國電機(jī)工程學(xué)報1992，1(6)：1l一13 9張品濤，王偉，曹方一種智能控制方法在300mw機(jī)組主汽溫控制系統(tǒng)中的 應(yīng)用研究中國電機(jī)：l程學(xué)報1999，3(8)：2629 10徐書崧，李勤，李玉華過熱汽溫溫度控制系統(tǒng)的：i!程設(shè)計方法中國 電機(jī)工程學(xué)報1992，1(10)：192l 11fpde melio boiler models for system dynamic performance

40、 studiesieee trans on powersystem 1991，6(1)：66 74 12厲雋懌，許曉嗚，楊煜普基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能控制化工自動化及儀表 1995，22(3)：53 59 13張化光，陳來九，徐治皋一種模糊自校正控制器及其在單元機(jī)組汽溫過 程控制中的應(yīng)用中國電機(jī)工程學(xué)報1992，l(12)：1518 14雎剛，陳米九模糊預(yù)測控制及其在過熱汽溫控制中的應(yīng)用中國電機(jī)工 程學(xué)報1996，l(3)：3033 15范永勝，徐治皋，陳米九基于動態(tài)特性機(jī)理分析的鍋爐過熱汽溫自適應(yīng)模 糊控制系統(tǒng)研究中國電機(jī)：i：程學(xué)報1997，1(12)：3741 16張智過熱汽溫系統(tǒng)的自適應(yīng)遞階

41、模糊pid參數(shù)控制中國電機(jī)：i。程學(xué) 報2001，9(6)：28 31 17趙錫齡，焦云婷單神經(jīng)元白適應(yīng)控制psd在再熱汽溫控制中的應(yīng)用中國電 機(jī)：i程學(xué)報200l，2(9)：3537 18楊志遠(yuǎn)，陸會明，呂躍剛等650th直流爐再熱汽溫的自適應(yīng)預(yù)估控制中 國電機(jī)工程學(xué)報1993，4(9)：1923 19韓忠旭，張智狀態(tài)觀測器及狀態(tài)反饋控制在皿臨界鍋爐蒸汽溫度控制系 統(tǒng)中的應(yīng)用中國電機(jī)工程學(xué)報1999，11(5)：26 30 20韓忠旭，孫穎高階慣性環(huán)節(jié)狀態(tài)反饋極點配置的一種簡易方法電網(wǎng)技 術(shù)2001，7：1 7-18 21johanssonl，koivo h ninverse nyqui s

42、t array technique in the design of a multivariablecontroller for a soiledfuel boilerintjoumal of contr01198440(6)：10771088 22鄭大鐘，石純一自動控制原理與系統(tǒng)北京：國防：】_=業(yè)出版社，1980 23史忠科，吳方向，王蓓，阮洪寧魯棒控制理論北京：國防：業(yè)出版社， 2003 1 24rwakernaak h minimax frequency domain performance and robustness optimization oflinear feedback systems ieee trans auto contr 1985，30(10)：9941