（控制理论与控制工程专业论文）复杂温度控制系统研制及变结构控制的研究.pdf

上肌j - l 凡学协、i 学1 “昆 摘要 i 阿，川 l 、带会、 i 化、业十4 譬- 汁多 _ 、i p | 门乍j 。j w i i ，f 泛仃化，i 一类m 线。! 、人叫延、变参数n 1 复杂m 皮州缘，刈之进行 仃效的 矧，5 f 址剐y 人j 足汁枘焦， 。 小艾从两乃| f | 刈这类列缘的控制进行j 研究。力1 | “足针刈1 1 ：! | ： j 抛场刈被控刘琢嘣试、遥 算法时仔扯危险、难搜人、彤1 】 1 。 等系列问题而训一j ，_ 1 “算机控制的炎复杂湍度1 甜象( ( 1 0 ) 的物理仿真系统，从忆为一菝仁。现场城试算法制造了个一p 介， 方便j 州沦研究和义匀j 应用，1 1 ，_ j方1 丘j 是针对这类刘缘的滑模变结 构摔制算法的研究、设引和实现，这足种全新的尝试：仿真结果表 明：与传统的p i d 曩制比较泪模变结仫臂：法仡快速性卜山盯疆籍 的优越一n ，此外，匕巫楚无，j 控制有定的曾棒讹。 关键词：复杂温艘州琢c 1 0 j 、物理仂真、濯模变纪构控制 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，t h ez ci sw i d e l yac l a s so ln o n l i n e a r 、b a d l y l a ，xa n d v a r i a b l e p m a m e t e rc o m p l i c a t e dt e m p e r a t u l e o l j e c t ( c 10 ) i n t h e i n d u s t r i e so fe l e c t r i cp o w e r 、m e t a l l u r g y 、p e t r o l e u ma n dc h e m i s t l 。ja n d a r c h i t e c t u r ep u t t i n ge f l ：e c t i v ec o n t r o lo ni th a sb e e naa t t e n t i o na n dt b c u s i nc o n t r o lg r o u p i nt h i sp a p e l t w oa s p e c t sa b o u ti ta r er e s e a t c h e do n es i d ea i m sa t t h ei ：a c tt h a tas e r i e so i 、p r o b l e m s 、d a n g e r 、d i f f i c u l t ya n dd i s t u r b i n g p r o d u c t i o n a r e l a c e dw h e nd e b u g g i n gc o n t r o l l e do b j e c ta n d1 u n n i n ga a l g o r i t h mo nt h es p o t f o rt h i s ，ak i n do fp h y s i c a ls i m u l a t i o ns y s t e mo f c o m p l i c a t e dt e m l ? e r a t m 。1o b j e c tisd e s i g n e da n dm a d et h a li sc o n t r o l l e d b yc o m p u t ms i h i c hb e c o m e saa g e n c yo fd e b u g g i n g t h e a l g o r i t l u n d i r e c t l yi nt e c h n i c a ll o c a l ea n d1 c s u l t si nt h ec o n v e n i e n c e sf o ra c a d e m i c s t u d ya n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o nt h eo t h e rh a n di st h a tv a r i a b l es hu c t u r e c o n t r o la l g o r i t h mw i t hs l i d i n gn l o d ei ss t u d i e d d e s i g n e da n dr e a i i z e d t h a ti su s c dt oc o n t r o lt h eo b j e c t w h i c hi sac o m p l e t e l yl a t e m o d e l a t t e m p t t h cs i m u l a t i o n1 e s u l t s i n d i c a t et h a tt h ec o n t r o la l g o r i t h mh a s r e n m r k a b l es u p e r i o i i t yi ns p e e d n c s sc o m p a l 。c d 、i i ht h ec o n v e n t i o n a lp i d c o n t r o la l g o r i t h mi na d d i t i o n i ti san o e r r o rc o n t r o la n dh a sr o b u s t n e s s k e yw a r d s ：c o m p l i c a t e dt e l l l p e l a k u r e o b j e c t ( c t o ) 、p h 一s i c a 川n u l a t i o n v a ti a b l es t l u c i u f cc o t l o lx a k hs l i d i n gm o d e ( v s s ) i i 研究背景 第一章绪论 笔爿甘川j ，禹t 多o i _ j 究l hjt j j ：f = l i l 烈i yl w l in 0 托! 伟0 山洲、，为进。萝 影防类似i t 热y i m i 这类复杂池l 艘刈舅堋0 拎制，水哎汁纠研制j 7 食物州仍汽模，掣，m ，巴想术源t 热器的运仃机制。乃_ 全mj 了解 小改汁的研1 t 剥象，f 。为7 f 景知u ，小义刈阿热汽湍p 酬，| 作了f 1 筒j 盛。 hj 小论艾采川刊俄7 乏结构控制钾浚、，所以f j 关变结构控制现状 的内容也在研究? f 厅之【、一一并论述。 1 i 1再热器控制算法回顾 锅炉j ：热器和阿热器r 蒸汽温度是f 社无, f ；t f i l 运仃中必须保持 稚：。定范围的重要参数：瑭着机组容鼍的增大，过热器和再热器的 容积也随之增大这就使得其热惯件和调节滞后都大为增加，从巾 造成汽温系统控制棚蔓的提高，坡训参数的! _ ；j j 、f 野态品质指标难以 保认为此人制作了l 曩多订益的尝试 从最初的i ，1 兰j 复杂【) 、掣阳| j i i ) 耵1 i l 求的模糊控制、琐) 丝 参数门适应预什控制、模糊自适应摔伟闱i 摧芰糊逻辑的动态矩阵 控制，再剑2 0 0 0 午阿i j 的诸多控制策略：文1 提心了带有智能权 函数的h ) z z v | _ ) i l h 预仆器的复合捧觏策略，现场运行效果碰 著，仿其结果农l j j 【复方法能仃效地捉一系统稳态精度，使系统只 何铰强的禽棒稳 s i ) 自适应控制器，对【jr 两种义 电，。2 0 0 m w 机绷6 7 07 m 1 办韦i 锅炉巾 j u 侧再热蒸汽温度进行的7 8 小旷控越记录曲线表i 纠，调节 装管智能剀换的甲神经元串级复合控制系统具有更好的：。t 控性，抗 。扰性和臼适应性。文：6 j 砹讣厂种仿人智能积分与二维模糊控 制组合的智能模鞭控制器，通过对叮热汽温摔制系统的现场应用， 表明其比p i d 串级系统耵l 鲁棒状态反馈串级系统具有更好的i ，j 控性、 抗n 儿性和鲁棒性。 在上述研究基础上，本文重r l l 从变结构控制i 疗法、复杂温度列 缘的史时物理仿真方法等方向尝试和探索。 1 1 2 变结构控制算法的研究现状 变结构控制是5 0 年代j l 、花俄岁勘r 牛的控制理论，先鲋叶米哩 、l f 诺尺偶导，其后乌特金等跟随、7 0f f 代i 1 瞅美学者注意到这一 理论：8 0 t - - - f u t t ，j 比理论i j j 起j 我幽学当的照视。 泔模变结构控制作为种特嫒的i i ! b 性控制策略，山r 邑尤需在 线衔u 系统，l i 仃f 醍n m j j 倍棒，阼、史班篱r 、h m 适合汁钟瑚；制， 叫以使控制系统歌得虹优良的动态l l f 】质，二经外始被t 川j 扦干i i 控 j 【_ 系统t h i u ，变结构控制列沦j 要应用_ r 机器人控制、挠。阽纷构( 机械 恃、e 仃1 、爪叭崩呲扳等) 、，t 轮发m l 机圳的励磁i 汽f j 综合拎制、 l ! _ 力f 0j 力托! 焉0 等0 州歧。艾i7柏感妙1l ! 副j 目l f 门p h 川l ：果j j “午邾5 楚i l | j i = f j 孛带l j ，f 1 效地何j f | 二j 乎m 0 * x f 内1 5 i ，j 十髭 厂乎锚0 * * 的打l _ f 花4 1 1 j 鲁棒性。艾 r 将变结构控制山法心删j 混沌摔制，扯汁j 现混沌 运动的ff jn g 振荡器r h 通过施加变结构控制，使d u l - n g 振荡 器! k 战i 其混沌吸目了二内n 条_ i 稳定周期1 或川划2 轨道，从 使系统现枷则的周期il 茈士j 期2 运z 为：文一9 钏列感应电z ：a j j t 凋速系统综合运削了多种控制手段，莉：内环采用滑动模控制以实现 感应电动机转矧，和磁链的解耦，外环采用锁村：| 环控制使被控系统1 之 有高稳定精度，咖任动态过程i i 则引入了馍制滑动模控制，保证了 系统的快捷性利鲁棒。限。史【1 0 1 针刈存挠4 “生空川结构中撬性模忿4 i 可洲的特点，仅利i 二 = | 输出信息没计变结构控制器，采用多个洞动1 i | l ；玎切换的方式，先百较小的趋近时川i 到达渭动平面，相苏平l 缅 i ：荆二巩段时问再趋向于月个平圈，以拥队 女敛速度。文1 1l 提 h 了多机系统汽轮发电机组i s s 与汽j 智目e 变结构综合控制器的设 训方泛，有效地改瞢了i t z 力系统的暂念稳4 。i 文| 1 2 1 刑其“分佑 参数模型的挠性结构提出了模念守州变结均控制力案，利明 标变 换把挚个系统分为若干个独奇：的二维模念争i h j ，在多个独的模念 t 跏一j 内，存给定参数小确定孝n 干扰力矩范h 的情况f 设变结构控 舰器，控制算法简r - 易，。实时完成，义兵仃较好的曾捧一脞。此外 变结构控制花邢论方而也右许多研究，尤j 足智能变结构的复合钟 法小仪在理沦l 有新发展，i n i h 运用到j ，实陶、巾。文13 钏剥 类 小确定的连续系统，抛7种新，弘的离敞变结构拱蚓d 办法，为检 测化换k 域内，系统刈扰的jl j i t j l l f l t j ，钾d d 2 川川、# 捧制的 删葩仉其绌裂太l ”j ：“1 朽j n 浪著n 1 个确定陀l i , j ，州川、坐参数利 外翻1 扰，系统铂 i = ! 曲! f 内鲁棒， j ：，mj j 亘过恰、1 1 唰整托誓t i i j z r 浚：的 参数，能衔到很蚶n 1 _ j | r 跃f ? 向心特性：迁1 4 1 t - 刈吖i 确定的输入| 寸滞 系统，提r种i 仃刑动模态的变结4 = l j 拎制力浊。f 持助个确e 、p 1 0 娈换rr j ，仗切换嘲数和控制律殴i i7 楚榭尚q t ，托，i 卜，确定条件f ， i ；i 刈jr 系统的渐近稳定。阽。提出的动态小连续捧制伴既保证了滑动 模态始终存扫j ，义人夫削弱了抖振，特h 0 是当系统进入稳态后，几 p 小柏：4 d ： l 振史fi5 1 针对输入输出迎道巾确和f 扰的线性、时变 系统，提f 1r种新型的变结构控制方法：该疗法小需要预先确定 被控刈象的阶数，并且引入了大信号的隶属曼雨数。使用这利t 方法， c i j 使阮讣系统【 ，所有信吧的边界、伞局稳定。限籼 | ( 敛p l 得以保畦。 文i1 6 1 基j ! 崩模控制的理论，针对。类线性系统改h 了一利一模糊 逻辑控制7 史轨迹亿棚平面内无著跟踪，；土体说，就是控制系统的 文态变量lp 羽1o ) 去跟踪一个预定的轨道，i 复轨道七翻：分组成， ih 每 部，偿棚、 7 面的相心区域内定义了跟8 蒙偏年c 和偷蔗变化 j 誊p zn j 的天系。艾17 1 表述了种神经网络模糊变结翰p d 控 髓系统、当白夫偏年时为加速响应，p d 被加姒，、1 1 仃小偏差时， 与减! 步i 童态桶擎，p i 被e 强，采用t 伸纾儿作为f l l , l 知自0 切换算 法阳，这莉控制器参数nj 丰r 掘局部条件变化，p i d 择制器参数和 部擤吖乍控制条f t ：l m j 的非线性关系l u 模糊逻矧表达、义1 18 1 提出 种将业；斛f j ! 目适应控制干日结合的疗法，利h j 逊摊d 雕和阶滑 涣拧制淖法。史个系统能在有限的时间内获得so 和s = 0 的条竹， s = o 足 个预j t 的滑馍、面。咳方法既保汪了玉鹰控制的稳定性和j 收敛。阻义使【支训控制算法所需要的计算祭人减，瞳能拧制人多数 小伪矗陀f j j 系统，确保了系统刈l 扰的僻棒陀戈1 9 l 揭刁了睽糊 嗡阿拎制的变结构本质，川变结构i l 佑j 舛泄、f 门j 、i 川_ f i j f ( 1 、q l = j li ：刷、引比2 0 0 0v o l2 0 ，n o1 1 ：8 1 、8 4 2 1 尚忠旭，_ k 锚，。佚态灿# * 殷：认，s 反例i j 夸i | j 1 j f 。、i f 临界t 阳妁1 燕，i ：1 f i l i 蔓拎制系统t j 孙刊hi 、弛机2 钾学扼1 9 9 9v 0 1 1 9 , n o 1 1 ： 7 6 8 0 a is a n c h e z i 。o p e z g a i f o y o i ? i g n e r o a a n dav i l l a r i c c n c i o a d v a n c e dc o i l t l ( ) 1a l g o r i t h m s s t e a mt e m p e r a t u r ec o n t l o li nf o s s i p o w e rp l a n l s 2 f a c c i ( i i i s y m p o s i u mo n c o i i i 。o lo fp ( ) 、e 】 s y s t e m s a n dp o w e rp l a n t s a u g u s t 18 - 21 19 9 7b e i j i n gc h i n a 1 9 9 2 0 3 1 4 1 张品涛，土伟，曾方 种智能控制方法和3 0 0 m w 机组卡瀛温 卒带j 系统r l l 的f 立j j 硼 究t p k 卫；j = j j i l 学报1 9 9 9 v 0 1 1 9 , n o3 ： 一10 5n i a n n i a ns o n g l h es h l 9 1 e n e u r a lc a s c a d e c o n t r o l s y s t e m o f i n t e l l i g e n ts w i t c hr e g u t a t i l l _ gd e v i c e sa n d i t sa p p l i c a t i o np r o c e e d i n g 。ft h e3 一w o r l dc o n g r e s so 1i n t e l l i g e n tc o n t r o la 1 1 d a u t o m a t i o n ! u n e 2 8 j u l y 22 0 0 0 h e f e ip rc h i n a1 0 1 4 、1 0 17 【6j n i a n n i a ns o n g g u a n g w e n 1 1 9 y u n t i n gj i a o g “a p p l c “tio n i 、i n t e l l i g e n t 孙、1 i t c ha n di n t e l l i g e n i 、l l z ，j c 0 1 t l o i l e ri nr e h e a t e d s t 洲1t e m p e r a t t i r es y s t e mo l 、p o w e l p l a n t sp r o c e e d i n g so ft h ep w o r l d c o n g r e s s 【) n i n t e ll i g e n t c o n t r o la n da u t o m a t i o n h i n e 2 8 l 1 u l y 22 0 0 0h e e ir rc h i n a4 4 9 4 5 2 7 1 邱焕耀，毛宗源变绵构模糊神经剐络往1 立= 流增藕变纪构系统巾 的j ，i 川 * ? i j ；i j f l l j 沦孙训j 19 9 9v o l16 n o5 ：6 7 3 6 7 6 f 8 1 陈小ij 【，张伟 l ，j l , t ! j i g 壤j 变结构i i 0 魁沌控制 产 19 9 9v 0 1 3 3 ，n o 5 ：5 8 1 5 8 3 9 吴捷，饯米，扬盒i 感应电动机锁州投模糊滑动模控制控制 删沦0 i j _ | 2 0 0 0 ii7 n o 2 ：1 9 8 、- 2 0 3 【1 0 】沈毅，文l 存梅，【 限尊鹄| j | 【屯价线叫挠i l - i l l 构的输t t l 爻饿 变结构控制哈尔滨t 、【，人学学报2 0 0 0 h i3 2 n o3 ：13 一】7 【i1 】_ j f _ ”扎尹项根，杨德先汽轮发 j u f ；l f l p s s1 。汽构智能变结 符j 控；4 i i j1 9 9 9 v b l 1 9 n o 1 0 ：7 7 8 0 1 2 蘸显林，卢鸿谦，张永安挠性结构的模态变结构控制哈力：滨 i 一业、7 学报2 0 0 1 1 3 3 ，n o11 ：5 2 - - 5 5 f 13 1 m e t i z i ac o r r a d i n ia n d g i n s e p p e o r l s a d c v a l l j a b l es t r u c t u r e c o n i r o lo fd i s c r e d z e dc o n t i n u o u s t i l n e s y s t e m s ie e e t r a n s a c t i o n s0 na u t o m a i 、】c o n t r o i ， 19 9 8 、，o l4 3 n o913 2 9 ，】3 3 3 【1 4 蕻乐4 ，张仕斌，柏建困一类小确j 正i i j 滞系统的变结构控制 自动化与仪器仪表19 9 9 年第4 期( 总第8 4 期) 1 4 18 【15 y u q i a n gw u ，x i n g y u v m l i a b l es t r u c t u l l ec o n t r o l d e s i g n l n r 1 6 j 【1 7 j u n c c r l a i nd y , n a m i cs y s t e m sw i t hd i s t w b a n c c si ni n p u ta n do u t p u t c h a n n e l sa u t o m a t i c a 1 9 9 9 ( 3 5 ) 311 319 w e l l - j t l n ew a n ga n dh w a l l 一r o n gi ，hf u z z yc o n t r o ld e s i g nf o r t h e1 1 _ 2 t i e c t o r y r a c k i n gi np h a s ep l a n e1 二l ! et r a n s a c li o n s 0 ns y s t e m s ，m a n a n dc 、。b e r m e t i c s i h r i a ： s y s i l ma n 【) i j m a n s 1 9 9 8 v o l2 8 n o5 ：7 1 0 - 7 l9 c i 。c h e na n df , - y c h a n g d e s i g na n da n a h ， s i so f ln e u r a lo rf u z z y v a r i a b l es t l q 1 c t u r a l l i dc o n t r o ls y s t e m sl t ：ep r o cc o n t l l 0 1t h e o r y a p p l 19 9 6v o l1 4 3 ，n o2 ：2 0 0 2 0 8 剐g i o r g i ob a r t o l i n i a n t o n c l l af e r r a r a l u i s a ( i a c o m i n i ，a n di i l i o v s a i 1 1 i o p e r t i e so fac o m b i n e da d a p t i v e s e c o n d 一( ) r d e rs l i d i n g m o d ec o n t r o l a l g o r i t h m f i ) rs o m ec l a s s e so f u n c e r t a i n n o j l l i ：i ) e l rs y s t e l l si i j l g er j i t 。4 n s a c ，i i o n so n 、i1 1 0 m a ji 1 ( 1 ( ) n1i t o l2 0 0 ( ) ) i4 5 n o7 ：13 3 4 。1 4 4l q 】 灏，毛宗源，例其讧模糊变结构控制器的研究控制川j 【全t j 圳小i9 9 9v o i1 6 n o4 ：5 5 0 5 5 7 第二章复杂温度对象( c t o ) 及其物理仿真系统 2 ic t o 概述 诉 r r 9 挺 生，水沦义j j i t u l 宄m 复杂温度被拧刈缘n q 物州仍 贞系统，其思想来源是阿热汽湍挎制，m 冉热器是钭畸炉的i 部分， 阿热汽湍托矧一也只是锅炉诸多峭控参数中的个，所以，为了能从 议小j 7 职、以及掌握本艾的删宄刈琢，迹须从r u 的锅炉和热 器淡，世，i 要知其“来龙”，比就公推川“去脉”，炎似l n 炎f i - 冶会、7 二1 、建材等连续生产过棵行、 i 、泛存衲：着的时变、| i 线 性、一h 延、变参数的复杂温度对象u 三就容易理解、掌樨。 2 1 1 锅炉概述 仡荦元机组。h 锅灯! - 和汽轮发电机是个整体? j 驯- 仃们。个 设备：j 运i 丁i ：洲r 如汽轮机的负荷) 都会影响到另外卟设备的j i ， 常运行所以二：者的运行方式必须密1 _ ：j j 配合。 i l 轮机通常配套有液二训速系统，有的机组还同| i 眦有动频- 乜 液洲17 装俺这些调节装置把i 包| 叫干帆州的运行联系起求，姚赵嘲 ! 瞬 、变化的扰动将直接影n 冈到机缍的负简和运行参数： 1 i = j 是火j 发电厂三大1 i 婴波衍t。燃料在锅炉【 i 燃烧放出 热翠坪将热量传给水，籍以，、。 t - j d f 、力和温度的蒸汽。锅炉所 ，。 州j 巷汽被引入汽轮机，半r 动发f l 发2 ， 戎h i 卜_ 1 银圹- 所用的燃判i ! 要是煤既般把煤臃成煤粉，然 后落臆燃烧。圈21 足台煤粉t 扣”：要设备小崽图。 图2 1煤粉锅炉及辅助设备示总图 l 一炉膛水冷擘2 - 避热嚣 3 。兵器4 - 张嫂器；5 - 审。i t 蟊热器； o - 汽泡； 7 - 下降管；8 - 排渣装四，9 - 给蠼机；10 - 窘煤机： i - 排i i 琦机 l2 - 送风右l ： 13 一，j ik l t il ，14 - 缘尘器：l5 - 压j 鼻蒸汽： 1 6 - 纶爪 7 - 进l j j j 热羹汽，8 - h u 冉割- 菸汽： n 。图中，由煤仓落卜i 的煤绎过给煤机9 送入磨煤机1 0 制成谋粉。 送胍机1 2 将冷空气送入锅炉尾部的空气颅热器5 ，冷空气在此破加 热。热空气的部分经排粉机1 1 送入磨煤机，将煤加热和t ：爆，同 吲它本身也是输送煤粉的介质。从壤煤机排“j 的气粉混含物经燃烧 搽进入炉膛燃烧。 l i 空气预热榭内另一部分热空气阿接逆入燃烧器 参1 j 燃烧反应。 锅炉的炉膛具有较入的。剐uj ，煤粉红此卒匈怂浮燃烧，炉瞠叫 j 卅靠近：沪墙布置存密集的水冷罐符】，管内向水和蒸汽混合物流过， 这样既能吸收炉j 片的辐射热，义能仅护炉墙1 i 致烧坏。燃烧火焰r ， 心_ l 有15 0 0 或更高的温度，似存炉瞠上部出口处，烟气温度要低 j 二煤扶的软化温度，以免熔化i l ：j 伙清粘绵在j j 道i 上j 的受热向上造成 查坐堕堑塑14 羔! 型一 一一 结焦。蝶粉燃烧所7 成旧较人狄粒茹( 降刨炉胖i 【2 毛1 0 冷狄? 川l 逐渐 冷卸和凝，l ) i o h ： 舟装珂8 形成态排济，人晡鞍纠的扫、杠随 划，i 离”炉惮，流纤 系列的埘疏受热【| _ j 1 ：j i 4 j 7 s aj ，j 4 ) , i i l l 。j 扎 书l 】37 f lj 1 i q f 八l ：h ，卜。_ j ：j 、t 艉州灿i i 门“。l 度通；i i d 15 0 。( j r 。平，。为j 7 l 成 ，步于j j l ，f ? f | 0e 乒i ，| 圻| i 叫、境被污染，离| i t “如。i 7 门女| j = | e ，匕消l ；l z 7 、 器1 4 ，1 f 殳较久琊分乜出被孙枞r 永，圾jc j l 吖l 少l , l i 门细微耿粒 = = _ 入 人气， 送入；炉的水称为给水。i ；i 送入的绗! ：刨送的j 王热蒸，i ，i j 婴绎过系列的：l j | i 热过样。萌先把水加强刮饱巾温度，其次j 亡饱和 水的蒸发最 j 足饱和蒸汽的过热。虮l ；打水的受热向叫做省燥器： 伎饱和水汽化成饱和蒸汽的受熟面叫做砻发受热衙：把饱和蒸汽洲 热为过热蒸汽的受热向叫做过热器为，提而锅炉一汽轮机绷的循环 热效牢，对高、桃缉还要采用蒸汽p 热，这枰任锅炉中适得确；热 器。 2 1 2 再热器 为j 7 提商发 t t sl t b l 的热效率，高参数大容帚机绢r 泛采j = j t 一f 白j 冉热器，以捉而过入中址缸n 勺蒸汽温度。保 、 眄热搽口汽温，除 j 7 可以倪漳机纠达到设训的热效率外，量! ，供掎过热汽温的。+ j 样，世为了确保机组的安全运行。 i u 山 耳热蒸汽汽爪低、重量流速小、他热系数小所以，j i 热 # * 一q 2 肖。寻1 i 目。、l j l 或水、 7 日j 直中，j 嵩i _ 纠；! i f 受j 热mj ，进：口i 。! - 岂属p 刊、口换热器，蒸汽在管内流动吸热，m 炯l 姒乱管外冲护放 热。lo lr 每热器lj 】n q t 质是温度及压力都i 艮阳钧蒸汽，加之它1 1 | 在 行叉m 酉在烟气温度较高的区域，有 卜】k 令是放仡炉膛顶舞；，f i 接 受尘j 火j j = i ：1n q 辄1 日j ，使掣 j c l j 转1 们：浦5 度 陵i i 。i j i 、j 【! ，它、 | j ! 将：j + l 铲张l ”蔓 | 杖蔼j 九汁j 范内，以满j 已j 一曲u 业及i 咖j 搿例! 。要求 火l lr jn 热汽潞足种尚阶、人惯r k 、人丛延、参数| 线，眺的 做拧_ 缘，艾皱 3 川，的陋讯，t 温被 i 泌j 象h 冬| 2 2 所小。hj 。】、 g ”：( sj( j ： ( ， ，人一、，l 、， j 1 - ：j1 t 】” 引蜘l 水+ r o 晌水 图! ! 阿热汽温被控对象 1 ：、处分l l j j 是 = 热汽温、喷水后汽温和三通后汽混测，f 量：( j 【_ ) 、0 1 2 ( s ) 、0 ”二f s ) 分别是主刘缘、喷水副羽象和三通剐对象。荚t 1 ，_ 7 。i 通受 热i m 技商、低温再热器义_ f | 处十锅炉烟道尾部对流垮”中6 0 0 一一8 0 0 ( o c ) 的高温烟气之l h 所以，再热汽温 ，i 会受到各种冈未明影响。 例如烟气测扰动( 燃烧器组合与运行方i 的变化，烟气髓、，喷水 例、蒸汽侧的扰动方式，火焰中心的位置变化等) 可能导致姻气温 嫂的波动逃班约4 - 1 0 0 ”c ：喷水侧扰动l 减温水温度和流景等变化引 起n 汽温变化) 可能导致阿热汽温的波动达到约12 0 0 c ；疋热与再 撅i 蒸；气侧执二由，如锅”j 汽机负荷变化所引起的蒸汽流旨j 温度的 变化饱和蒸汽湿度j | 艇的汽温变化) 可能导敏再热汽湍陀段z 订达 创约+ 3 0 0 ( 、，此外，阿j “蒸汽负荷的变化也是个革夏冈东 巧、蔓述，旺i 蔓5 汽湍的波驯要比过热汽温更乃f ”重。 谍粉燃烧锅肿的再热器渊温方式主要有以f l + ： c l 、将部分冉热器& 。j 。尾部烟道侧，采用煳气挡板姒j “ 鬻 一黔 彝 麟 一2 ) 、 一3 ) 、 ( 4 ) 、 f 5 ) 、 炉内和铛5 孵热措受热两，采川摧r 力燃烧器洲张l 。 阿热器唢水【j ，锚i 用烟气阿循环州肯冉热暑舢9 ：t i l 皮。 川j 通阀控缸进入初级町热器( 旁通受热而jn 0 流量，目 2 , 2c t o 的仿真设计 j u ，对复j 液体温度被控州象的仍真力法辛要有两大类。 类是采用数了：i ：t 算机的仿真方法，如使用常见的l 具软件阿( 垠r | i _ r ( 、m a f r i m h 或自编的荇种数字仿典软件，但凶为液体温度旱非线性、 时变、随 h 二扰刊场分布等特性，使得复杂液体温度列象的数t 制蜒 型变成了 i ：线性、时变、随机和分布参数的复杂微分方程以仝j 根本无法准确建模或所建模型无泫求解；砌存人量假设后得至简化 和近似的h , j 变、i 【微分力程数学模掣虽然可以用丁数字仿真，| ，i i 却存在非线性午分仉参数方面| 1 | 勺较大建模误差，不能反映复杂液体 温度被控对象f t | 勺宾丈特性。另类接近的种实际蒸汽汽体温腹物 婵装置的仿真方法，如某直流锅炉浈示。炎蝓装胃，设有电加热器的 过热蒸汽温度仍奠j 7 系统，但其蒸j 气温度的容积、流量和外界r j ： 等都不能用自动测j j ! 系统随意改变，此 、能够仿真汽体温度列象 的非线盹、时变、砸亿和变分，们参数的复杂性。 本论文所设i 0 伪真装置，通过爿算机测量利控制多个容积的 液体，使被控刘琢液1 式的温度发牛苇望f 1 94 1 一线性变化、希望的州变、 希挈的分抑参数变化和希望的随机1 扰变化，由此隶近似实际温发 对象的人时延、1 | 线陀、叫变、场分仙；f 隧机卜扰等复杂l 况。】、 nj 从( ”l ( ) 测p j 系统l 【i 仿史 4 ：业叫lj ； ：厅i i i 进j j 介? “ 2 2 1c 1 1 0i 卜、r 系统简介 l lj - ( ”l 、( ) 4 丈际l 足分布参数利缘，所以c t o 的物州仍r j 及仃线 测 牵系统 ：婴绕t i楸5 水多【 的钳质热水竹缃建成。j ；结1 ： j o i 卷图 、蚓23 所_ i 。 阁2jc 【( ) 刈象仂真罔 1 液惜2 液一f i l i 史t - m 搬。、。驯i 液。乖j u 埘热器t 液，龄 9 般温段传感器j 液性防液溢段：；感器川l l i ：仁6 嫩地洲浊j 艋度传感器i 、j? 汝 曾j j l ! ! _ 液：艋 发传感器小1 | 步j 韭 u | i _ 1 f $ ：1 ：1 蛤。】钙9 j 。吼机10t 、。溅补 位液 耩删液温度1 e 。盛器! ：，坟珀f 也圳热器】：他液箱渡上传感器1 1 _ l 化 便箱也融阀i j 佑弭液4 _ 鼍卟。皇扩循1 1 、液管l7 循环敞【_ i 】撒泉l s0 舌蚪液 扪冷投泉lq 阳弘液 l 玲，：、1 0 柏环淑一删渡温鹱j ，誊措! l 循珥j 忮扪波 他 感器2 21 表l u 控 1 l - i ! l ”算 。! 热j | 懈l 多路信l ；jl 爿_ | 模块! jk 力 受送器z 6 ，l ，( - 扳玎墨水i 黔! s 比l l 继i u 器! 日光 u 鳞。卫器 ，t f u 继l 嚣。lx l 目矗步i i l 机 ! 助率驱? “搽 c l 、o 的各t 、j 7 系统简介t jb - 】) 0q1 系统：恢水枇水温j ：系统j t j 术仿真j ( 11 1 刈衄的。炎 ( 1 0 。咳系统般波水洲给定他为1 _ l 值；系统 门控制器足水精5 门 i u 加热器：系统的输足曩装z i f uz 巩小乍l 的热m 测扎t 1 t 值，它反映 rc t 0f | ，j 复杂特性。c t o 的温度梯成分钿特性卜要 i 水枘的物理f ! = = 嫂投j i 水通结构柏父：c t 0 的”变特陀卜篮f i 扰水筘l ，的水温变 化水髟成：c t o 的卅线性特f i - j - d 父h1 1 1 水措t 水印j 流速决定；c 1 0 的 m 延值1 i 要与水褙 。测温热阻的似竹1 1 1 关：这个卜系统的蚪境外扰 l ! _ j 卜要_ | 电扇胍! i l ：t 受仿。丈际h 所有这些参数之州还存7 i 着交义 拗咖： ：) l 号f 系统：这个小轴4 门维运动可以政变水楷r 卜水蒴。i 的_ ；1 5 i 点何 肯。咳g r 踪系统的参考输入信l “ i _ i _ = 究人员按实验要求砹计；小4 一 j ，悬挂的4 支热电阻，还可以通过灵活组台米获得逆行状态反馈时 目i 需的测量值。 j j2 号子系统：这个扰动水温闭一f 系统的给芷值将根抛仿真c t o 参数时变的要求给出。 4 ) 3 号于系统：这个子系统的给定值被设成恒值。它的目的一是 要保证水槽中水的流速只受电磁阀的摔制，1 、会受丑水箱中水位i 水 ；i i ) 变化的影响：_ 是要确保水箱 j 的水不会溢出。 j ) 4 号子系统：这个丌叫、子系统的给定信弓，将f | i 研究人员按照c t o 刊水情。| j 水流量的需求来规定。 6 15 号，系统：该r 系统川来按( 1 1 1 0 的实验要求r 。，【二模拟现场环 ，蠹的h 尤场。 7j 6 号7 系统：它主要剧术阶视衙胍水缸巾水泵的f 卅环境温度上限。 8 ) 7 弓f 系统：它一是婴保证g j 珥水缶t 不发址t 水溢现琢；_ 是要 i h j 接算出水槽中的水流速，使4 弓j 二系统实际成为个闭环控制系 统，从而提高系统对水槽中水流鞋的测控能：i 是刖带折算f 显 a 原赳1 人学坝卜产。蕾论迎 2 2 2c t o 的仿真系统设计 f c 【| 冬i23 小，祭个仿真模型p 要包括：个5 米k 怕爿 质循环 水槽为水 蝤提供水的fj _ i | 水 1 ( 山囱湖0 汛i 磐、：f l 及d l i 影j * * ) 、在水“ 【f m 列均匀的四支热电，芹f 水槽一0 l b 加热器及其附近的风扇 喷水器。 2 2 2 1 水槽 图23 中的铝质水楷从中问分为两部分，进水山了扰水箱通过装 柯城节阀的管路流入水槽一侧，然后山水槽两帮分q i m j 的通水孔流 入，j _ 侧，之后绎出水口流入循环水缸，绎荥再抽入干扰水箱， 这样就形成了水循环。通过l 位水箱的阀fj ，可调节水f 门流量。从 文献 6 j i i l l ，汽轮机负荷的变化弓_ 起蒸汽流鼍”变化，之后影响剑再 热汽温的变化，负倚( n ) 与流量t d 的天不成线性。如图2 4 所 ，】i 矗劁13 。h 如有规律地调协入u 阀门的川度，则水流速随之 变化这佯，通过【攻变水流速，兀j 模拟蒸汽复倘的变化。文献 ( j 1 给 卜 劁25 闷j 厂度j 流量的天系 文献f1l 知j j x o i l , 量( i ) ) 扰动i 、，列象的动态精譬为 g “沪菸鬻告卜g 小，一 t ， 乓巾常数n 一股墩为o 8 。令a 水槽中容纳的全部水的温度 每一j1 。c 所需热景，b 二= - 水槽的全部槽壁会j 禹的温度每升高1 。c 所需 热量，f = q i f 市时间内，槽壁与水的温度每差1 旷，通过整个水槽 内藉砸的传热量，有r m = b s lt = a ，| f ( t ，。，t 及f 住以后的公式中也 将 二j 到) g 。( s ) 为干扰水筘水温扰动下的动态特性。 1 i 槽卜，均匀分布的4 - 支热电阻是用来测复j j 温度对象的水温 的。：垣着水的流动水温仨水槽中成梯度分布。通j 芷实际测算，行 采；j 节有阴维状：冬观测器的鲁棒状态反馈方法n j 得至l j j ( 温特性如 卜： 7 ，、 k、 ( tfi 1 = i 4 j 1 ( 1 + m ) 4 r 1 1 1 ，k i ( o9 4 4 7 ，o9 8 4 7 ) 丁【( 1 4 ( ) ，】8 f 、) ls c c l 。cj j l 眩水i 刈象是高阶、大惯悱、大迟延、变参数的破控刘象，完全n 以心拟阿热汽温对象 a 胤地r 人学坝卜一蕾论文 2 2 2 2t 扰水箱 自：i 矧23l l ，j 三热蒸汽从i j l 、6 。和m 热器采便足孵热蒸氏， 所以，过热蒸i 孵变化将影响剑冉热汽潞的变化。干扰水箱使足川 求，嗅拟阿热汽礼川j ，从圈23 石，这灶ij 易见l7 ，j 。j ( 从r 儿水粮渡 剖水褙，水箱l7 水；q 变化必将影响剑水枘tj 水濉的变化，这j = | | i 腑 j l i 级m j 的影响，式系娄似过热蒸汽j 阿热汽温m j 的影响父系。 行_ r 扰水铺r 一仃 个加热器，2 巫i 1 1 ) ：热器改变水箱中的水浠， 从i m 影响到水槠水i | f | l 的变化，这样，i 扰水箱的扰动便模似了阿热 汽温时级对它的饥! 卅，从文献i l ，t 扰动f 、的动态特，日：如 、式 。耶+，、 “一葡了而 纠 其一hc = = p f ，”j 内，流量为d 的水渊每丁f 高1 所需热巫t 1 ，( = c 盯 t 丁代。 在再热汽漏 1 ：j 扰动i h 烟气侧的扰动是晕要的一类扰动。文献 6 给出了燃利沭制! 动划再热器的影i 爻系曲线如l 訇2 6 ，：7 所_ 】i 3 蚓26 燃托流爷扰动 丈献 2 给j 。护1 引| i 焰强度随 27 再热汽温变化 i j 【+ 内变化曲线，如图28j i 。 从r hi t j 以褂楼拟燃烧火焰( 或燃利流镰j 扰z 力的近似脱律。 n h23c h 川烈崩的m 述求模拟燃烧火焰的变化，使风腑f 门风 速叛人叫问常数川i 褊的人l 箍l i r l 边续非刷期信。州：迭力小i l , l 川常数的 小随机连续州一q 期信j 术近似模拟燃烧室的温度扰础一 l 訇2 8 ”瞠火焰强度变化 2 2 2 4 喷水及力热器 单冗机组中，喷水减瀣歧二通加热器足保持再热汽温稳定的两 种手段。为了形象地进于一热器的仿真，型23