主汽温度的改进smith预估控制.doc

Modified smith predictor control of the main steam temperatureAbstract- The research object of this design is superheated steam. Because spray attemperator is used of the control method, the main idea of this design is that the single-loop control system can add some advanced control algorithms which improve a large delay system to achieve improved quality control purposes. Traditional smith predictor control for large delay system has a good control effect. Improved smith predictor control is an improved model for traditional smith predictor. It can effectively overcome the adverse factor when the predictor is not accurate. Key words: Main steam temperature; Large delay; Modified smith predictor control主汽温度的改进smith预估控制【摘要】本设计研究对象是火电厂过热蒸汽，由于通常使用喷水减温作为控制手段，所以本文的主要思路是在单回路控制系统的基础上加入可以改善大迟延、大滞后的先进控制算法以达到改善控制品质的目的。传统的smith预估器对于大迟延控制系统有很好的控制效果，改进型smith是smith模型的一种改进，能有效克服预估模型不准确带来的不利因素。1 引言过热蒸汽温度是电厂机组运行过程中需要监视及控制的重要参数之一，它直接关系着机组能否安全稳定的运行。喷水减温对机组经济运行有利，目前被广泛采用为过热蒸汽温度控制方法。采用喷水减温时，由于对象控制通道有较大的迟延和惯性以及运行中要求有较小的汽温控制偏差，所以采用单回路控制系统往往不能获得较好的控制品质。针对过热汽温控制对象控制通道惯性迟延大、被调量信号反馈慢的特点，应采用smith预估方案进行控制，以改善控制品质。2 基本思想2.1 smith预估补偿控制原理Figure 1. Smith predictor control diagram图1. Smith预估补偿控制原理图对于大迟延的被控对象，通常采用smith预估控制，其主体思想是消去分母中的项，实现方法是把对象的数学模型引入到控制回路之内，设法取得更为及时的反馈信息，以改善控制品质。图1为smith预估补偿控制原理框图。图1中，是对象除去纯迟延环节以后的传函，是smith预估补偿器的传递函数。若系统无补偿器，则调节器输出到被调量的传递函数为 （1）从式1可以看出，被调量要经过纯迟延之后才能到达调节器，若系统采用预估补偿器，则调节器与反馈到调节器的之间的传递函数是两个并联通道之和，即： （2）为使调节器采集的信号不至迟延，则要求式2为： （3）可得到预估补偿器的传递函数为： （4）Smith预估器实施框图如图2所示，只要一个与对象除去纯迟延环节后的传递函数相同的环节和一个迟延时间等于的纯迟延环节就可以组成史密斯预估模型，它将消除大迟延对系统过渡过程的影响，使调节过程的品质与过程无迟延环节时的情况一样，只是在时间坐标上向后推迟了一个时间。Figure 2. Smith predictor control block diagram图2. Smith预估补偿系统方框图从图2可以推导出系统的闭环传递函数为： （5）可见，对于随动控制经预估补偿，其特征方程中已消去了项，即消除了纯迟延对系统控制品质的不利影响。至于分子中的仅仅将系统控制过程曲线在时间轴上推迟一个，所以预补偿完全补偿了纯迟延对过程的不利影响。系统品质与被控过程无纯迟延完全相同。2.2 改进型smith预估控制由Hang等提出的改进型smith预估器，比其他方案多一个调节器，如图3-5所示，图中设过程特性的比例增益K0=1。从图3-3中可以看到，它与smith补偿器的区别在于主反馈通道传递函数不是1而是W f(s)即由图可知，反馈通道传递函数 （6）则系统传递函数 令则 （8）由式8可见，其特征方程中已消去了e-s项，即消除了纯迟延对系统控制品质的不利影响。系统传递函数表明，改进型smith预估控制与传统smith控制一样，可以使调节过程的品质与过程无迟延环节时的情况一样，只是在时间坐标上向后推迟了一个时间。R(s)F(s)Y(s)-Figure 3. Modified smith predictor control block diagram图3. 改进型Smith预估补偿系统方框图Figure 4. Smith predictor control and modified smith predictor control simulink diagram图4 传统smith预估控制与改进型smith预估控制仿真框图3 控制系统分仿真主气温控制对象为，被调量是过热器出口温度，调节器输出作用在减温水控制阀门上，控制喷入过热器内的减温水量。3.1 预估模型准确若模型预估准确，即且。则控制信号经过控制对象和预估模型后的输出均为0，所以在模型准确的条件下，传统smith预估控制和改进型smith预估控制应有相同的控制效果。其仿真框图如图4所示，仿真曲线如图5所示。从图5中可以看出，传统smith预估控制的输出与改进型smith预估控制的输出去想完全重合，所以说在模型准确的情况下，两种控制方法有相同的控制效果。但是工业过程中由于工况的变化，很难准确确定被控对象的传递函数或者被控对象的传递函数随时都在变化，传统的smith预估控制的过程的数学模型与实际过程特性之间有误差，模型的误差会随时间累积，也就是对过程特性变化的灵敏度很高，所以在变工况下，改进型smith预估控制就显示出其优良的控制性能。Figure 5 The response curve of the two control methods 图5两种控制方法的响应曲线3.2 模型预估不准确Figure 6 The response curve of smith predictor control图6 smith预估控制响应曲线当预估模型的时，通过调节图4中两种控制方法各自用示波器输出，则其输出曲线如图6、7所示。从图6和图7可知，改进型smith预估控制可以有效的克服因模型不匹配造成的控制曲线波动，使控制效果和模型完全匹配时几乎一样。所以改进型smith预估控制可以有效的抑制扰动对控制系统带来的不利影响。Figure 7 The response curve of modified smith predictor control图7 改进smith预估控制4 结论Smith预估器可以有效抑制迟延对控制质量的不利影响，但是对于预估模型不准确，则会因为有偏差的累积，使控制系统的控制质质量变差。改进型smith控制通过调节中的时间常数改善因模型失配而引起的波动，在生产实践中有很强的实用性。References (参考文献)1 BIAN lixiu. Thermal Control System M. Beijing: China Electric Power Press,2001. 53-145边立秀.热工控制系统M 北京:中国电力出版社.2001.53-1452 LI zunji. Thermal Cont