自抗扰控制器参数整定方法及其在热工过程中的应用

论文摘要

现代工业中热力系统逐渐向大型化和复杂化发展,对控制品质的要求也越来越高。热力系统的大时滞、强扰动、多变量耦合、非线性等特性越显突出,使得目前普遍应用的PID控制器难以获得令人满意的控制效果。为此,人们一直在寻找更好的控制技术,自抗扰控制(ActiveDisturbanceRejectionControl,简称ADRC)即是其中的一种新型控制策略。本文首先提出了一种新的ADRC参数整定方法,使得ADRC控制器更易于实现且具有更广泛的适用性。在假设调节时间已知的情况下,只需调整一个控制参数即可完成控制器的参数整定。在低阶系统、高阶系统、时滞系统、非最小相位系统、不稳定系统、分布参数系统等抽象模型中的应用结果表明,ADRC和PID一样可以应用于不同类型的系统,相比而言ADRC能够获得更好的动态性能和性能鲁棒性。然后,基于上述方法,针对一个超临界600MW直流锅炉高温过热器在四个不同负荷下的传递函数模型,研究了ADRC的串级控制问题。同时,通过这一对象具体地说明了如何逐步整定ADRC控制器的参数。与内模控制方法的对比仿真结果表明:在每个特定工况下,ADRC控制器都能以较小的控制能量获得较好的跟踪效果,且抗扰动性能具有明显的优势;此外,通过简单的参数调整,可以使得ADRC具有更好的性能鲁棒性,从而实现利用单一控制器来进行全工况控制。本文的ADRC串级控制方法同样可以应用到其它串级控制系统中。最后,初步研究了燃烧振荡系统中的ADRC控制问题。介绍了燃烧振荡的产生机理及控制原理,针对一个非线性的燃烧系统模型,基于对简单移相控制器的设计和分析,研究了ADRC控制器的控制能力并进行ADRC控制器的设计与闭环仿真。分析和仿真结果一致表明,ADRC能够有效抑制燃烧振荡现象且具有一定的性能鲁棒性。本文的研究结果显示了ADRC在热工过程中具有一定的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 自抗扰控制研究进展与现状
• 1.2.1 ADRC的提出与发展
• 1.2.2 ADRC的应用
• 1.2.3 ADRC的特点及问题
• 1.3 论文主要工作
• 第2章 ADRC参数整定方法
• 2.1 引言
• 2.2 问题定义
• 2.2.1 控制对象描述
• 2.2.2 ADRC 控制系统描述
• 2.2.3 设计目标
• 0'>2.3 系统稳定性与控制参数b₀
• 2.4 参数整定方法
• p和k_d 的整定'>2.4.1 控制参数k_p和k_d的整定
• 1, β₂和β₃ 的整定'>2.4.2 观测器参数β₁, β₂和β₃的整定
• 2.4.3 ADRC参数整定流程
• 2.5 仿真算例
• 2.6 本章小结
• 第3章 ADRC在过热汽温串级控制中的应用
• 3.1 引言
• 3.2 问题描述
• 3.2.1 过热汽温模型介绍
• 3.2.2 过热汽温串级控制结构
• 3.2.3 设计目标
• 3.3 ADRC串级控制参数整定方法
• 3.3.1 副回路的整定
• 3.3.2 主回路的整定
• 3.4 过热汽温串级控制系统参数整定结果
• p'>3.4.1 副回路控制器参数k_p
• c'>3.4.2 主回路ADRC控制参数ω_c
• 3.4.3 主回路ADRC控制参数k
• 0'>3.4.4 主回路ADRC控制参数b₀
• 3.5 仿真实验
• 3.5.1 设定值跟踪实验
• 3.5.2 扰动实验
• 3.5.3 鲁棒性实验
• 3.6 本章小结
• 第4章 燃烧振荡的ADRC控制研究
• 4.1 引言
• 4.2 燃烧振荡机理及控制原理
• 4.3 燃烧振荡反馈控制系统
• 4.3.1 火焰模型
• 4.3.2 声波模型
• 4.3.3 燃料喷射系统模型
• 4.3.4 模型仿真
• 4.4 简单移相控制器设计与分析
• 4.5 ADRC控制器的设计与分析
• 4.5.1 ADRC的抑制振荡能力分析
• 4.5.2 ADRC的鲁棒性分析
• 4.6 ADRC控制闭环仿真
• 4.7 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 研究总结
• 5.2 需要进一步开展的工作
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 参数稳定域
• 3（s）和f（s）之间的传递函数'>附录 B z₃（s）和f（s）之间的传递函数
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果