（1.国电双辽发电有限公司 134003；
2.吉林电力股份有限公司二道江发电公司 134003）
摘要：在工业生产过程中，具有大迟延的工艺过程在生产中普遍存在，采用常规的PI或PID控制器难以获得满意的控制性能。为此本文提出了预估器与增量式函数观测器结合的补偿控制策略，通过Smith预估器抵消闭环特征方程中出现的滞后环节，利用增量式状态观测器解决了非线性问题、提高了系统的鲁棒性。仿真结果验证了本文的有效性。
关键词：大延迟；Smith预估；增量式函数观测器
1 引言
火电厂锅炉过热蒸汽出口温度是锅炉运行的重要参数之一，其对电厂的安全经济运行具有重要意义。火电厂的过热汽温具有非线性，时变，大滞后等特点，而且动态特性易受到干扰，很难确定精确的模型。与常规的PID串级控制相比，Smith预估可以有效的解决大惯性、大滞后问题，但它对被控对象的参数变化非常敏感，对模型要求比较高，一般当过程参数变化10%-15%时，Smith预估补偿就不能得到良好的控制效果。基于此，本文提出了一种增益式Smith预估器与增量函数观测器结合的设计方案有效地改善传统Smith预估器对模型依赖的特性。
2 Smith预估和增量式状态观测器结合的系统设计
2.1改进的Smith控制
针对smith预估自身的局限性，本文引入了一种改进Smith控制算法。在原模型之外加了一个除法器，一个导前微分环节（识别器）和一个乘法器。这三个环节的作用是要根据预估补偿模型和过程输出信号之间的差值，提供一个自动校正预估器增益的信号。如图1所示为增益自适应smith预估器原理图。
图2 PID+Smith预估+IFO-K 控制结构图
本文中应用某300MW锅炉过热汽温受控对象的数学模型，如表1所示，表中内容为在37%、50%、75%、100%负荷下现场的主蒸汽温动态特性。
对于大部分变负荷的机组，其特性多为非线性，传统的方法很难达到对系统的精确数学描述，采用多个线性系统的传递函数搭建多个工况点的模型。本文以不同负荷下的主汽温度非线性数学模型为基础，通过国电智深的DCS平台搭建了主蒸汽温度模型算法逻辑，并在某电厂的仿真机上进行试验。
3控制系统仿真研究
3.1 常规的PID控制
控制系统由PID控制器和状态观测器组成。PID控制器采用串级形式，主调节器调节过热器出口汽温，副调节器用来快速消除干扰。调节器的参数根据现场实际的运行经验和数据分析取最佳参数。
增负荷实验：
参数选取为：主调节器P=1.5，I=80；副调节器P=2.0，I=180。负荷从370MW-750MW。
导前温度设定值：370MW为423℃，750MW为464℃。
出口温度设定值：370MW为520℃，750MW为540℃。
减负荷实验：
参数选取为：主调节器P=1.5，I=80；副调节器P=2.0，I=180。负荷750MW-370MW。
导前温度设定值：750MW为464℃，370MW为423℃。
出口温度设定值：750MW为540℃，370MW为520℃。
仿真结果如图5所示：
图3 PID+PID串级+IFO-K减负荷仿真图
增量式函数观测器的输出能够较快地预测到被控参数的变化趋势从而做出超前的控制，在控制偏差产生的初始阶段它和PID调节器的输出方向一致的，促使阀门较快地达到最大值，随后它便根据观测数据给出了相反的控制作用，要求阀门开度逐渐减小，进而有效的减小了被控参数的过调幅度，并最终达到预期的控制效果。
3.2改进的Smith预估控制
本文在Smith设计中加入了滑变设计，可以根据需要人工置入，逻辑中搭建8个延迟时间块，每个延迟50秒。
增负荷实验：
负荷从370MW-750MW。
导前温度设定值：370MW为423℃，750MW为464℃。
出口温度设定值：370MW为520℃，750MW为540℃。
仿真结果如图4所示：
图4 PID+SMITH+IFO-K升负荷仿真图
减负荷实验：
负荷750MW-370MW。
导前温度设定值：750MW为464℃，370MW为423℃。
出口温度设定值：750MW为540℃，370MW为520℃。
仿真结果如图5所示：
图5 PID+SMITH+IFO-K减负荷仿真图
4结论
本文设计了基于smith预估与增量函数观测器的过热汽温控制，smith预估是克服时滞系统的有效方法，增量函数观测器能有效的解决非线性问题，提高系统的鲁棒性，通过对过热气温的仿真分析可以看出，经过改进的smith预估控制系统能有效的解决以上问题，该控制方案的控制品质、鲁棒性明显优于常规PID控制。
参考文献：
[1]张丽香，王晓伟，降爱琴.基于自适应SMITH预估补偿的过热汽温控制系统研究.中国过程控制会议论文集，2014.
[2]俞金寿.工业过程先进控制[M].北京：中国石化出版社，2002.
[3]韩忠旭.增量式函数观测器的概念及其状态反馈控制系统的应用.中国电机工程学报，2004，24（4）：210-216.
论文作者:柳春晖1,张来星2,线宏伟2
论文发表刊物:《河南电力》2018年21期
论文发表时间:2019/5/22
标签：观测器论文; 设定值论文; 增量论文; 负荷论文; 温度论文; 函数论文; 参数论文; 《河南电力》2018年21期论文;