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摘要：本文介绍了自适应控制的基本思想，重点介绍了增益调度控制，并介绍了增益调度思想在电厂控制系统的应用实例。
关键词：自适应；控制；增益调度
控制系统在设计和实现中普通存在着不确定性，主要表现在：①系统数学模型与实际系统间总是存在着差别，即所谓系统具有末建模的动态特性；②系统本身结构和参数是未知的或时变的；③作用在系统上的扰动往往是随机的，且不可量测；④系统运行中，控制对象的特性随时间或工作环境改变而变化，且变化规律往往难以事先知晓。为了解决控制对象参数在大范围变化时，一般反馈控制、一般优控制和采用经典校正方法不能解决的控制问题。参照在日常生活中生物能够遏过自觉调整本身参数改变自己的习性，以适应新的环境特性。为此，提出自适应控制思想。
自适应控制是现代控制的重要组成都分，它同一般反馈控制相比具有如下特点：(1) 一般反馈控制主要适用于确定性对象或可以预知的对象，而自适应控制主要研究具有不确定性的对象或难以确知的对象。(2) 一般反馈控制具有较强的抗干扰能力，能够消除状态扰动所引起的系统误差；而自适应控制由于具有辨识对象和在线修改参数的能力，因而不仅能消除状态扰动引起的系统误差，而且还能消除系统结构扰动引起的系统误差。(3) 一般反馈控制系统的设计必须依赖系统特性的数学模型及其环境变化状况，而自适应控制系统设计则对数学模型的依赖很小，仅需要较少的验前知识，但自适应控制的实现往往更多地依靠计算机技术。(4) 自适应控制是较为复杂的反馈控制，它在一般反馈控制的基础上增加了自适应控制环节或系统参数辨识器，另外还附加了一个可调系统。
增益调度控制是自适应控制中的一种实现方式，它实际上是一种开环自适应控制，因为很多情况下，过程动态随过程的运行条件而变化，但这种变化的关系是已知的。动态特性变化的一种原因可能是由已知的非线性特性引起的，这时，我们能通过监测过程的运行条件来改变控制器的参数，这种思想就称为增益调度。
设计增益调度控制系统的主要问题是寻找适当的调度变量，通常是基于系统的物理知识，当调度变量确定后，采用一些适当的设计方法，便可在各种条件下算出调节器参数来。因此，可针对每种运行条件，对调节器参数进行整定或标度。对于系统的稳定性和其他性能，一般可用仿真实验来对它们作出评价和选择。
增益调度的缺点：一个缺点是它是一种开环补偿方法，另一个缺点是设计相当费时。增益调度的优点：它能很快地变更调节器的参数以响应对象特性的变化，因为它没有参数估计问题。因此，其限制因素仅取决于辅助测量能多快地响应过程的变化。
Ｇ公司采用单进单出磨煤机，每台机组配置6台100T/H磨煤机，每台磨各配置了一台热一次风门携带煤粉满足锅炉燃烧的需求。按照习惯控制，一次风机定压控制，运行人员通过偏置来调节风压，负荷煤风比通过热一次风门开度调节，热一次风门的调节线性一般情况比较差，要保持调节性能好，必须保持在50%以下开度，这样六台热一次风门就造成了风量节流，造成一次风机电流增大，为了克服这个现象，Ｇ公司改变了制粉负荷控制策略，改用一次风机和负荷、实际给煤量之间的关系，从而保持负荷风门全开，用一次风机来调节风煤比的需求，这样减少截流损失，降低厂用电率，提高锅炉燃烧效率。调节系统中，由于阀门等线性较差，经过试验对调节系统中 PID 参数利用自适应控制原理进行了优化。根据阀门等线性关系，设置了多个 PID 回路在不同时期的调节，比如燃料控制系统中，针对制粉系统热一次风门挡板特性，对调节逻辑中的 PID 参数进行分段设置，使风门挡板在不同的开度下调节速率也相应改变，这样使调节更具有稳定性。
超（超）临界机组的再热汽温通常采用喷水减温+烟气挡板的调节手段，但由于烟气挡板对再热汽温的滞后很大（控制对象时间常数达十几分钟），采用 DCS常规控制方案基本无法投入烟气挡板的自动控制。运行人员只能以再热喷水减温为控制手段来调节，机组运行经济性明显受到影响。出现上述问题的主要原因是，随着机组工况和煤种的变化，机组被控对象的动态特性已变得越来越差，过程的滞后和惯性已变得越来越大，对象非线性和时变性的特征也越来越明显。由于经典PID 控制系统是一个线性控制系统，而实际的机、炉被控对象是一个多变量、强耦合及存在大滞后的高度非线性系统，因此，不管对 PID 控制系统进行如何调整，总是突破不了用线性的控制器来处理非线性对象的这个局限，使得控制品质的改善总是有限的。因此，要从根本上解决上述问题，应将先进的控制技术如：预测控制、神经网络控制、自适应控制、模糊控制等技术应用到火电机组的优化控制中来。
在借鉴PROFI的控制思想及实现方式的基础上，通过有机融合自适应Smith特性补偿、相位补偿控制、状态变量技术广义预测控制、基于模糊控制理论的智能前馈技术，提出了现代火电机组 AGC 控制的先进解决方案，成功对Ｇ公司两台 1000MW 超超临界机组过热传统的再热汽温控制方案进行了优化。原控制系统采用了基于 PID 控制策略的串级控制方案，但对于大滞后的被控对象，PID 控制策略很难协调好控制系统快速性和稳定性之间的矛盾，即，为了要抑制汽温偏差，控制系统必须要快速动作，但动作一快，PID 控制系统就会振荡，这是由 PID 的本质特点所决定的。因此，只有采用先进的基于大滞后控制理论的汽温控制策略，才能对再热汽温进行有效控制。再热汽温的烟气挡板被控过程具有更长的纯滞后时间，且纯滞后会随着机组负荷的变化而变化。因此，在烟气挡板的再热汽温控制回路中，增加了自适应SMITH 特性补偿回路，以补偿再热汽温被控对象中可变的纯滞后时间，改善烟气挡板调节再热汽温的特性。具体控制系统见下图。
采用该特性补偿方案具有如下二方面的优点：
一，特性补偿后，使再热汽温的等效被控对象为所选定的数学模型，从而使等效对象的动态特性与机组的负荷无关，有利于对广义预测控制等其它先进控制器的设计和整定；
二，由于再热汽温的等效对象是人为选定的，与实际再热汽温被控对象的动态特性相比，等效对象具有较小的滞后和惯性，从而使整个再热汽温控制系统具有较强的稳定性和较快的动态响应，这对大滞后对象的控制是十分有利的。
参考文献
[1]李泉,朱北恒,尹峰,孙耘,罗志浩.火电机组协调控制系统优化研究[J].热力发电.2011(06).
论文作者:冉初萌
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/10
标签：自适应论文; 对象论文; 控制系统论文; 系统论文; 特性论文; 挡板论文; 风门论文; 《电力设备》2017年第36期论文;