自抗扰控制技术在火电厂主汽温度控制上的仿真应用

李 洋 陈树昌 方 元

（华北电力大学 控制与计算机工程学院，河北 保定071003）

0 引言

在超临界大型火电机组中，主蒸汽温度的控制直接影响机组运行的稳定性与经济性。目前主蒸汽温度控制一般采用传统串级PID 控制方案。 随着控制品质与精度的要求越来越高，对象复杂程度也是与日俱增， 仍然采用传统串级PID 方案控制难以达到令人满意的控制效果。为了弥补这一不足，自抗扰控制技术应运而生，本文建立一种基于自抗扰控制器的一种主汽温控制方案，并在simulink 仿真平台上进行仿真试验。

1 自抗扰控制基本原理

自抗扰控制器由跟踪微分器（TD）、扩张状态观测器(ESO)、非线性误差反馈控制律（NLSEF）三个核心模块构成。

1.1 跟踪微分器

跟踪微分器的作用是对给定的输入信号v0产生输入信号的跟踪信号和输入信号的微分信号。

1.2 扩张状态观测器

扩张状态观测器的作用是对控制量u 和输出信号y 作为两个输入进行观测，得出两个估计状态变量和对系统内扰和外扰的总扰动估计值。

1.3 非线性误差反馈控制律

TD 产生的跟踪信号和微分信号与ESO 两个估计量做差。 合理调节两个误差量系数通过一个非线性计算形成控制信号u0。

2 针对主汽温的自抗扰控制仿真试验

图1 两种控制器的阶跃扰动响应曲线对比

本文采用串级控制策略，主回路采用ADRC 控制器，副回路采用PID 控制器。 在simulink 上搭建仿真模型。 导前区惰性区选取文献[1]75%负荷下模型。 控制器参数设定好后进行阶跃响应和扰动试验：输入单位阶跃信号， 设置仿真时间为4000s， 在2000s 处加入一个幅值w=0.8 的减温水侧阶跃扰动，两种方案系统响应曲线如图1。

仿真结果表明， 两种控制方案都能达到稳定控制目的。 PID-PID控制开始响应速度比较快， 但是波动幅度太大， 且调节时间明显比ADRC-PID 调节时间长。 在同等情况的扰动下，ADRC-PID 控制扰动幅度更小且调节时间更快，显示出了更好的抗扰动能力。

鲁棒性试验：两控制器参数不变，将主汽温被控对象分别设置为额定负荷37%、50%、75%、100%下的动态模型， 单位阶跃输入下响应曲线如下（图2）：

图2 自ADRC 在四种额定负荷下鲁棒性响应曲线对比

仿真试验结果表明， 除37%额定负荷下响应曲线振荡时间较长，超调量较大，其余三种额定负荷曲线过渡时间都比较短，没有出现较大振荡。但四条曲线最终都会达到平稳状态，没有出现发散结果。所以具有很强的鲁棒性。

3 结论

通过simulink 仿真试验结果可以看出自抗扰控制技术在大迟延、大惯性、 扰动多等特点的主汽温度控制系统中显示了很强的抗干扰性、适应性和鲁棒性，达到了更好的调节品质的目的，具有很好的应用前景。

［1］范永胜，徐治皋.基于动态特性机理分析的锅炉过热汽温自适应模糊控制系统[J].中国电机工程学报，1997，17（01）：23-28.