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专利号: 202110679256X
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 蒸汽的发生
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种电站锅炉主蒸汽温度控制方法,其特征在于:具体包括以下步骤:步骤1:建立喷水减温过程的传递函数模型:通过系统辨识的方法获取三级喷水减温和二级喷水减温过程的数学模型:和 其中s为拉普拉斯算子;T11、T12、T21和T22为惯性时间常数;K1和K2分别为稳态增益系数;y2为二级过热器出口蒸汽温度;y1为三级过热器出口蒸汽温度;u1和u2分别为二级喷水阀和一级喷水阀开度;L1和L2分别为两个被控过程的纯滞后时间;上述两个模型中的参数能够通过传系统辨识获取;

步骤2:采用双控制的结构分别设计两个温度控制系统:基于步骤1建立的模型,分别设计两个温度控制器Tc1和Tc2,采用两个控制器组成一个温度控制系统,同时实现对跟踪性能和抗扰性能的独立控制;温度控制器Tc1包括第一跟踪控制器C11和第一抗扰控制器C12,分别负责系统跟踪性能的控制和抗扰性能的调节;温度控制器Tc2同温度控制器Tc1采用相同的结构,包括第二跟踪控制器C21和第二抗扰控制器C22;C11、C12、C21和C22均采用带不完全微分形式的PID控制器: 其中Cij(s)为控制器,下标i=1,2,j=1,2;

为获得良好的控制性能,需要对控制器参数进行整定;在温度控制器Tc1中,第一跟踪控制器C11的整定公式如下:

其中控制器参数Kp1、Ti1、Td1和Tf1分别为第一跟踪控制器的比例、积分、微分和滤波系数;上式中的参数λ1的选择范围为0<λ1<min(T11,T12),数值越大系统的跟踪性能越慢,数值越小跟踪速度越快,根据实际减温水阀的工作范围进行确定;

第一抗扰控制器C12的整定公式如下:其中控制器参数Kp2、Ti2、Td2和Tf2分别为第一抗扰控制器的比例、积分、微分和滤波系数;上式中的参数β1的选择范围为0<β1<min(T11,T12),数值越大系统的抗扰性能越差,但稳定性越好;数值越小抗扰性能越好,但稳定性越差;根据实际系统的减温水阀工作范围进行确定;

由于采用了相同结构的模型和控制器类型,温度控制器Tc2中的两个控制器C21和C22也采用同样的整定公式进参数整定;

步骤3:计算二级过热器出口温度控制系统的设定温度r2:三级过热器出口温度的设定为r1,二级过热器出口设定温度应随负荷大小的变化而变化,按照当前负荷大小按比例自动计算;假设过热蒸汽的温度设定为r1,二级过热器出口温度的设定为r2,两者的温差Δr=r1‑r2,具体温差同实际负荷设定成正比;具体计算公式为:其中Mc为当前运行负荷的期望值,Mt为满负荷数;

步骤4:计算各控制器的控制量:

⑴、计算内部模型预测输出

其中 和 分别为内部模型的预测输出值的当前值、上一时刻的值和上上时刻的值,参数α1、α2和α3的计算公式如下:其中Ts为控制周期,下标中的k代表采样时刻;在计算 之后,再根据温度设定值r1确定第一跟踪控制器C11的输入e11:⑵、计算第一跟踪控制器C11的控制量u11:u11,k=u11,k‑1+q0e11,k+q1e11,k‑1+q2e11,k‑2+q3Δud11,k‑1;

其中u11,,k表示第一跟踪控制器C11在k时刻的控制量,下标的数字表示对应的控制器;

e11,k、e11,k‑1和e11,k‑2分别为当前时刻误差、上一时刻误差和上上时刻误差;ud11为辅助微分变量,初值ud11,0选择为0;上式中的各项参数计算方式如下:⑶、计算第一抗扰控制器C12的控制作用u12:由于 得到偏差e12的计算结果: 由于控制器C11和C12均采用同样的结构,其计算方式也是一致的,u12的计算过程参考u11;两者的区别在于输入偏差、控制器参数及内部变量的初始值;

⑷、计算第二跟踪控制器C21和第二抗扰控制器C22的控制量u21和u22:第二跟踪控制器C21和第二抗扰控制器C22的结构和计算方式同C11和C12一致;在分别确定各PID控制器的四个参数Kp、Ti、Td和Tf之后,相应的系数q0~q4也会唯一确定;

⑸、分别计算两级控制器TC1和TC2的控制量u1和u2:在分别计算四个控制器C11、C12、C21和C22的控制作用输出之后,可以按照如下公式计算温度控制器Tc1和Tc2的控制作用u1和u2:其中u11,k、u12,k、u21,k和u22,k分别为控制器C11、C12、C21和C22的控制作用;计算出控制作用u1和u2后直接作用于现场减温阀,实施控制;重复步骤3‑4。