董子健， 邢 建， 石 樂(lè)， 王 朔

(華北電力大學(xué) 控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，河北 保定 071003)

過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)的Smith預(yù)估補(bǔ)償自抗擾控制

董子健， 邢 建， 石 樂(lè)， 王 朔

(華北電力大學(xué) 控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，河北 保定 071003)

針對(duì)鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)對(duì)象的大慣性、大時(shí)滯和動(dòng)態(tài)模型隨負(fù)荷等要素變動(dòng)而變動(dòng)的共性，將Smith補(bǔ)償器和自抗擾控制相結(jié)合應(yīng)用在過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)中。利用Smith補(bǔ)償器對(duì)系統(tǒng)時(shí)滯環(huán)節(jié)進(jìn)行補(bǔ)償，使被控對(duì)象的控制通道不含有延時(shí)特性；利用自抗擾控制對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)Smith補(bǔ)償器對(duì)象進(jìn)行估計(jì)和補(bǔ)償以提高不精確模型的精度。在MATLAB仿真平臺(tái)下對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)帶大時(shí)滯的模型進(jìn)行仿真試驗(yàn)。仿真結(jié)果表明：基于Smith預(yù)估補(bǔ)償?shù)淖钥箶_控制相比常規(guī)PID控制、Smith預(yù)估控制和自抗擾控制對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)具有更好的控制性能和穩(wěn)定性，可以改善控制系統(tǒng)的抗干擾能力和模型適應(yīng)性。

過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)； Smith補(bǔ)償器； 自抗擾控制； 時(shí)滯； 補(bǔ)償； 抗干擾

0 引 言

在燃煤機(jī)組中，鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行機(jī)組的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)有至關(guān)重要的作用。太高的蒸汽溫度，會(huì)降低過(guò)熱器管道強(qiáng)度，不利于機(jī)組設(shè)施的安全運(yùn)轉(zhuǎn)；太低的蒸汽溫度，循環(huán)效率會(huì)降低。因此，過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)在電廠鍋爐中是一種極為關(guān)鍵的熱工系統(tǒng)。由于鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)模型具備大慣性、大時(shí)滯和時(shí)變性等特性，所以使用常規(guī)PID串級(jí)控制方法效果都不太好[1]。

自抗擾控制器(Active Disturbance Rejection Control;ADRC)是韓京清等學(xué)習(xí)PID控制特點(diǎn)，采用仿真而得到的一種新型實(shí)用控制器。其核心思想是通過(guò)狀態(tài)觀測(cè)器實(shí)時(shí)估計(jì)對(duì)象的模型參數(shù)變化引起的內(nèi)擾動(dòng)和模型本身之外的外擾動(dòng)，其次通過(guò)非線性狀態(tài)誤差反饋律對(duì)總擾動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)線性補(bǔ)償，在不精確被控對(duì)象模型下取得理想的控制效果[2]。韓京清等第一次將自抗擾技術(shù)應(yīng)用于時(shí)滯對(duì)象中并取得較好的效果[3]，程啟明等將自抗擾控制技術(shù)應(yīng)用在汽包水位系統(tǒng)中表明具有很好的魯棒性[4]。自抗擾控制雖對(duì)大慣性和大時(shí)滯對(duì)象有很好的控制功能，但是調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)。劉長(zhǎng)良等提出Smith補(bǔ)償器應(yīng)用于過(guò)熱汽溫系統(tǒng)中雖表明有很好的補(bǔ)償效果[5],但會(huì)出現(xiàn)模型失配，不能取得優(yōu)異的控制性能。姜家國(guó)等將Smith預(yù)估自抗擾控制應(yīng)用在SCR脫銷系統(tǒng)有很好的控制效果[6]?；谘芯恐写嬖诘膯?wèn)題，本文將Smith補(bǔ)償器和自抗擾控制相結(jié)合應(yīng)用于過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)的控制中，基于理論研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大量仿真實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性和適用性，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

1 過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)

過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)的作用是保證鍋爐的出口蒸汽溫度在一個(gè)設(shè)定值，保護(hù)機(jī)組安全運(yùn)行。為了不破壞過(guò)熱器，管壁溫度不容許接近臨界運(yùn)行。許多段過(guò)熱器安置在爐膛的溫度較高煙道，通過(guò)在每段間隔采用噴水減溫裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)降低主蒸汽溫度的作用[7]。每級(jí)過(guò)熱器都安置溫度測(cè)點(diǎn)，一個(gè)是導(dǎo)前汽溫；另一個(gè)是過(guò)熱器出口汽溫，這兩個(gè)輸出作為過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)的被調(diào)量。

大多半鍋爐串級(jí)過(guò)熱汽溫對(duì)象采用圖1所示結(jié)構(gòu)的PID控制策略[8]，但現(xiàn)如今機(jī)組參數(shù)越來(lái)越大，負(fù)荷條件的復(fù)雜導(dǎo)致經(jīng)典PID策略不能實(shí)現(xiàn)較好的控制效果。圖中：v為汽溫設(shè)定值輸入；PID為惰性區(qū)回路控制器；PI為導(dǎo)前區(qū)回路控制器；G1(s)為導(dǎo)前區(qū)傳遞函數(shù)；G2(s)為惰性區(qū)傳遞函數(shù)；θ1為導(dǎo)前汽溫實(shí)際值；θ2為過(guò)熱器出口汽溫實(shí)際值；f1為噴水減溫?cái)_動(dòng)。

某電廠超臨界300 MW單元機(jī)組的過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)在42%、66%和88%負(fù)荷辨識(shí)的被控對(duì)象動(dòng)態(tài)模型傳遞函數(shù)[9]見(jiàn)表1所示。

圖1 PID-PI串級(jí)控制結(jié)構(gòu)圖

機(jī)組負(fù)荷/%動(dòng)態(tài)特性導(dǎo)前區(qū)G1(s)惰性區(qū)G2(s)44-6.62(21s+1)21.66(48.0s+2)2e-62s62-4.35(19s+1)21.83(34.4s+2)2e-44s88-2.01(16s+1)22.09(28.1s+2)2e-33s

從表中可見(jiàn)，隨著機(jī)組負(fù)荷的升降，導(dǎo)前區(qū)和惰性區(qū)被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性增益、時(shí)間常數(shù)和等效純滯后參數(shù)都發(fā)生了變動(dòng)。

2 Smith預(yù)估補(bǔ)償自抗擾控制

過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)控制通道存在時(shí)滯環(huán)節(jié)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，不利于控制。利用Smith補(bǔ)償器能夠?qū)r(shí)滯環(huán)節(jié)補(bǔ)償，使系統(tǒng)的控制通道以及傳遞函數(shù)分母不在有延時(shí)環(huán)節(jié)，提升系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度和穩(wěn)定性[10]；利用自抗擾控制對(duì)Smith補(bǔ)償器補(bǔ)償?shù)膶?duì)象參數(shù)以及擾動(dòng)采取估計(jì)和非線性補(bǔ)償提高對(duì)不確定模型的精度適應(yīng)性。

2.1Smith補(bǔ)償器

圖2的Smith補(bǔ)償器是由史密斯提出的一種消除時(shí)滯環(huán)節(jié)影響的補(bǔ)償器模型，原理是通過(guò)在被控對(duì)象上并聯(lián)一個(gè)補(bǔ)償器分路，使模型的控制通道不再有延時(shí)特性[11]。圖中：v為輸入；y為輸出；y′為Smith補(bǔ)償器輸出；GT(s)為控制器傳遞函數(shù)；G(s)e-τs為帶時(shí)滯環(huán)節(jié)的模型傳遞函數(shù)；GN(s)(1-e-τ1s)為Smith補(bǔ)償器模型傳遞函數(shù)。

圖2 Smith補(bǔ)償器控制結(jié)構(gòu)圖

Smith補(bǔ)償器的原理是通過(guò)補(bǔ)償器對(duì)系統(tǒng)帶時(shí)滯的傳遞函數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，消除傳遞函數(shù)特征方程的延時(shí)，即消滅遲延特性對(duì)控制系統(tǒng)作用。由梅遜公式可得被控對(duì)象的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

(1)

由公式(1)可以得出，當(dāng)延時(shí)系數(shù)τ和τ1以及G(s)和GN(s)相等時(shí)，系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

(2)

由式(2)可得，Smith補(bǔ)償器消除了延時(shí)環(huán)節(jié)對(duì)控制回路的影響，將延時(shí)環(huán)節(jié)移到了回路外[12]，提高了系統(tǒng)的控制質(zhì)量。但當(dāng)系統(tǒng)傳遞函數(shù)出現(xiàn)模型失配即延時(shí)系數(shù)不同和補(bǔ)償傳遞函數(shù)與不帶時(shí)滯環(huán)節(jié)的被控對(duì)象傳遞函數(shù)不匹配或控制回路存在干擾時(shí)，Smith補(bǔ)償器一般控制能力不佳。

2.2自抗擾控制器

見(jiàn)圖3所示的自抗擾控制器主要由3個(gè)模塊組合而成[13]。其中，TD是一個(gè)二階動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)的跟蹤微分器；ESO是自抗擾技術(shù)的核心擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器；NLSEF是非線性誤差反饋控制律[14]；v為設(shè)定值輸入；y為輸出；u為控制量；e為誤差；z為狀態(tài)估計(jì)信號(hào)；w為擾動(dòng)。

圖3 自抗擾控制結(jié)構(gòu)圖

分析自抗擾控制的結(jié)構(gòu)以二階控制模型為例

(3)

目前，二階ADRC的技術(shù)知識(shí)較全面，參數(shù)選取有一定的規(guī)律，因此過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)采用二階自抗擾控制器，能很好地估計(jì)和補(bǔ)償系統(tǒng)的擾動(dòng)。但自抗擾控制器對(duì)帶大時(shí)滯環(huán)節(jié)的系統(tǒng)調(diào)節(jié)速率效果不佳。

2.3基于Smith補(bǔ)償器的自抗擾控制

基于上述對(duì)Smith補(bǔ)償器和自抗擾控制的分析，提出通過(guò)將Smith補(bǔ)償器和自抗擾控制相結(jié)合的方法。將基于Smith補(bǔ)償器的自抗擾控制應(yīng)用于鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)中，有效控制系統(tǒng)對(duì)象的大慣性、大時(shí)滯和時(shí)變性等特性。其中：Smith補(bǔ)償器通過(guò)補(bǔ)償器分路使系統(tǒng)控制回路不存在延時(shí)特性，減少時(shí)滯環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響，改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間；自抗擾控制通過(guò)對(duì)Smith補(bǔ)償器補(bǔ)償?shù)膶?duì)象參數(shù)以及擾動(dòng)采取估計(jì)和非線性補(bǔ)償，改善系統(tǒng)的抗干擾能力和不確定模型的控制效果，同時(shí)彌補(bǔ)Smith補(bǔ)償器只適用于精確模型的缺點(diǎn)[15]。可見(jiàn)，Smith補(bǔ)償器和自抗擾控制相結(jié)合可以很好地解決過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)的控制問(wèn)題。如圖4所示為基于Smith補(bǔ)償器的自抗擾控制結(jié)構(gòu)圖。

圖4 基于Smith補(bǔ)償器的自抗擾控制結(jié)構(gòu)圖

基于Smith補(bǔ)償器的自抗擾控制算法如下：

二階跟蹤微分器TD對(duì)設(shè)定的輸入信號(hào)v產(chǎn)生兩個(gè)輸出，分別為v的跟蹤輸入信號(hào)和其導(dǎo)數(shù)微分信號(hào)。二階TD的控制算法為：

(4)

式中：v為設(shè)定值輸入信號(hào)；v1為安排過(guò)渡跟蹤信號(hào)；v2為微分信號(hào)；h0為濾波因子，r為過(guò)渡過(guò)程快慢因子；fst(·)為非線性函數(shù)，定義如下：

(5)

式中：d，d0，y0，a0，a為中間變量。

擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器ESO對(duì)控制量u、輸出y和Smith補(bǔ)償器輸出y′進(jìn)行估計(jì)，得到y(tǒng)的狀態(tài)變量z1、z2的估計(jì)值以及系統(tǒng)已建、未建模動(dòng)態(tài)和未知內(nèi)外擾動(dòng)總估計(jì)值z(mì)3。三階ESO控制算法為：

(6)

式中：β01、β02、β03為3個(gè)主要可調(diào)參數(shù)；fal(·)為非線性函數(shù)，定義如下：

(7)

非線性誤差反饋控制律NLSEF的算法為：

(8)

式中：e1、e2為T(mén)D根據(jù)設(shè)定值輸入v輸出的跟蹤信號(hào)v1、提取的微分信號(hào)v2和ESO的估計(jì)狀態(tài)變量z1、z2分別形成的差值；δ0、β1、β2為可調(diào)參數(shù)；b0為補(bǔ)償因子，通過(guò)ESO的總擾動(dòng)估計(jì)值z(mì)3與參數(shù)b0決定控制量u。

3 仿真研究

大多數(shù)鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)導(dǎo)前區(qū)、惰性區(qū)均采取PID控制策略。本文將基于Smith補(bǔ)償器的自抗擾控制應(yīng)用在過(guò)熱蒸汽溫度串級(jí)模型中，惰性區(qū)模型使用Smith補(bǔ)償?shù)淖钥箶_控制器，導(dǎo)前區(qū)回路使用PI控制，如圖5所示為串級(jí)過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖。其中：GN(s)(1-e-τ1s)為Smith補(bǔ)償惰性區(qū)模型G2(s)的預(yù)估器模型；f1為噴水減溫?cái)_動(dòng)。

以表1中鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)在62%負(fù)荷下的傳遞函數(shù)模型和Smith補(bǔ)償器模型為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在仿真平臺(tái)下進(jìn)行參數(shù)整定和仿真研究。采用獨(dú)立性原理對(duì)ADRC3個(gè)核心模塊的參數(shù)分步整定。仿真實(shí)驗(yàn)依據(jù)惰性區(qū)G2(s)模型與Smith補(bǔ)償器模型GN(s)(1-e-τ1s)是否相同分為模型匹配和失配2種實(shí)驗(yàn)。當(dāng)模型匹配時(shí)，惰性區(qū)傳遞函數(shù)模型和Smith補(bǔ)償器模型都采用過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)在62%負(fù)荷下的模型。當(dāng)模型失配時(shí)，惰性區(qū)傳遞函數(shù)模型采用44%和88%負(fù)荷下的模型，Smith補(bǔ)償器模型采用62%負(fù)荷下的補(bǔ)償模型。過(guò)熱蒸汽溫度惰性區(qū)傳遞函數(shù)模型與Smith補(bǔ)償器模型見(jiàn)表2所示。

圖5 基于Smith補(bǔ)償器的自抗擾控制過(guò)熱蒸汽溫度串級(jí)控制結(jié)構(gòu)圖

機(jī)組負(fù)荷/%G2(s)GN(s)(1-e-τ1s)模型匹配621.83(34.4s+2)2e-44s1.83(34.4s+2)2e-44s模型失配441.66(48.0s+2)2e-62s1.83(34.4s+2)2e-44s882.09(28.1s+2)2e-33s1.83(34.4s+2)2e-44s

為驗(yàn)證基于Smith預(yù)估補(bǔ)償?shù)淖钥箶_控制在過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)中的控制效果，分別和常規(guī)PID控制、Smith預(yù)估控制和自抗擾控制進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)比，并在1 500 s 處加入60%的噴水減溫?cái)_動(dòng)量，比較惰性區(qū)回路不同控制器的控制性能和抗干擾能力。

分別對(duì)4種控制方法采用兩步整定法進(jìn)行參數(shù)整定，得到PID的參數(shù)為：KP1=0.25，KI1=0.005 5。Smith預(yù)估的參數(shù)為：KP1=0.02，KI1=0.006。ADRC的參數(shù)為：r=100，h=0.01，h0=0.35，β01=100，β02=90，β03=800，b0=120，δ=δ0=0.1，β1=0.22，β2=0.35。Smith-ADRC的參數(shù)為：r=100，h=0.01，h0=0.35，β01=100，β02=90，β03=1 650，b0=120，δ=δ0=0.1，β1=0.15，β2=0.2。導(dǎo)前區(qū)回路均采用PI控制，參數(shù)為：KP2=15，KI2=0.012 5。

3.1模型匹配仿真實(shí)驗(yàn)

以62%額定工況下的過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性模型為被控對(duì)象，單位階躍響應(yīng)為輸入，惰性區(qū)回路分別使用4種控制策略的系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的效果見(jiàn)圖6和表3所示。

圖6 62%負(fù)荷下過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)仿真曲線

控制器調(diào)節(jié)時(shí)間/s超調(diào)量/%PID4840.2334Smith4290.1353ADRC4810.0057Smith-ADRC3060.0040

由圖6和表3可得：惰性區(qū)回路使用常規(guī)PID控制和Smith預(yù)估控制策略的過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，在噴水減溫?cái)_動(dòng)下溫度值恢復(fù)到設(shè)定值時(shí)間較長(zhǎng)；惰性區(qū)回路使用ADRC控制策略的模型超調(diào)量較小，但調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，在噴水減溫?cái)_動(dòng)下溫度值恢復(fù)到設(shè)定值時(shí)間比Smith預(yù)估較快，說(shuō)明ADRC有較強(qiáng)的抗干擾能力；惰性區(qū)回路使用基于Smith補(bǔ)償?shù)淖钥箶_控制策略的模型基本無(wú)超調(diào)量，調(diào)節(jié)時(shí)間短，在擾動(dòng)下溫度值恢復(fù)到設(shè)定值時(shí)間很快，說(shuō)明Smith-ADRC控制性能和穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)。

同時(shí)，由PID和Smith的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量對(duì)比分析可得，Smith可以很好地消除系統(tǒng)的大滯后現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間；在同ADRC和Smith-ADRC的數(shù)據(jù)對(duì)比分析可得，自抗擾控制可以很好地消除系統(tǒng)變參數(shù)控制問(wèn)題，使系統(tǒng)快速穩(wěn)定，提高對(duì)不確定模型精度的適應(yīng)性。

3.2模型失配仿真實(shí)驗(yàn)

以44%和88%工況下的過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型為被控對(duì)象，進(jìn)行模型失配仿真實(shí)驗(yàn)。4種控制策略下過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)效果見(jiàn)圖7、圖8和表4所示。

圖7 44%負(fù)荷下過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)仿真曲線

圖8 88%負(fù)荷下過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)仿真曲線

機(jī)組負(fù)荷/%控制器調(diào)節(jié)時(shí)間/s超調(diào)量/%PID6970.231544Smith5630.1848ADRC4810.0164Smith-ADRC3060.0132PID2820.175088Smith3590.1118ADRC4460.0053Smith-ADRC2200.0012

由圖7，8和表4可得：模型失配在被控對(duì)象為44%和88%負(fù)荷時(shí)，惰性區(qū)回路使用常規(guī)PID控制和Smith預(yù)估控制的過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)超調(diào)量很大，調(diào)節(jié)時(shí)間也很長(zhǎng)，在擾動(dòng)下溫度值恢復(fù)到設(shè)定值時(shí)間也很長(zhǎng)；惰性區(qū)回路使用ADRC控制策略的過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)同樣有較小的超調(diào)量，但調(diào)節(jié)時(shí)間也較長(zhǎng)，在擾動(dòng)下溫度值恢復(fù)到設(shè)定值時(shí)間也較快；惰性區(qū)回路使用基于Smith補(bǔ)償?shù)淖钥箶_控制控制策略的過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)有很小的超調(diào)量，調(diào)節(jié)時(shí)間比Smith預(yù)估和ADRC控制短，在擾動(dòng)下溫度值波動(dòng)小，恢復(fù)到設(shè)定值時(shí)間很快，說(shuō)明Smith-ADRC有很好的模型自適應(yīng)能力和理想的控制效果。

由上可得：模型失配時(shí)基于Smith補(bǔ)償?shù)淖钥箶_控制比其他3種控制有優(yōu)良的控制性能和模型適應(yīng)性，在噴水減溫?cái)_動(dòng)下，基于Smith補(bǔ)償?shù)淖钥箶_控制在不同負(fù)荷44%和88%下控制效果明顯優(yōu)于PID控制、Smith預(yù)估控制和ADRC，抗干擾能力強(qiáng)。同時(shí)，由4種控制的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量數(shù)據(jù)對(duì)比，可以得出，Smith對(duì)大時(shí)滯控制系統(tǒng)的純遲延有很好的預(yù)估補(bǔ)償作用，提高了響應(yīng)時(shí)間，自抗擾控制對(duì)不確定系統(tǒng)模型的精度有很好的適應(yīng)性和抗擾性。

4 結(jié)論

(1) 本文將Smith補(bǔ)償器和自抗擾控制相結(jié)合用于鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)中。Smith補(bǔ)償器很好地補(bǔ)償了過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)的時(shí)滯特性，減少時(shí)滯環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響，縮短了系統(tǒng)穩(wěn)定的調(diào)節(jié)時(shí)間，自抗擾控制對(duì)Smith補(bǔ)償?shù)膫鬟f函數(shù)模型和擾動(dòng)進(jìn)行估計(jì)和非線性補(bǔ)償，使系統(tǒng)有較強(qiáng)抗干擾能力和模型控制精度，同時(shí)彌補(bǔ)Smith補(bǔ)償器只適用精確模型的問(wèn)題。

(2) 通過(guò)對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)不同負(fù)荷44%、62%和88%下的模型進(jìn)行模型匹配與失配仿真實(shí)驗(yàn)可得：基于Smith補(bǔ)償?shù)淖钥箶_控制在不同負(fù)荷下過(guò)熱蒸汽溫度系統(tǒng)都基本無(wú)超調(diào)量，調(diào)節(jié)時(shí)間對(duì)比PID控制、Smith預(yù)估控制和ADRC都很短，而且在擾動(dòng)下溫度值恢復(fù)到設(shè)定值時(shí)間較快，有很好的抗干擾性和模型自適應(yīng)能力，控制效果理想，值得經(jīng)一步研究和廣泛應(yīng)用在實(shí)際工程中來(lái)提高控制系統(tǒng)品質(zhì)。

[1] 董澤, 丁方, 桑士杰. 基于PSO算法的1000 MW機(jī)組主汽溫系統(tǒng)辨識(shí)[J]. 電力科學(xué)與工程, 2012, 28(12):1-5.

[2] 竹瑞博, 董澤, 冉寧. 自抗擾控制在火電廠主蒸汽溫度控制中的應(yīng)用[J]. 電力科學(xué)與工程, 2012, 28(5):46-49.

[3] 王麗君, 李擎, 童朝南,等. 時(shí)滯系統(tǒng)的自抗擾控制綜述[J]. 控制理論與應(yīng)用, 2013, 30(12):1521-1533.

[4] 程啟明, 鄭勇, 杜許峰,等. 自抗擾控制器串級(jí)三沖量汽包水位控制系統(tǒng)[J]. 熱能動(dòng)力工程, 2008, 23(1):69-72.

[5] 劉長(zhǎng)良, 馬增輝. 過(guò)熱汽溫系統(tǒng)的Smith預(yù)估器參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化控制[J]. 模式識(shí)別與人工智能, 2015, 28(3):282-288.

[6] 姜家國(guó), 郭為民, 劉延泉,等. 選擇性催化還原脫硝系統(tǒng)Smith預(yù)估自抗擾控制[J]. 熱力發(fā)電, 2016, 45(1):54-59.

[7] 辛?xí)凿? 陳世慧, 王彪,等. 一種新的火電機(jī)組主汽溫智能控制方法研究[J]. 自動(dòng)化與儀表, 2016, 31(2):37-41.

[8] 胡文斌, 韓璞, 劉淼. 基于內(nèi)模的過(guò)熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)PID參數(shù)整定[J]. 計(jì)算機(jī)仿真, 2016, 33(6):86-90.

[9] 李學(xué)松. 過(guò)熱汽溫系統(tǒng)復(fù)合建模方法研究[D]. 保定：華北電力大學(xué), 2016.

[10] 張君, 鄧菲, 翟永杰. 改進(jìn)的Smith串級(jí)主汽溫控制仿真研究[J]. 計(jì)算機(jī)仿真, 2016, 33(5):148-151.

[11] 張麗香, 陳鳳蘭. 自適應(yīng)Smith預(yù)估補(bǔ)償?shù)倪^(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)[J]. 信息與控制, 2015, 44(5):513-518.

[12] 劉川來(lái), 劉祥妹, 趙艷東. Smith自抗擾控制器在過(guò)程時(shí)滯系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2011, 32(6):641-644.

[13] 向真. 自抗擾控制及其在一類熱工控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].北京：華北電力大學(xué), 2011.

[14] 黃一, 薛文超. 自抗擾控制:思想、應(yīng)用及理論分析[J]. 系統(tǒng)科學(xué)與數(shù)學(xué), 2012, 32(10):1287-1307.

[15] 丁曉迪, 崔寶同. 參數(shù)不確定史密斯預(yù)估器的自適應(yīng)控制[J]. 計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì), 2016,37(11):3007-3011.

Smith Predictive Compensation Active Disturbance Rejection Control for Superheated Steam Temperature System

DONG Zijian， XING Jian， SHI Le， WANG Shuo

(School of Control and Computer Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China)

The Smith compensator and the active disturbance rejection control are applied to the superheated steam temperature system due to the common characteristics such as the large inertia, large delay and change of the boiler superheated steam temperature control system model with the load. The time-delay of the system is compensated by the Smith compensator, so that the control channel of the controlled object does not contain the delay characteristic. The accuracy of the imprecise model is improved by estimating and compensating for the object of the Smith compensator in the superheated steam temperature system by using the active disturbance rejection control. Simulation model of superheated steam temperature system with large time delay in Matlab simulation platform is carried out. The simulation results show that the active disturbance rejection control based on the Smith predictive compensation has a better control performance and stability than the conventional PID control, the Smith predictive control and active disturbance rejection control, which can improve the anti-jamming ability and model adaptation of the control system.

superheated steam temperature system; Smith compensator; active disturbance rejection control; time- delay; compensation; anti-jamming

10.3969/j.ISSN.1672-0792.2017.09.012

TP29

A

1672-0792(2017)09-0073-06

2017-06-12。

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(9160316004)。

董子健(1984-)，男，講師，研究方向?yàn)殡娏ιa(chǎn)過(guò)程仿真技術(shù)的研究。