專利名稱：：單元制發(fā)電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的pid參數(shù)整定方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于設備控制技術范圍，特別涉及的是一種單元制發(fā)電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的PID參數(shù)整定方法，具體是一種基于串聯(lián)解耦原理和二自由度控制結構的單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設計及PID控制器參數(shù)整定方法。
背景技術：
：為了降低發(fā)電能耗，提高一次能源的利用效率，我國在電力生產(chǎn)領域普遍采用了由一臺鍋爐和一臺汽輪機組成的單元制發(fā)電機組，整個生產(chǎn)流程中能量的傳遞和轉換由鍋爐系統(tǒng)和汽輪機系統(tǒng)合作承擔。但是，由于兩個系統(tǒng)在物理結構、工作原理和動態(tài)特性卜.存在著顯著的差異(生產(chǎn)流程中的遲延、不確定性以及外界干擾主要集中在鍋爐一側)，為了確保鍋爐側能量輸入與汽輪機側能量輸出的動態(tài)平衡，維持機組的平穩(wěn)、高效運行，必須考慮鍋爐-汽輪機單元的協(xié)調(diào)控制問題。在技術層面上，單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要承擔三個方面的任務①使機組快速響應電網(wǎng)負荷需求的變化，滿足電網(wǎng)對電能質量的要求；②平衡機組輸入/輸出間的能量供需關系，維持主要運行參數(shù)的穩(wěn)定；③調(diào)動機組內(nèi)部各子系統(tǒng)協(xié)同工作，使機組保持良好的運行狀態(tài)；同時，鍋爐-汽輪機被控對象還包含著控制領域的大量熱點研究問題(多變量、強耦合、大遲延、非線性、不確定干擾、多目標優(yōu)化等)。因此，對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設計方法的研究具有理論和應用的雙重價值。.直接按照現(xiàn)代控制理論進行單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設計與綜合是近年來的研究熱點，幾乎每一種流行的控制策略都被用于提高協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)性能的研究，例如，預測控制、魯棒控制、非線性控制、智能控制等，但是這些方法往往存在如下問題O方案不易實現(xiàn)、維護不方便。采用現(xiàn)代控制方法所得到的控制策略常常較復雜。盡管大型火力發(fā)電廠己經(jīng)普遍采用了集散控制系統(tǒng)(DCS)，但高階控制器的實現(xiàn)仍然較為困難。特別地，高階控制器的抗飽和措施的實現(xiàn)遠沒有PID控制器實現(xiàn)起來方便。另外，由于控制器較為復雜，不易為現(xiàn)場工程師接受，系統(tǒng)維護存在很大困難。2)方案通用性差。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設計往往針對某臺確定的機組，針對性強而通用性差，隨著機組容量和型號的變化，相應的設計過程必須進行較大的調(diào)整。事實上，鍋爐-汽輪機單元被控對象的動態(tài)特征是基本確定的，因此，基于這些動態(tài)特征設計出在結構上具有通用性的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是可能的。3)參數(shù)整定過程繁瑣、可操作性差。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)自身的復雜性，使得各參數(shù)之間必須相互配合、彼此適應才能取得期望的控制品質。因此，條理清晰、可操作性強的參數(shù)整定方法和步驟對于先進控制策略的工程應用是至關重要的。經(jīng)對現(xiàn)有技術文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，ShaoyuanLi等人在《IEEETransactionsonControlSystemsTechnology》(電子和電氣工程師協(xié)會會刊——控制系統(tǒng)技術)(2005年11月，第13巻，第6期，第943-954頁)上發(fā)表的文章"ANewCoordinatedControlStrategyforBoiler-TurbineSystemofCoal-firedPowerPlant"(燃煤電廠鍋爐-汽輪機系統(tǒng)的一種新的協(xié)調(diào)控制策略)應用到了模糊推理和自整定技術。該方法相比于定參數(shù)控制具有較好的控制性能，其不足是控制系統(tǒng)結構過于復雜、待整定參數(shù)的物理意義不明確、參數(shù)尋優(yōu)過程的實時性難以保證。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提出一種貼近實際、易于工程實現(xiàn)的單元制發(fā)電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的PID參數(shù)整定方法。本發(fā)明的技術方案為按照一個通用的結構形式辨識單元機組被控對象的線性多變量動態(tài)數(shù)學模型，基于該模型并應用串聯(lián)解耦原理，推導出具有雙向動態(tài)解耦特征的解耦補償器；針對在解耦補償器作用下，具有積分特征的完全解耦系統(tǒng)，采用二自由度控制結構設計反饋控制器，使閉環(huán)系統(tǒng)滿足一定的性能指標要求。該系統(tǒng)中包含的解耦補償器及二自由度反饋控制器均可由實際PID控制器加以實現(xiàn)，且通過建立解耦補償器中相關參數(shù)與被控對象模型參數(shù)之間的對應關系，以及反饋控制器中相關參數(shù)與標準二階系統(tǒng)動態(tài)性能指標的對應關系，可以方便地整定出各參數(shù)的標稱值。本發(fā)明的具體實施步驟如下1)首先，按照式(l)的形式辨識單元機組被控對象<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>其中，S為進入爐膛的燃料量(鍋爐側控制量)；;/為主蒸汽調(diào)節(jié)閥開度(汽機側控制量)；iV為機組的輸出功率；/V為主蒸汽壓力(主蒸汽調(diào)節(jié)閥前壓力);:n為鍋爐燃燒與傳熱時間常數(shù)；T3為中間再熱時間常數(shù)；7^為與鍋爐蓄熱和蒸汽流動阻力相關的鍋爐側時間常數(shù)；j;為與鍋爐蓄熱和主蒸汽調(diào)節(jié)閥開度相關的汽機側時間常數(shù);ro為機爐整體時間常數(shù)；^為蒸汽管道阻力系數(shù)；^為汽輪機功率系數(shù)；fl為汽輪機高壓缸輸出功率在總輸出功率中所占比例。設計協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的目的就是通過合理的調(diào)整燃料量S和主蒸汽調(diào)節(jié)閥開度^來保證機組的輸出功率iV快速跟隨給定值(電網(wǎng)的功率需求)，同時維持主蒸汽壓力/v穩(wěn)定。為了便于分析和推導，做如下的參數(shù)定義nin:二」,m,2:二J,m^-A^,m22:=i^A:2(2)則式(l)變?yōu)槿缦碌男问?<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>A〃(3)2)為了實現(xiàn)對鍋爐-汽輪機被控對象的串聯(lián)解耦，首先對G(力求逆:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(4)從提高協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制精度的角度，在上式中加入積分作用，整理后得到系統(tǒng)的串聯(lián)解耦補償器為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>式(6)中的PD^,表示具有實際微分作用的PD控制器。3)將模型(式3)與解耦補償器(式6)相乘，得到解耦后的系統(tǒng)表達式.100丄(7)現(xiàn)在，只需要針對6("按照一定的性能指標設計閉環(huán)控制器就可以使系統(tǒng)具有期望的控制品質。對于具有積分特性的被控對象，采用二自由度結構進行控制能獲得良好的穩(wěn)定性、抗干擾能力和跟隨性能，因此，本發(fā)明基于二自由度控制結構設計閉環(huán)控制器，其中GCs)和CpW分別取為積分和比例形式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>求取整個系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)，得到:，及")<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>(10)將式(7)、(8)和(9)代入式(10)，整理后得到:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>式(ll)中的iVsp和/Vsp分別表示機組負荷和主蒸汽壓力的給定值。顯然，C,(力和Cp(s)的各項參數(shù)與閉環(huán)系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能有直接的關系。4)上述基于串聯(lián)解耦原理和二自由度控制結構的單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的解耦補償器『("及兩組反饋控制器c;o)和Cp("中需要整定的參數(shù)可分為兩類，一類由被控對象自身固有特性確定，稱為固定參數(shù)(主要指式(6)所示解耦補償器『(力中各項PID參數(shù))；另一類根據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)性能指標要求選取，稱為可調(diào)參數(shù)(主要指式(8)和式(9)所示反饋控制器C,O)和C^"中各項PID參數(shù))。對應實際PID控制器形式(《p+&〃+《d"/(l+7^d》，將系統(tǒng)中的相關參數(shù)列于表l，其中未列出部分的參數(shù)值均為0。表1基于串聯(lián)解耦的二自由度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)PID參數(shù)表<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>5)對照表1，解耦補償器W(》中包含九個固定參數(shù)mn、m12、m21、m22、r3、r6、r,和《，要得到這些參數(shù)，除了參照主要設備的設計參數(shù)，還要對機組進行階躍擾動試驗和相關辨識。由式(2)的定義并參照式(1)可知，m、m12、m21、m22是被控對象前向通道和耦合通道的靜態(tài)增益，可從被控對象的階躍響應數(shù)據(jù)求出，而且<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>(12)通過對式(3)中G(i,2)項進行超前-滯后環(huán)節(jié)的辨識得到k和rQ;將ro代入到G(i,i)項，由階躍響應數(shù)據(jù)辨識出r1;再將查閱到的汽輪機設計參數(shù)oc以及己求得的k和n代入到G(2,i)辨識出r3;而t;可以由下式求得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>這樣，就得到了解耦補償器『(w中需要設置的全部固定參數(shù)。6)對照表i，反饋控制器c;w和CpW中包含四個可調(diào)參數(shù)&、&2、&和&2，這些參數(shù)應根據(jù)性能指標的要求，基于如下原理進行調(diào)整。將整個系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)(式11)與標準二階系統(tǒng)^^~~r進行對比分析得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>(14)對于一個標準的二階系統(tǒng)，如果要求實際調(diào)節(jié)時間g在規(guī)定調(diào)節(jié)時間以內(nèi)，且動態(tài)響應過程的最大超調(diào)量^Tp小于最大允許超調(diào)量A^，則需要<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>(15)綜合式(14)和式(15)可以推導出^和^的整定公式如下:在確定的性能指標(調(diào)節(jié)時間^和最大超調(diào)量M/)約束下，即可根據(jù)式(16)求得反饋控制器CX"和Cp("中包含的可調(diào)參數(shù)。考慮到實際系統(tǒng)的復雜性，在工程應用中，在理論推導的基礎上，還需要結合現(xiàn)場調(diào)試對上述可調(diào)參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整。7)綜合以上分析，給出協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)PID參數(shù)的工程整定歩驟表2協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)PID參數(shù)的工程整定步驟步驟內(nèi)容在某一穩(wěn)定工況點將燃料量控制器和主汽調(diào)門控制器切換到手動方式(即將功率控制回路與主汽壓Stepl力控制回路開環(huán))，分別對總燃料量指令和主汽調(diào)門開度指令做階躍擾動試驗(通過手動改變調(diào)節(jié)器輸出進行設定)，記錄相應的壓力及負荷變化數(shù)據(jù)。從試驗數(shù)據(jù)辨識各通道的靜態(tài)增益，得到m、m21、m^和m22;通過對主汽調(diào)門擾動下壓力輸出的變化進行超前-滯后辨識得到k和r。；再應用r。的辨Step2識結果，對燃料量擾動下主蒸汽壓力的變化數(shù)據(jù)進行辨識，得到r1;利用査閱到的汽輪機設計參數(shù)cc，對燃料量擾動下機組輸出功率的變化數(shù)據(jù)進行辨識，得到73;將已求得的固定參數(shù)代入式(13)，得到r,。根據(jù)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)性能指標的要求(主要包括調(diào)Step3節(jié)時間^和最大超調(diào)量W/)，根據(jù)式(16)求得反饋控制器中的各個可調(diào)參數(shù)^M、&2、A^和A:,2的初設值。以軟件組態(tài)(編程)的方式，在工業(yè)控制計算機或分散控制系統(tǒng)(DCS)中構建單元機組的協(xié)調(diào)控制Step4系統(tǒng)，將Step2和Step3中得到的固定參數(shù)值和可調(diào)參數(shù)初設值賦予相應的PID控制器，同時建立起測量點與控制系統(tǒng)的通訊聯(lián)系。將協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)投入實際運行，根據(jù)機組的運行Step5情況及投運數(shù)據(jù)，對可調(diào)參數(shù)進行小范圍優(yōu)化調(diào)整?；诖?lián)解耦原理和二自由度控制結構的單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設計及PID參數(shù)整定方法是在"簡單實用"的原則下提出的，不但強調(diào)控制器結構形式的簡單(用通常的工業(yè)控制設備就可以實現(xiàn))，還重視控制器整定過程的條理性(整定過程具有較強的可操作性)。控制器參數(shù)的調(diào)整直觀，其物理意義明確，有利于運行和檢修人員的理解和掌握。在具體應用過程中還有兩個問題需要特別注意其一，為了克服直吹式制粉系統(tǒng)中存在的傳輸遲延，除了要調(diào)整好協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的可調(diào)參數(shù)，還需配合一定的燃料量前饋作用，以提高系統(tǒng)的負荷響應速度；其二，由于本發(fā)明給出的方法是一種局部線性化的方法，對于具有明顯非線性特征或模型參數(shù)隨工況變化大的機組，可以嘗試以本發(fā)明為基礎，在多個典型工況下整定出多組控制器，通過一定的調(diào)度策略對其進行適時切換，用以提高系統(tǒng)的負荷適應能力。本發(fā)明的有益效果是應用基于串聯(lián)解耦原理和二自由度控制結構的單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設計及PID參數(shù)整定方法，工程技術人員可以針對不同類型的單元制機組，方便地設計出相應的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，并根據(jù)一定的性能指標，結合工程試驗，有效地整定出系統(tǒng)中各PID控制器的參數(shù)。圖1是多變量系統(tǒng)的二自由度控制結構。圖2是應用本發(fā)明方法得到的單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的整體結構，圖中的尸r^為主蒸汽壓力的給定值，A^為機組輸出功率的給定值。圖3是某電廠500MW單元機組的簡化非線性模型。圖4是實施例中對設計出的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進行負荷跟隨試驗的響應曲線。圖5是實施例中對設計出的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進行壓力擾動試驗的響應曲線。具體實施方式本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提出一種貼近實際、易于工程實現(xiàn)的單元制發(fā)電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的PID參數(shù)整定方法。本發(fā)明的技術方案為按照一個通用的結構形式辨識單元機組被控對象的線性多變量動態(tài)數(shù)學模型，基于該模型并應用串聯(lián)解耦原理，推導出具有雙向動態(tài)解耦特征的解耦補償器(如式(6)所示)；針對在解耦補償器作用下，具有積分特征的完全解耦系統(tǒng)，采用二自由度控制結構(如圖l所示)設計反饋控制器，使閉環(huán)系統(tǒng)滿足一定的性能指標要求。該系統(tǒng)中包含的解耦補償器及二自由度反饋控制器均可由實際PID控制器加以實現(xiàn)(如圖2所示)，且通過建立解耦補償器中相關參數(shù)與被控對象模型參數(shù)之間的對應關系，以及反饋控制器中相關參數(shù)與標準二階系統(tǒng)動態(tài)性能指標的對應關系，可以方便地整定出各參數(shù)的標稱值。以下結合附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步描述。實施例圖3所示為某電廠500MW單元機組的簡化非線性模型，機組的額定參數(shù)分別為主蒸汽壓力16.18Mpa，汽包壓力18.97Mpa，主蒸汽流量1650t/h，輸出功率500MW。燃料量5%和主蒸汽調(diào)節(jié)閥開度//%分別滿足速率和幅值限制idS/d,一1.0"，O.OSS^IOO.O以及0.0^￡100.0。模型的初始輸入為[萬°=100.0，=100.0〗；初始狀態(tài)為[g=18.97，7^=16.18，/^=1650，iV=500]?；谏鲜瞿Ｐ?，應用本發(fā)明給出的方法設計協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，具體如下1)首先，利用具有(Xp+K/s+A:d"/(l+7V^s)形式的實際PID控制器，按照圖2的結構和(6)式的形式構建單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；2)然后，基于圖3所示的單元機組非線性模型，分別對總燃料量指令S和主汽調(diào)門開度指令/W故階躍擾動試驗，記錄相應的壓力和負荷變化數(shù)據(jù)；3)接著，從試驗數(shù)據(jù)辨識各通道的靜態(tài)增益，得到01=16.2、11121=1001.2、和11112=16，由式(12)計算得到m22=988.8;通過對主汽調(diào)門擾動下壓力輸出的變化數(shù)據(jù)進行超前-滯后辨識可以得到7^=20和rQ=i40;應用r。的辨識結果，對燃料量擾動下主蒸汽壓力的變化數(shù)據(jù)進行辨識，得到r產(chǎn)iio;進一步，通過辨識燃料量變化時的負荷曲線，得到r3=20及《=0.3;由式(13)計算出7>111.9;利用上述的辨識結果即可得到解耦補償器pn"中的相關參數(shù)；4)考慮到燃料量輸入通道具有大慣性、大遲延(存在56s的傳輸遲延)的特點，從提高系統(tǒng)的抗干擾能力、保證動態(tài)響應過程的平穩(wěn)性、維持能量供需關系動態(tài)平衡的角度，將閉環(huán)系統(tǒng)的性能指標取為相對保守的值主蒸汽壓力通道的調(diào)節(jié)時間C=300s、最大超調(diào)量Mp、5。/。；輸出功率通道的調(diào)節(jié)時間^=250s、最大超調(diào)量7l^P*=2%。按照式(16)即可整定出反饋控制器和CpW中的相關參數(shù)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>5)經(jīng)過上述整定過程，得到如表3所示的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)PID參數(shù)列表,表3協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)PID參數(shù)列表<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>為了驗證設計出的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的性能，分別進行如下兩組仿真試驗G)負荷跟隨試驗保持主蒸汽壓力給定值不變，在t-ls時，將負荷指令由500MW階躍減少50MW，主蒸汽壓力及負荷的響應曲線如圖4所示。從試驗曲線看，負荷響應速度較快，300s左右即可達到目標負荷的95%;壓力擾動的峰值不超過0.3MPa，可滿足實際運行要求。系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程中，燃料量及主蒸汽調(diào)節(jié)閥的變化均滿足速率和幅值的條件限制。(2)壓力擾動試驗保持前一個試驗完成時的工況(450MW,16.18MPa)，進行壓力擾動試驗負荷指令不變，在t=50s時，將主蒸汽壓力由額定值階躍減少0.2MPa，主蒸汽壓力及負荷的響應曲線如圖5所示。由于壓力定值的改變，機組負荷出現(xiàn)了一定的波動，但波動的幅值不大(<3MW)，仍然能較好地維持在設定值附近。系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程中，燃料量及主蒸汽調(diào)節(jié)閥的變化均滿足速率和幅值的條件限制。以上闡述的是本發(fā)明給出的一個實施例表現(xiàn)出的優(yōu)良控制效果。需要指出的是，本發(fā)明不只限于上述實施例，在不偏離本發(fā)明基本精神及不超出本發(fā)明實質內(nèi)容所涉及范圍的前提下可通過對其進行適當?shù)淖冃蝸磉m應多種類型的單元制發(fā)電機組。權利要求1、一種單元制發(fā)電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的PID參數(shù)整定方法，其特征在于按照一個通用的結構形式辨識出單元機組的多變量動態(tài)數(shù)學模型，基于該模型，應用串聯(lián)解耦原理和二自由度控制結構，設計出具有PID形式的單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，進而結合理論推導和工程試驗，給出系統(tǒng)中各相關參數(shù)的整定調(diào)試步驟。2、根據(jù)權利要求1所述的單元制發(fā)電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的PID參數(shù)整定方法，其特征在于包括如下步驟1)首先，按照式(l)的形式辨識單元機組被控對象<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中，8為進入爐膛的燃料量(鍋爐側控制量)；^為主蒸汽調(diào)節(jié)閥開度(汽機側控制量)；W為機組的輸出功率；/V為主蒸汽壓力(主蒸汽調(diào)節(jié)閥前壓力)；r,為鍋爐燃燒與傳熱時間常數(shù)；r3為中間再熱時間常數(shù)；K為與鍋爐蓄熱和蒸汽流動阻力相關的鍋爐側時間常數(shù)；i;為與鍋爐蓄熱和主蒸汽調(diào)節(jié)闊開度相關的汽機側時間常數(shù)；To為機爐整體時間常數(shù)；^為蒸汽管道阻力系數(shù)；^為汽輪機功率系數(shù)；"為汽輪機高壓缸輸出功率在總輸出功率中所占比例；為了便于分析和推導，做如下的參數(shù)定義:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>(2)則式(l)變?yōu)槿缦碌男问?<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>(3)2)為了實現(xiàn)對被控對象的串聯(lián)解耦，首先對GO)求逆:m,<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>(4)從提高協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制精度的角度，在上式中加入積分作用，整理后得到系統(tǒng)的串聯(lián)解耦補償器為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>1(5)解耦補償器的式C5:)中的各項均可采用piD控制器加以實現(xiàn)，具體為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>(6)式(6)中的PDKal表示具有實際微分作用的PD控制器；3)將模型(式3)與解耦補償器的(式6)相乘，得到解耦后的系統(tǒng)表達式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>(7)基于二自由度控制結構設計閉環(huán)控制器，其中cx"和CpO)分別取為積分和比例形式:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>求取整個系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)，得到:，將式(7)、(8)和(9)代入式(10)，整理后得到:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>(8)(9)(10)式(11)中的A^和戶rsp分別表示機組負荷和主蒸汽壓力的給定值:4)二自由度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的解耦補償器W(s)及兩組反饋控制器C,O)和C力)中需要整定的參數(shù)可分為兩類，一類由被控對象自身固有特性確定，稱為固定參數(shù)(主要指解耦補償器『(s)中各項PID參數(shù))；另一類根據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)性能指標要求選取，稱為可調(diào)參數(shù)(主要指反饋控制器GO)和Cp("中各項PID參數(shù))；對應實際PID控制器(Xp+^/5+/^)/(l+7y^)，將系統(tǒng)中的相關參數(shù)列于表l，其中未列出部分的參數(shù)值均為O;表1基于串聯(lián)解耦的二自由度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)PID參數(shù)表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>5)對照表1，解耦補償器『&)中包含九個固定參數(shù)mu、m12、m21、m22、K、r3、K、r,和a，要得到這些參數(shù)，除了參照主要設備的設計參數(shù)，還要對機組進行階躍擾動試驗和相關辨識；由式(2)的定義并參照式(1)可知，mil、m12、m21、11122是被控對象前向通道和耦合通道的靜態(tài)增益，可從被控對象的階躍響應數(shù)據(jù)求出，而且通過對式(3)中G(l，2)項進行超前-滯后環(huán)節(jié)的辨識得到K和rQ;將To代入到G(l,l)項，由階躍響應數(shù)據(jù)辨識出T1;*再將查閱到的設計參數(shù)《以及已求得的7\和ro代入到G(2，i)辨識出r3;而r,可以由下式求得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>6)對照表l，反饋控制器C,(力和C"力中包含四個可調(diào)參數(shù)&,、&2、&和&，這些參數(shù)應根據(jù)性能指標的要求，基于如下原理進行調(diào)整；將整個系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)(式ll)與標準二階系統(tǒng)"^-"^~~1進行對比分析得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(14)對于一個標準的二階系統(tǒng)，如果要求實際調(diào)節(jié)時間^在規(guī)定調(diào)節(jié)時間^以內(nèi)，且動態(tài)響應過程的最大超調(diào)量Mp小于最大允許超調(diào)量iW/，則需要<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(15)綜合式(14)和式(15)可以推導出^和A:,的整定公式如下:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(16)在確定的性能指標(調(diào)節(jié)時間^和最大超調(diào)量A//)約束下，即可根據(jù)式(16)求得反饋控制器C,("和Cp00中包含的可調(diào)參數(shù)。3、根據(jù)權利要求2所述的單元制發(fā)電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的PID參數(shù)整定方法，其特征在于協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中相關參數(shù)的整定步驟如下表2協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)PID參數(shù)的工程整定歩驟步驟Step1內(nèi)容在某一穩(wěn)定工況點將燃料量控制器和主汽調(diào)門控制器切換到手動方式(即將功率控制回路與主汽壓力控制回路開環(huán))，分別對總燃料量指令和主汽調(diào)門開度指令做階躍擾動試驗(通過手動改變調(diào)節(jié)器輸出進行設定)，記錄相應的壓力及負荷變化數(shù)據(jù)；從試驗數(shù)據(jù)辨識各通道的靜態(tài)增益，得到m、m21、11112和11122;通過對主汽調(diào)門擾動下壓力輸出的變化進行超前-滯后辨識得到t;和rQ;再應用t()的辨Step2識結果，對燃料量擾動下主蒸汽壓力的變化數(shù)據(jù)進行辨識，得到r1;利用査閱到的汽輪機設計參數(shù)a，對燃料量擾動下機組輸出功率的變化數(shù)據(jù)進行辨識，得到r3;將已求得的固定參數(shù)代入式(13)，得到r,;根據(jù)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)性能指標的要求(主要包括調(diào)Step3節(jié)時間^和最大超調(diào)量^r/)，根據(jù)式(16)求得反饋控制器中的各個可調(diào)參數(shù)A^、&2、^和^的初設值；以軟件組態(tài)(編程)的方式，在工業(yè)控制計算機或分散控制系統(tǒng)(DCS)中構建單元機組的協(xié)調(diào)控制Step4系統(tǒng)，將Step2和Step3中得到的固定參數(shù)值和可調(diào)參數(shù)初設值賦予相應的PID控制器，同時建立起測量點與控制系統(tǒng)的通訊聯(lián)系；將協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)投入實際運行，根據(jù)機組的運行Step5情況及投運數(shù)據(jù)，對可調(diào)參數(shù)進行小范圍優(yōu)化調(diào)整。全文摘要本發(fā)明公開了屬于設備控制技術范圍的一種單元制發(fā)電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的PID參數(shù)整定方法，該方法是按照一個通用的結構形式辨識出單元機組的多變量動態(tài)數(shù)學模型，基于該模型，應用串聯(lián)解耦原理和二自由度控制結構，設計出具有PID形式的單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，進而結合理論推導和工程試驗，給出系統(tǒng)中各相關參數(shù)的整定調(diào)試步驟。本發(fā)明條理清晰、實用性強，適于工程應用，工程技術人員可以針對不同類型的單元制機組，方便地構建出相應的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，并結合工程試驗，有效地整定出系統(tǒng)中的相關參數(shù)。文檔編號H02P9/04GK101131571SQ20071012029公開日2008年2月27日申請日期2007年8月15日優(yōu)先權日2007年8月15日發(fā)明者劉吉臻,方房,文譚申請人:華北電力大學