多变量智能控制策略在蒸汽温度系统中的应用研究

作     者：李若楠 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杜秀霞

授予年度：2012年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：蒸汽温度控制系统 多变量模糊模型 λ-截集模糊加权GK聚类算法 模糊PID 多模型控制 DCS 

摘      要：火电发电机组控制优化对于我国节能减排整体目标的实现具有重要意义。蒸汽温度控制系统是整个锅炉控制系统中非常重要的环节,火电厂单元机组汽温控制系统是一个多变量系统,具有大惯性、强耦合、非线性、时变性、工况范围广等特性。传统的控制策略往往难以取得满意的控制效果,己不能满足同益提高的控制需求,汽温智能控制策略的研究得到了越来越多的学者的重视。 本文针对托克托发电公司某600MW机组汽温控制系统存在的问题,以锅炉蒸汽温度（过热汽温和再热汽温）控制系统为研究对象,提出了一种多变量智能控制策略,并将之集成到集散控制系统平台中,论文主要完成了以下几方面的工作： 1、汽温变量耦合特性分析。基于现场运行过程中产生的海量数据,提出了一种数据分析与处理的方法,采用最大信息压缩指数的概念结合主元分析法制定了通用有效的汽温耦合特性表,提取出了汽温多变量系统的控制变量和扰动变量。 2、建立了汽温TITO系统模型。基于托克托电厂实际运行数据,采用双输入双输出（TITO）模型表示过热汽温和再热汽温特性,针对汽温TITO模型提出了一种改进的λ-截集模糊加权GK聚类算法确定汽温系统模糊模型的参数,提高了搜索速度和辨识精度,并采用实际数据验证了所得的模糊模型的可靠性。 3、典型负荷下的控制器设计。针对系统的模糊多变量模型本文设计了补偿方案解决了耦合性问题,采用模糊PID复合控制器控制串级双回路汽温系统的主汽温度,控制器参数采用Matlab补偿设计工具箱进行优化设计,得到典型负荷下的汽温控制器,仿真结果表明所设计的控制器能够得到满意的控制效果。 4、全工况范围的汽温调节实现。为了解决模型参数随工况变化的问题,针对三个典型负荷下的汽温控制回路,采用了多模型切换控制策略,应用一种改进的模糊监督器实现了汽温控制的无扰切换,从而实现了全工况下的汽温智能控制。 5、Matlab-DCS半实物仿真平台的搭建。基于以上研究,搭建了汽温控制系统的半实物仿真平台,所设计的智能控制器被集成到国电智深的EDPF-NT系统中,汽温系统模型则是基于Matlab/Simulink平台搭建,两个平台之间采用UDP/Modbus通讯协议进行数据交换。为了便于应用,分别在Matlab与DCS系统中设计了一体化的工具箱和人机交互界面,运行结果证明了该仿真平台的可行性与准确性。