基于不确定性补偿的火电机组二自由度控制

目录




第1章引言

1.1研究背景和意义

1.2研究进展和现状

1.2.1热工过程控制研究现状

1.2.2不确定性： 自动控制的核心问题

1.2.3传统二自由度控制结构

1.2.4基于扰动观测器的二自由度控制

1.2.5基于扩张状态观测器的二自由度控制：
自抗扰控制

1.2.6基于干扰与不确定性估计器的二自由度控制

1.3现代二自由度控制方法的特点

1.4研究内容和技术路线


第2章单变量二自由度控制理论基础研究

2.1时滞过程二自由度PI的最优抗扰整定

2.1.1研究背景

2.1.2问题描述

2.1.3一个新的鲁棒性指标——相对时滞裕度

2.1.4PI控制器参数变换和稳定域计算

2.1.5PI控制器参数稳定域求解

2.1.6基于时滞鲁棒性约束的优化问题

2.1.7仿真例子

2.2时滞过程的改进一阶ADRC控制及定量整定

2.2.1时滞ADRC结构

2.2.2补偿对象回路近似分析与ωo整定

2.2.3基于预期动态的kp参数整定

2.2.4仿真例子

2.3时滞过程二自由度UDE控制和定量整定

2.3.1时滞过程的改进UDE控制

2.3.2基于FOPDT过程的稳定性分析

2.3.3基于FOPDT过程的性能分析和参数整定

2.3.4仿真例子

2.4基于改进ESO的非最小相位系统二自由度控制策略

2.4.1基于模型信息的改进ESO设计

2.4.2反调量受限的最优前馈设计

2.4.3收敛性和参数整定

2.4.4仿真例子

2.5本章小结


第3章自抗扰控制的应用基础研究

3.1一阶ADRC的数学描述

3.2一阶ADRC的工程实现

3.3参数自整定工具和重调策略

3.4ESO的离散化及其稳定性

3.5水箱测试试验

3.5.1试验平台介绍

3.5.2一阶ADRC控制逻辑的基础测试

3.5.3一阶ADRC参数自整定工具与重调策略的验证

3.5.4时滞对象TDADRC参数整定方法的试验研究

3.6本章小结


第4章自抗扰控制在单变量热工过程中的试验研究

4.1某超超临界机组的低压加热器凝结水位控制

4.1.1过程描述

4.1.2过程辨识和控制仿真

4.1.3现场应用

4.2某亚临界机组的磨煤机出口风温控制系统

4.2.1过程描述

4.2.2过程辨识和TDADRC控制仿真

4.2.3现场应用

4.3本章小结


第5章二自由度控制在多变量热工过程中的仿真研究

5.1流化床锅炉燃烧系统的DOB控制方法

5.1.1过程介绍

5.1.2DOB解耦能力分析

5.1.3仿真结果

5.2基于直接能量平衡的亚临界火电机组ADRC协调
控制方法

5.2.1过程介绍

5.2.2面向直接能量平衡(DEB)控制的非线性建模

5.2.3模型简化

5.2.4参数辨识和校验

5.2.5DEB控制结构的解耦性分析

5.2.6基于多目标优化的DEBADRC协调控制方法

5.3本章小结


第6章总结与展望

6.1研究总结

6.2进一步工作的建议与展望


附录： 几个定理的证明


参考文献


在学期间发表的学术论文


致谢




Contents


Contents

Chapter 1Introduction1

1.1Background and Significance1

1.2StateoftheArt3

1.2.1Progress of Thermal Process Control3

1.2.2Uncertainty： Core of Automatic Control4

1.2.3Classical 2DOF Control Structure6

1.2.4Disturbance Observer Based Control7

1.2.5ESO Based 2DOF Control Structure： Active

Disturbance Rejection Control9

1.2.6Uncertainty and Disturbance Estimator Based

2DOF Control11

1.3Characteristics of Modern 2DOF Control12

1.4Research Content and Technical Route13


Chapter 2Theoretical Research of SingleLoop 2DOF Control16

2.1Optimal Disturbance Rejection Based PI Tuning of

TimeDelay Process16

2.1.1Background16

2.1.2Problem Formulation17

2.1.3A New Robustness Metric： Relative
Delay Margin19

2.1.4Parameter Transformation and Stable Region
of PI Controller19

2.1.5Solution of the Stable Region of PI Controller21

2.1.6TimeDelay Robustness Constrained
Optimization24

2.1.7Simulation Examples27

2.2Improved FirstOrder ADRC Design and Quantitative

Tuning for TimeDelay Process28

2.2.1TimeDelay ADRC Structure28

2.2.2Analysis and Tuning of Compensated Plant29

2.2.3Desired Dynamics Based Tuning31

2.2.4Simulation Examples32

2.3UDE Based Control and Quantitative Tuning of

TimeDelay Process35

2.3.1Improved UDE Based Control for TimeDelay

Process35

2.3.2Stability Analysis Based on FOPDT Process37


2.3.3Characteristics Analysis and Parameter Tuning

Based on FOPDT39

2.3.4Simulation Examples40

2.4Improved ESO Based 2DOF Control for NonMinimum

Phase System44

2.4.1Model Information Based Design of Improved
ESO45

2.4.2Undershoot Constrained Optimal Feedforward
Design46

2.4.3Convergence and Parameter Tuning47

2.4.4Simulation Examples48

2.5Chapter Summary50


Chapter 3Basic Research for Application of Active Disturbance

Rejection Control52

3.1Mathematical Description of FirstOrder ADRC53

3.2Engineering Realization of FirstOrder ADRC54

3.3AutoTuning and Retuning of Parameters56

3.4Discretization and Stability of ESO58

3.5Water Tank Test59

3.5.1Experimental Setup59

3.5.2Preliminary Test of FirstOrder ADRC

Control Logics59

3.5.3Verification of AutoTuning and Retuning of

FirstOrder ADRC61

3.5.4Experimental Research of Parameter Tuning

of TimeDelay ADRC63

3.6Chapter Summary66


Chapter 4Field Test Research of ADRC in SingleLoop

Thermal Process67

4.1Condensed WaterLevel Control of An UltraSupercritical

Power Plant67

4.1.1Process Description67

4.1.2Process Identification and Control Simulation68

4.1.3Field Test71

4.2The Air Temperature Control System of Coal Mill

Outlet of A Subcritical Unit73

4.2.1Process Description73

4.2.2Process Identification and Control Simulation

of TDADRC74

4.2.3Field Test76

4.3Chapter Summary79


Chapter 5Simulation of 2DOF Control in Multivariable

Thermal Process80

5.1DOB Based Control for Fluidized Bed Combustor80

5.1.1Process Description80

5.1.2Decoupling Analysis of DOB82

5.1.3Simulation Examples86

5.2Direct Energy Balance Based ADRC Coordinated

Control for Power Plant87

5.2.1Process Description87

5.2.2DEB Oriented Nonlinear Modelling90

5.2.3Model Simplification92

5.2.4Parameter Identification and Verification94

5.2.5Decoupling Analysis of DEB Control Structure98

5.2.6MultiObjective Optimization of DEBADRC

Coordinated Control103

5.3Chapter Summary108


Chapter 6Conclusion and Outlook109

6.1Book Summary109

6.2Further Work110


Appendix： Proof of Theorems112


References120


Publications130


Acknowledgements132