电站热工系统自抗扰控制技术及其在DCS中的应用研究
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摘要
本文研究了扩张状态观测器(ESO)的频域稳定性以及自抗扰控制器(ADRC)的应用。在频域内采用描述函数法分析非线性ESO的稳定性,得出了2+1阶ESO稳定的充分条件；总结了ADRC参数整定的一般方法；采用基于人工神经网络的自抗扰控制器控制Lorenz混沌系统,能获得比ADRC更强的抗干扰性和鲁棒性：在DCS系统中对过热汽温控制系统的实时仿真,证明了ADRC在电站热工系统中应用的可行性,ADRC-PID控制系统比常规串级控制系统具有更短的调节时间、更小的超调量和更强的鲁棒性,且抗干扰性能更好。
The stability of Extended State Observer (ESO) and application of Active Disturbance Rejection Controller (ADRC) is presented in the paper. The stability of ESO is analyzed used describing function method in frequency-domain, and necessary or sufficient conditions for stability are obtained. The method of parameters adjusted is summarized for ADRC. ADRC based on artificial neural network (ANN) is applied in Lorenz chaos system, and the simulation show that auto disturbances rejection controller can effectively be used to control Lorenz chaotic systems. The real-time simulation of superheated steam temperature control system in EDPF NT plus proved out the feasibility application of ADRC in power plant. ADRC-PID control system is proved to be more efficient than general cascade control system and it has shorter adjustment time, smaller overshoot, stronger robustness and better anti-interference performance.
The stability of Extended State Observer (ESO) and application of Active Disturbance Rejection Controller (ADRC) is presented in the paper. The stability of ESO is analyzed used describing function method in frequency-domain, and necessary or sufficient conditions for stability are obtained. The method of parameters adjusted is summarized for ADRC. ADRC based on artificial neural network (ANN) is applied in Lorenz chaos system, and the simulation show that auto disturbances rejection controller can effectively be used to control Lorenz chaotic systems. The real-time simulation of superheated steam temperature control system in EDPF NT plus proved out the feasibility application of ADRC in power plant. ADRC-PID control system is proved to be more efficient than general cascade control system and it has shorter adjustment time, smaller overshoot, stronger robustness and better anti-interference performance.
引文
[1]韩京清.自抗扰控制器及其应用.控制与决策,1998,13(1)：19～23
[2]张荣,韩京清.串联型扩张状态观测器构成的自抗扰控制器.控制与决策,2000,15(1)：122～124
[3]韩京清.从PID技术到“自抗扰控制”技术.控制工程,2002,9(3)：13～18
[4]黄一,张文革.自抗扰控制器的发展.控制理论与应用,2002,19(4)：485～492
[5]韩京清.自抗扰控制技术.前沿科学.2007,1(1)：24～31
[6]张文革,韩京清,高志强.模型配置自抗扰控制器.98中国控制会议论文集.北京：国防大学出版社,1998.273～276
[7]张荣,韩京清.BP神经网络在自抗扰控制器中的应用.98中国控制会议论文集.北京：国防大学出版社,1998.667～670
[8]张荣.提高自抗扰控制器性能的探讨：[博士学位论文].北京：中国科学院系统科学研究所,1998
[9]张荣,韩京清.基于神经网络的自抗扰控制器.系统仿真学报,2000,12(2)：149～151
[10]黄焕袍,武利强,高峰,等.自抗扰控制在火电厂主汽温控制中的应用.系统仿真学报,2005,17(1)：241～244
[11]黄焕袍,武利强,高峰,等.火电单元机组协调系统的自抗扰控制方案研究.中国电机工程学报,2004,24(10)：168～173
[12]席学军.循环流化床锅炉燃烧系统的自抗扰控制研究：[博士学位论文].北京：清华大学,2004
[13]马永光,郝娜,王晓丽.自抗扰控制在火电厂球磨机系统中的应用.华北电力大学学报,2006,33(5)：48～51
[14]雷春林,吴捷,陈渊睿,等.自抗扰控制在永磁直线电机控制中的应用.控制理论与应用,2005,22(3)：423～428
[15]Zhang Guozhu, Chen Jie, Li Zhiping. A design method of active disturbance rejection controller for linear motor servo systems.27th Chinese Control Conference, 2008.229～233
[16]zhiqiang Gao, Shaohua Hu, Fangjun Jiang. A Novel Motion Control Design Approach Based On Active Disturbance Rejection. Proceedings of the 40th IEEE Conference on Decision and Control.2001.4877～4882
[17]Y. Hou, Z. Gao, F. Jiang, et al. Active Disturbance Rejection Control for Web Tension Regulation. Proceedings of the 40th IEEE Conference on Decision and Control.2001.4974～4979
[18]韩京清,王伟.非线性跟踪微分器.系统科学与数学,1994,14(2)：177～183
[19]韩京清.非线性PID控制器.自动化学报,1994,20(4)：487～490
[20]韩京清.一种新型控制器-NLPID.控制与决策,1994,9(6)：401～407
[21]韩京清,王伟.非线性跟踪微分器的另一种形式.智能控制与智能自动化,北京：科学出版社,1994.2355～2362
[22]韩京清.一类不确定对象的扩张状态观测器.控制与决策,1995,10(1)：85～88
[23]韩京清.非线性状态误差反馈控制律-NLSEF.控制与决策,1995,10(3)：221～225
[24]谢为民.液压机面同步系统和非线性状态误差反馈控制理论的研究：[博士学位论文].杭州：浙江大学,1996
[25]韩京清,张荣.二阶扩张状态观测器的误差分析.系统科学与数学,1999,19(4)：465～471
[26]甘作新,韩京清.二阶ESO的Lyapunov函数构造.中国控制会议论文集,杭州：浙江大学出版社,2002：354～357
[27]王培光,甘作新,吕文静.二阶扩张状态观测器的稳定性分析.河北大学学报(自然科学版),2007,27(1)：4～5,11
[28]邵立伟,廖晓钟,韩京清,等.三阶离散扩张状态观测器的稳定性分析及其综合.信息与控制,2008,37(2)：135～139
[29]王伟,韩京清.估计非线性系统参数的一种方法,控制与决策,1993,8(3)：161～165
[30]李菲菲,韩萍.Lorenz混沌系统的控制.渤海大学学报(自然科学版),2009,30(1)：59～62
[31]陶朝海,陆君安,陈士华,等.Lorenz混沌系统的错位自适应控制.系统工程与电子技术,2004,26(1)：81～82,129
[32]吴立刚,凌明祥,王常虹,等.Lorenz混沌系统的自适应模糊滑模控制.哈尔 滨工业大学学报,2006,38(4)：499～502
[33]孙雨.Lorenz混沌系统的同步控制及实验研究：[硕士学位论文].西安：西安电子科技大学,2009
[34]万晖.自抗扰控制器的稳定性分析及其应用：[博士学位论文].北京：中国科学院系统科学研究所,2001
[35]EDPF NT分散控制系统介绍.北京国电智深控制技术有限公司
[36]范永胜,徐治皋,陈来久.基于动态特性基理分析的锅炉过热汽温自适应模糊控制系统研究.中国电机工程学报,1997,17(1)：23～28
[37]邓良才,王广军,陈红.锅炉汽温对象的在线模糊辨识.中国电机工程学报,2009,26(18)：111～115
[38]李学明,李志军.电厂过热汽温控制系统的改进及其PID鲁棒整定.动力工程,2004,24(1)：59～63
[39]刘翔.自抗扰控制及其在发电机组控制中的应用：[硕士学位论文].北京：清华大学,2001
[2]张荣,韩京清.串联型扩张状态观测器构成的自抗扰控制器.控制与决策,2000,15(1)：122～124
[3]韩京清.从PID技术到“自抗扰控制”技术.控制工程,2002,9(3)：13～18
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[22]韩京清.一类不确定对象的扩张状态观测器.控制与决策,1995,10(1)：85～88
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[24]谢为民.液压机面同步系统和非线性状态误差反馈控制理论的研究：[博士学位论文].杭州：浙江大学,1996
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[32]吴立刚,凌明祥,王常虹,等.Lorenz混沌系统的自适应模糊滑模控制.哈尔 滨工业大学学报,2006,38(4)：499～502
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