針對火電廠主蒸汽溫度過程存在的大遲延和時變性等問題,本文提出了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的序列-殘差聯(lián)合灰色預(yù)測的串級PID控制策略。序列-殘差聯(lián)合灰色模型GM（1,1）是先采用常規(guī)灰色模型GM（1,1）對測量值進(jìn)行預(yù)測,對預(yù)測殘差作二次預(yù)測并用來修正常規(guī)灰色預(yù)測結(jié)果。將該策略應(yīng)用于主汽溫系統(tǒng)的串級PID控制,仿真結(jié)果表明,本文方法提高了系統(tǒng)的控制品質(zhì)。 

【文章來源】：計算機(jī)仿真. 2016,33(02)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

序列－殘差灰色模型預(yù)測PID控制原理圖

色預(yù)測PID控制系統(tǒng)是在主汽溫控制系統(tǒng)反饋回路中添加了一個序列－殘差灰色預(yù)測器，同時將預(yù)測器預(yù)測值與系統(tǒng)測量值之間的誤差作為預(yù)測器輸入進(jìn)行二次灰色預(yù)測，該預(yù)測器是以灰色理論為基礎(chǔ)，以系統(tǒng)行為代替系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。利用當(dāng)前時刻k之前的n0個連續(xù)的采樣數(shù)據(jù)，由灰色預(yù)測算法求得k+M時刻的預(yù)測值，令誤差e(k)=r(k)－yp(k+M)(14)取代當(dāng)前測量誤差以及相應(yīng)的誤差變化率。由于利用了誤差的預(yù)測值進(jìn)行控制，所以這種預(yù)測控制可以看作是一種“事先控制”。序列－殘差聯(lián)合灰色PID控制主汽溫控制系統(tǒng)可采用圖2的結(jié)構(gòu)。圖2序列－殘差灰色PID主汽溫控制系統(tǒng)方框圖圖2中調(diào)節(jié)器PID1和PID2采用PI調(diào)節(jié)，W01(s)和W02(s)為被控對象惰性區(qū)、導(dǎo)前區(qū)傳遞函數(shù)，令W01(s)=1．5(1+50s)4，W02(s)=－1．25(1+15s)2。調(diào)節(jié)器PID1和PID2的傳遞函數(shù)分別為WPID1(s)=1δ1(1+1Ti1s)，WPID2(s)=1δ2(1+1Ti2s)4仿真分析給定輸入為階躍響應(yīng)，n0設(shè)為5，為了比較，下圖中給出了常規(guī)串級PID和常規(guī)灰色模型預(yù)測PID控制時的響應(yīng)曲線，PID參數(shù)的整定方法采用文獻(xiàn)［8］中的方法。其參數(shù)分別為δ1=1．82，Ti1=120;δ2=1．01，Ti2=18。采樣時間設(shè)為DT=1s，仿真步數(shù)設(shè)為ST=3000。當(dāng)輸入r(t)作單位階躍變化時，預(yù)測步數(shù)為M為25，即超前預(yù)測25s時，三種控制系統(tǒng)輸出變量響應(yīng)曲線和被控對象控制量輸出曲線如圖3所示。圖3中主汽溫變化量是指主汽溫的設(shè)定值改變單位值后的控制響應(yīng)，減溫水變化量是指通過減溫水的增加或者減圖3主汽溫定值擾動灰色預(yù)測控制結(jié)果(M=25)少來調(diào)節(jié)主汽溫跟蹤設(shè)定值的變化，其中的負(fù)值表示減溫水減少(圖4、圖5與圖3的含義相同)。不難?

傳遞函數(shù)分別為WPID1(s)=1δ1(1+1Ti1s)，WPID2(s)=1δ2(1+1Ti2s)4仿真分析給定輸入為階躍響應(yīng)，n0設(shè)為5，為了比較，下圖中給出了常規(guī)串級PID和常規(guī)灰色模型預(yù)測PID控制時的響應(yīng)曲線，PID參數(shù)的整定方法采用文獻(xiàn)［8］中的方法。其參數(shù)分別為δ1=1．82，Ti1=120;δ2=1．01，Ti2=18。采樣時間設(shè)為DT=1s，仿真步數(shù)設(shè)為ST=3000。當(dāng)輸入r(t)作單位階躍變化時，預(yù)測步數(shù)為M為25，即超前預(yù)測25s時，三種控制系統(tǒng)輸出變量響應(yīng)曲線和被控對象控制量輸出曲線如圖3所示。圖3中主汽溫變化量是指主汽溫的設(shè)定值改變單位值后的控制響應(yīng)，減溫水變化量是指通過減溫水的增加或者減圖3主汽溫定值擾動灰色預(yù)測控制結(jié)果(M=25)少來調(diào)節(jié)主汽溫跟蹤設(shè)定值的變化，其中的負(fù)值表示減溫水減少(圖4、圖5與圖3的含義相同)。不難看出，常規(guī)串級控制系統(tǒng)中主汽溫變化的最大超調(diào)量較大，響應(yīng)時間較長，減溫水變化量頻繁且波動較大;加入常規(guī)灰色預(yù)測模型的控制系統(tǒng)，其較串級控制系統(tǒng)的主汽溫變化最大超調(diào)量較小，減溫水變化量波動減少;而序列－殘差聯(lián)合灰色預(yù)測控制系統(tǒng)輸出中，主汽溫變化的最大動態(tài)偏差明顯小于前兩者者，超調(diào)量、達(dá)到峰值時間和穩(wěn)定時間明顯要小，有效的控制了超調(diào)量和響應(yīng)時間，而且減溫水變化量響應(yīng)快、波動小又少，控制效果較前兩者好，系統(tǒng)輸出很快趨于穩(wěn)定。當(dāng)輸入r(t)作單位階躍變化時，預(yù)測步數(shù)取過大值時，令M為75，即超前預(yù)測75s時，三種控制系統(tǒng)輸出變量的響應(yīng)曲線和被控對象的控制量輸出曲線如圖4所示。當(dāng)輸入r(t)作單位階躍變化時，預(yù)測步數(shù)取較小時，令M為5，即超前預(yù)測5s時，三種控制系統(tǒng)輸出變量的響應(yīng)曲線和被控對象的控制量輸出曲線如圖5所示。綜合分析圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]火電廠鋼球磨煤機(jī)負(fù)荷的灰色PID控制系統(tǒng)研究[J]. 程啟明,閔樂聰,李芹,王志萍.  熱能動力工程. 2009(05)
[2]模糊PID控制在主汽溫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 李建軍,姜東嬌,馬志杰.  東北電力技術(shù). 2008(10)
[3]火電廠主汽溫PID控制器參數(shù)帶寬分析及應(yīng)用[J]. 侯樹文,段愛霞,黃偉鋒,黃永志.  電力自動化設(shè)備. 2005(05)

碩士論文
[1]灰色預(yù)測模型的研究及其在汽溫控制中的應(yīng)用[D]. 陳孝偉.華北電力大學(xué)（河北） 2009



本文編號：3590239