摘    要：針對單元機組協調控制系統多變量、強耦合、時變、滯后大的特點，提出一種采用串聯后補償單向解耦后加入pid控制器自整定的控制策略。該控制策略首先對系統進行串聯后補償買現完全解耦，并通過單向解耦對解耦系統進行簡化，然后把多變量的控制問題轉化為多個單變量，再對各個單變量加入pid控制器進行自整定：通過對125 mw單元機組協調控制系統的仿真分析可知，這種方法有效消除了輸入與輸出之間的強耦合帶來的不利影響，使系統輸出穩定，控制效果好。

關鍵詞：單元機組；協調控制；解耦；串聯補償器；pid

中圖分類號：tp 27    文獻標識碼：a

    大型火力發電機組都是以鍋爐、汽輪機組成單元機組進行協調控制，它具有多變量、強耦舍、時變、滯后大等特點，因此，其控制策略的設計直接決定了協調控制系統的控制品質。常規的協調控制方案主要是采取簡單的串聯解耦補償措施，難以滿足協調控制系統高質量的控制要求。

    近幾年來，隨著控制理論的發展，新的控制策略不斷涌現，如基于遺傳算法和模糊推理的方法。多模型自適應控制、drnn及改進型解耦方法、多變量模型預測控制等，但這些方法普遍存在控制策略結構復雜，且當被控對象數學模型發生變化時控制的效果就會變差等缺點。且目前應用的單變量pid自整定技術雖明顯地改進了控制系統的應用效果，縮短了控制系統的調試時間。但由于多變量過程與單變量過程在性質上存在著本質的區別，所以單變量pid自整定方法難以用于多變量過程。為此，本文提出一種采用單向串聯補償法解耦后加人多個單變量pid控制器自整定的方法，這種方法將會顯著地改進控制系統的控制品質，提高企業的生產率和經濟效益。

    單元機組協調控制系統可認為是一種二級遞階控制系統。系統簡化框圖，如圖1所示。

   

  其中，機爐協調控制器是一個多變量控制器，是整個系統的核心部分，可產生指揮機爐控制器動作的鍋爐指令和汽機指令，控制處于局部控制級的子系統包括鍋爐燃料控制系統、風量控制系統、汽輪機功率、頻率調節系統以及直流鍋爐的給水控制系統，從而完成指定的控制任務。

  汽包鍋爐單元機組在保持燃燒穩定、保持爐膛壓力、給水流量與蒸汽流量相平衡且主蒸汽溫度控制相對獨立的前提下可簡化為一個具有雙輸入雙輸出的被控對象，如圖2所示。

   

    圖中，機組的輸出功率ⅳ和機前壓力pt為被控量；主汽門調節閥開度μ和燃料量b為控制量；g_nμ和g_nr分別為發電機實發功率對開度和燃料量的傳遞函數；gpμ和gpb分別為機前壓力對開度和燃料量的傳遞函數。

  假定系統為線性集中參數系統，則單元機組受控過程動態特性可由下式表示：

  

  解耦設計的基本原理在于設置一個補償網絡，用以抵消存在于各回路之間的關聯，以使各被控量能實現單變量控制，把多變量控制問題轉化為多個單變量控制問題來處理。

    1)解耦控制系統的數學模型研究對象為125 mw單元機組，鍋爐為高溫、亞臨界壓力、中間再熱、自然循環、單爐膛前后對沖燃燒、燃燥粉汽包鍋爐，汽輪機為單軸、三缸、兩排汽、再熱、凝汽沖動式。由圖2可知，其近似數學模型為

    給定在********工況下的數學模