Simulink锅炉汽包水位串级控制系统仿真研究(3)
程启明等研究的自抗扰控制器串级三冲量汽包水位控制系统，内环采用传统的PID控制，而外环采用带前馈补偿的自抗扰控制器，自抗扰控制器有跟踪微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)及非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)3个环节组成，其中TD用来安排过渡过程并提取其微分信号，ESO估计对象状态和不确定扰动作用，过渡过程和状态估计之间误差的非线性组合和扰动估计量的补偿NLSEF用来生成。研究结果表明，在被控对象模型不变的情况下，PID-PID串级控制基本上满足控制要求，但是当被控对象的参数发生变化时，ADRC-PID串级控制明显优于变PID-PID串级控制，前者的调节量更小、调节时间更短、抗干扰能力更强，且对于参数的变化不太敏感¬¬¬[13]。
李传庆等研究的锅炉汽包水位MFAC-PID 串级控制方案，其内回路采用PID控制快速消除给水过程中的内在扰动，外回路采用带有前馈补偿的MFAC，来适应给水过程中的大的、不确定滞后和实现无静差控制为主要目标。研究结果表明，它在抑制干扰方面明显优于PID ,而且在模型参数失配的情况下具有很强的鲁棒性,在处理有大的、不确定滞后时更是PID 所达不到的。MFAC 无需对象的数学模型，无需控制器设计，结构简单，参数不需要复杂的人工整定，可移植性好。由此可见，MFAC 保持了PID 控制“简单美”的优点，且效果能与复杂的先进控制相媲美，因此在工业界倍受工程师的青睐[14]。
锅炉汽包水位控制系统的DMC－PID控制策略，即内环路采用PID控制模块，外回路采用带前馈补偿的DMC控制，结合了动态矩阵控制、串级调节和PID控制三者的优点。给水流量的扰动在内回路得以迅速消除，而蒸汽流量外扰及系统参数的变化主要由DMC的强鲁棒性来保证。刘红军等在《锅炉汽包水位系统的DMC－PID串级控制仿真研究》得出，动态矩阵控制采用工程上容易得到的阶跃响应作为数学模型、运算量很小、算法简单。因此易于在广泛使用的DCS系统上实现，良好的调节品质和在对象特性变化情况下很强的鲁棒性能完全能够满足生产现场的实际需要[15-16]。
1.3 本课题的研究内容
本课题将对锅炉汽包水位进行深入了解，搜集相关资料对锅炉汽包的结构特性以及汽包水位的动态特性有全面认识。本次设计将采用传统的控制方法对汽包锅炉水位被控对象，设计单冲量控制系统、单级三冲量控制系统、串级三冲量控制系统，分别对其进行相应控制器的设计并用Matlab仿真分析其控制效果，对比分析串级控制系统与其他控制系统的性能差异。并对串级控制系统加入相应干扰，观察相应结果，进一步分析其控制性能。课题的主要重点将是控制器设计，控制器参数的整定效果将直接影响到最后的控制系统的性能，所以串级控制系统控制器参数的设计将先采用理论计算的方法对其进行设计，然后再用simulink进行仿真分析，进一步采用试探法整定参数。
2 汽包锅炉给水控制系统
2.1 汽包锅炉简介
汽包锅炉的控制任务主要包括以下几个方面：
a） 保证系统安全运行；
b） 保证燃烧的经济性；
c） 保持炉膛负压在一定范围内；
d） 运行中保证汽轮机所需的蒸汽量，过热蒸汽压力和蒸汽温度打的恒定。
汽包水位间接反映了锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系，是锅炉运行中的一个非常重要的参数，锅炉汽包的正常水位一般在汽包中心线下100～200mm，运行中一般要求水位在给定值±50mm。
汽包锅炉的工作原理：汽包锅炉的蒸发系统有汽包、分配水管、下降管、下联箱、上升管、上联箱、汽水引出管、汽水分离器组成，汽包锅炉与直流锅炉最大的优点是：这个蒸发系统是闭合的，工质在所有时候都在这个闭合的蒸发管道系统中不断循环。
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