胡徐勝，劉 娟

（1.河海大學文天學院,安徽馬鞍山243031;2.馬鞍山職業(yè)技術學院 電氣工程系，安徽馬鞍山243031）

純低溫余熱發(fā)電技術通過回收高能耗企業(yè)排放的溫度低于300～400℃的中、低溫的廢蒸汽、煙氣所含的低品位的熱量來發(fā)電。余熱發(fā)電溫控系統(tǒng)具有慣性強、滯后時間長、非線性等特點，其溫度一旦超調就無法用溫控手段使其降溫，因而很難用數(shù)學方法建立精確的模型和確定參數(shù)，應用傳統(tǒng)的控制理論和方法也難以達到理想的控制效果。

1 純低溫余熱發(fā)電極點配置自校正控制模型

余熱發(fā)電的被控對象為AQC（Air Quenching Cooler篦式冷卻機）鍋爐的水量和溫度。由階躍響應的飛升曲線測得對象特性為具有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，即：

其中，Kp=2.8；Tp=178s；τ=40s。

式子（1）帶零保持器的廣義對象脈沖傳遞函數(shù)為：

采樣周期T的選擇原則見文獻[1].對大純滯后對象，通常選擇T=τ，則N=1，d=2.將實測被控對象參數(shù)代入式（1），得：

由此可得:b0=0.5636，a1=-0.7987

被控對象的模型為：

從極點配置的觀點考慮，通常以典型的二階系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)的形式：

作為目標。式（2）的特征方程對應的離散特征多項式為：

式（3）中，ωn為無阻尼自然振蕩交頻率，ξ為阻尼比。

對式（3），當二階系統(tǒng)最佳阻尼比ξ=0.707時，在單位階躍作用下的超調量σ=4.3%，相角穩(wěn)定裕量 γ(ωc)=65.5°，它為二階最佳動態(tài)響應模型。

采樣周期T和ωn、ξ的關系，可以按照式（4）計算如下：

取NT=10。當ξ=0.707，T=40s時，得 ωn=0.022s-1.

式 （3） 的 期 望 特 征 多 項 式 為T(z-1)=1-0.7812z-1+0.2882z-2

為了避免在系統(tǒng)輸出端參數(shù)突變而造成振蕩，故選擇：

在數(shù)字系統(tǒng)中，采用數(shù)字濾波器的PID算法,具體設計如下：

方程式上述 g0、g1、g2方程對Kp、TI和TD有唯一解，即：

為了將極點配置自校正控制器轉換成增量型PID控制器，根據(jù)式（5）可選用如下形式：

根據(jù)增廣型自校正閉環(huán)極點配置要求，閉環(huán)特征多項式應滿足式（7），即:

有下列等式成立：

令式（8）兩邊系數(shù)相等，解代數(shù)方程得：

將上述解代入式（6），得極點配置自校正PID控制器參數(shù)：

綜上所述，極點配置自校正PID控制器極點配置成功。

2 系統(tǒng)仿真結果

圖1為實時控制溫度在設定值階躍輸入和擾動輸入時的系統(tǒng)響應曲線?？梢钥闯觯瑢κ剑?）的被控對象，采用式（9）的PID參數(shù)，當溫度設定值階躍輸入時，系統(tǒng)響應曲線接近二階最佳，有超調量σ=5%（理論值是前文提到的σ=4.3%），調節(jié)時間較短，證實了極點配置方法設計PID控制器的正確性。

圖1 仿真結果

3 結論

經(jīng)過硬件調試和軟件參數(shù)的設定與修改，采用該方法均能取得滿意效果。經(jīng)過調試運行，系統(tǒng)工作可靠穩(wěn)定，操作方便；適當調整有關參數(shù)，可以達到較好的控制效果。實時仿真控制結果表明，基于自校正PID控制技術的余熱發(fā)電系統(tǒng)設計，實現(xiàn)了對系統(tǒng)的控制，取得了令人滿意的效果，這種控制方法魯棒性強，對參數(shù)變化有較強的適應能力。

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