自抗扰控制与PID控制时间进行对比，取仿真时间250秒， 仿真结果如图6所示，PID控制虽然很快能达到给定转速，但是超调到3280rpm，自抗扰控制 反应较平缓，比PID超调小，只有3008rpm，同时自抗扰控制输出转速达到3000rpm( ± 2rpm) 的时间为16.3秒，PID控制需要20.3秒。其原因在于，自抗扰控制器利用跟踪微分器优化汽 轮机转速的过渡过程，过渡过程可以使系统输入光滑的输入信号，并提取输入信号的微分 信号，避免因设定值突变造成跟踪到的输入信号的剧烈变化而产生超调，同时将输出和输 入的误差以及输出的变化率和输入的变化率的误差进行非线性状态误差反馈处理，从而使 系统能够更快进入稳态。
[0101] (3)系统稳定性能仿真实验
[0102] 图7是本发明在实施例中的电力负荷波动对转速稳定的影响（方波信号）的曲线 图。
[0103] 如图7所示，考虑电力负荷扰动，将仿真时间设为250秒，其中电力负荷扰动模块包 含用户、发电机和常数模块，用户和发电机模块均采用脉冲信号，用户模块的参数幅值设置 为50，频率设置为0.03，发电机模块参数幅值设置为100，频率设置为0.003，常数模块设置 100，用以模拟电力负荷的波动，得到输出转速曲线，将稳定的部分局部放大。
[0104] 图8是本发明在实施例中的电力负荷波动对转速稳定的影响（白噪声信号）的曲线 图。
[0105] 如图8所示，将仿真时间设为250秒，电力负荷扰动模块采用白噪声信号，将白噪声 信号功率为10000,采样时间设置为1，用以模拟电力负荷真实的波动，得到输出转速曲线， 将稳定的部分局部放大。
[0106] 图7和图8是基于电力负荷波动的自抗扰控制器和PID控制器的汽轮机转速控制系 统稳定性能实验。仿真结果表明，自抗扰控制汽轮机转速受电力负荷波动比PID控制汽轮机 转速受电力负荷波动小3-4倍。其原因在于，自抗扰控制器中扩张观测器对非线性不确定被 控对象和外部干扰因素都等效成系统发生的扰动，然后进行估计和补偿，将非线性系统变 成线性积分串联型系统，实现动态补偿线性化，同时保证系统对干扰有很好的抑制作用。
[0107] 仿真结果表明，自抗扰控制效果要优于常规PID控制。相对于常规PID的控制算法， 自抗扰控制算法明显改善了汽轮机响应慢以及电力负荷波动引起转速不稳定的问题，提高 了汽轮机转速控制的快速响应和稳定运行。
[0108] 本实例采用的参数只是举例说明，本发明的基于自抗扰控制的汽轮机转速控制方 法相比PID控制方法在给定参数下都能得到相对优化的结果。
[0109] 实施例的作用与效果
[0110] 根据本实施例所涉及基于自抗扰控制的汽轮机转速控制方法，利用二阶跟踪微分 器优化汽轮机转速的过渡过程，通过非线性状态误差反馈控制律来控制被控对象，由扩张 观状态测器进行估计和补偿，把系统内部不确定因素和外部扰动都等效成系统发生的扰 动，并将非线性系统变为线性积分串联型系统，从而实现系统的动态反馈线性化;这样，无 论被控对象是确定性的还是不确定性的，线性的还是非线性的，时变的还是时不变的，经过 扩张状态观测器估计和补偿就可以用统一的方法进行控制。
[0111] 上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于自抗扰控制的汽轮机转速控制方法，用于控制汽轮机的转速，其特征在于， 包括以下步骤： 步骤一，二阶跟踪微分器优化所述汽轮机的转速的过渡过程，跟踪输入信号和所述输 入信号的微分信号； 步骤二，由扩张状态观测器观测输出信号和所述输出信号的微分信号； 步骤三，将由跟踪到的所述输入信号和观测到的所述输出信号之间的误差，以及跟踪 到的所述输入信号的微分信号和观测到的所述输出信号的微分信号之间的误差，通过非线 性状态误差反馈控制律计算得到一个非线性状态误差反馈控制量;以及 步骤四，由得到的所述非线性状态误差反馈控制量以及所述扩张状态观测器扩张出来 的扰动估计值得出最终控制量，即蒸汽流量， 其中，所述输入信号为给定转速， 所述输出信号为实际转速。2. 根据权利要求1所述的基于自抗扰控制的汽轮机转速控制方法，其特征在于： 其中，所述跟踪微分器的所述汽轮机的转速过渡过程的计算公式为v为汽轮机的给定转速， ^对所述输入信号v(t)进行快速无超调跟踪，同时X2跟踪所述输入信号的微分信号 ，.e为跟踪到的给定转速值与所述给定转速之间的误差，sign( ·)是符号函数，r，d为 需要设定的所述跟踪微分器的参数。3. 根据权利要求1所述的基于自抗扰控制的汽轮机转速控制方法，其特征在于： 其中，所述扩张状态观测器的计算公式为y为所述汽轮机的实际输出转速， Z1为估计跟踪到的所述汽轮机的所述实际转速， eo为估计跟踪到的所述实际转速与所述实际输出转速的误差， z2为估计跟踪到的所述汽轮机的所述实际转速的变化率， Z3为所述汽轮机的转速扰动估计值， (^，吧一^^杉^说为需要设定的所述扩张状态观测器的参数。4. 根据权利要求1所述的基于自抗扰控制的汽轮机转速控制方法，其特征在于： 其中，非线性状态误差反馈控制律的计算公式为^为跟踪到的所述汽轮机的给定转速， ^为跟踪到的所述汽轮机的所述给定转速的变化率， Z1为估计跟踪到的所述汽轮机的所述实际转速， z2为估计跟踪到的所述汽轮机的所述实际转速的变化率， Z3为所述汽轮机的转速扰动估计值， ei为所述汽轮机所述实际转速与所述给定转速的误差， e2为所述汽轮机的所述实际转速的变化率与所述给定转速的变化率的误差， uo为所述非线性状态误差反馈控制量， u为控制高压阀调节所述汽轮机的所述最终控制量， (^，(^，杉^&一为需要设定的所述非线性状态误差反馈控制律的参数。5. 根据权利要求1所述的基于自抗扰控制的汽轮机转速控制方法，其特征在于： 其中，所述过渡过程可以使系统输入光滑的所述输入信号，并提取所述输入信号的所 述微分信号，避免因设定值突变造成跟踪到的所述输入信号的剧烈变化而产生超调。6. 根据权利要求1所述的基于自抗扰控制的汽轮机转速控制方法，其特征在于： 其中，所述扩张状态观测器把非线性不确定被控对象和外部干扰因素都等效为系统发 生的扰动，然后进行估计和补偿，将非线性系统转化成线性积分串联型系统，实现动态补偿 线性化，同时保证系统对干扰有很好的抑制作用。7. 根据权利要求1所述的基于自抗扰控制的汽轮机转速控制方法，现方法其特征在于： 其中，将所述所述实际转速与所述给定转速的误差和所述实际转速的变化率与所述给 定转速的变化率的误差进行非线性状态误差反馈处理，使系统能够更快地进入稳态。
【专利摘要】本发明提供的基于自抗扰控制的汽轮机转速控制方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤一，二阶跟踪微分器优化汽轮机的转速的过渡过程，跟踪输入信号和输入信号的微分信号；步骤二，由扩张状态观测器观测输出信号和输出信号的微分信号；步骤三，将由跟踪到的输入信号和观测到的输出信号之间的误差，以及跟踪到的输入信号的微分信号和观测到的输出信号的微分信号之间的误差，通过非线性状态误差反馈控制律计算得到一个非线性状态误差反馈控制量；以及步骤四，由得到的非线性状态误差反馈控制量以及扩张状态观测器扩张出来的扰动估计值得出最终控制量，即蒸汽流量，其中，输入信号为给定转速，输出信号为实际转速。
【IPC分类】F01D17/00
【公开号】CN105673094
【申请号】CN201610098297
【发明人】刘斌, 胡昊然, 石安伟, 李君
【申请人】武汉科技大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年2月23日