基于MATLAB工具箱的火电站过热蒸汽温度优化控制.pdf

在现代工业生产中，火电站的稳定运行对整个电力系统的安全性和经济性具有重要作用。其中，过热蒸汽温度的控制是火电站生产过程中的关键环节之一。过热蒸汽温度过低会影响机组的热效率，而温度过高则可能导致设备损坏，因此对这一参数的精确控制至关重要。 传统的控制策略主要采用串级PID控制，通过导前汽温信号和前馈信号进行超前调节以实现控制目标。然而，由于火电站的过热蒸汽温度控制系统具有慢时变和非线性特性，调节参数固定的PID控制器往往难以适应系统动态变化，导致控制效果不够理想。为了解决这一问题，越来越多的研究人员开始将智能控制算法如模糊控制、神经网络、遗传算法等应用到过热蒸汽温度控制系统中，取得了一定的成果。但这些算法的复杂性较高，实际应用到生产实践中的案例相对较少。 本文提出了一种新的解决方案，即利用MATLAB/Simulink中的非线性控制系统优化设计模块（SignalConstraint，简称S-C）来优化PID控制器参数。MATLAB作为一种强大的数学计算软件，提供了广泛的工具箱来支持各种工程计算和仿真任务。在这一研究中，MATLAB的SignalConstraint模块被用来对超临界机组的过热蒸汽温度控制系统进行建模和参数优化。 MATLAB的SignalConstraint模块，前身称为“Nonlinear Control Design”，为非线性系统的控制器优化设计提供了强有力的工具。该模块以Simulink模块的形式出现，允许用户在图形界面上进行非线性系统的控制优化设计和仿真。通过将SignalConstraint模块集成到Simulink仿真图中，用户可以对与其相连的信号施加约束。该模块能够自动将时域的性能指标转化为约束优化问题，并利用连续的二次方程式程序算法以及准牛顿梯度寻优搜索技术解决优化问题。此外，它可以在系统时域性能曲线窗口动态显示控制器优化效果，这为工程师提供了直观的方式来评估不同控制策略的性能。 本研究的仿真结果表明，通过使用SignalConstraint模块优化得到的PID参数，在不同负荷条件下进行控制，能够明显提升系统的性能。具体来说，通过调整PID控制器的参数，可以在整个负荷变化范围内（从0%至100%）实现更好的温度控制精度和响应速度，从而保证火电站的运行安全和效率。 本文介绍了一些负荷下控制器参数的优化值，并提出了一个在0%至100%负荷范围内使用的PID控制器参数值的近似方法。这一研究成果对于火电站的自动化控制具有重要的应用价值，有助于提高火电站的运行性能和经济性。同时，对于电力系统自动化专业的研究人员和技术人员来说，这是一份宝贵的参考资料和实践指导。