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【摘 要】介绍了锅炉主汽温控制的重要性，及影响主汽温控制的因素。在此基础上提出了串级-Smith控制方法在锅炉主汽温控制中的应用，并结合Matlab仿真软件，构建仿真模型，结果表明串级-Smith控制方法可较好的实现锅炉的主汽温控制。
【关键词】锅炉；主汽温；控制
一、引言
主汽温度是否稳定是衡量锅炉运行质量的重要技术指标之一。汽温太高容易烧坏过热器及损坏汽机的进汽部件，过低则不仅会影响机组的经济性，而且也会造成汽机末级蒸汽湿度过大而损坏叶片。因此，主汽温调节对于电厂的安全和经济运行十分重要。文中提出一种串级PID+Smith控制方法，对锅炉主汽温进行控制，通过Matlab仿真表明此方法可达到良好的控制效果。
二、锅炉主汽温控制的重要性
锅炉主蒸汽温度高低直接影响锅炉安全稳定运行。汽温太高容易烧坏过热器及损坏汽机的进汽部件，过低则不仅会影响机组的经济性，而且也会造成汽机末级蒸汽湿度过大而损坏叶片。因此，过热温度调节的主要任务是保证进入汽轮机高压缸做功的主蒸汽温度在允许值范围内变化，并且使整个过热器管路的金属不被高温损坏。主汽温控制系统是提高机组热效率和保证机组安全运行的重要组成部分，但由于影响汽温的因素很多，造成主蒸汽温度动态特性具有延时长，惯性大的特点，特别是大单元机组，从而增加了控制难度。因此，必须通过采用先进的控制策略来提高系统的控制品质。
三、主汽温串级控制系统
在主汽温控制系统中，被控对象具有大的纯滞后性，不能及时反映主汽温控制系统所受的扰动。此外，测量信号到达控制器，即使执行机构接受信号后立即动作，也需要经过一个滞后时间才能影响到主汽温控制。该种类型过程必然会产生较大的超调和较长的调节时间，使过渡过程变坏，系统的稳定性降低。
对象的大滞后问题，无论如何优化PID控制中的比例、积分、微分参数，都无法解决系统响应时间长和抗干扰能力弱的缺陷。常用的解决方法是将对象分为导前区和惰性区两部分，采用串级PID控制系统。串级控制回路是用两个串联的PID控制器和一个执行器来控制主汽温度的。其基本原理就是系统根据主蒸汽温度设定值和反馈值的偏差作为主调节器的输入，主调节器经过PID运算后的输出作为副调节器的输入设定值，此设定值与二级喷水减温器的出口温度反馈的偏差作为二级过热器出口温度调节器的输入，其输出作为执行器的输入动作指令。
此系统在结构上有两个闭环，里面的闭环称为副环或副回路，在控制过程中起着粗调作用；外面的闭环称为主环或主回路，在控制过程中完成细调的任务，也就是保证主参数或被调量满足工艺要求。一般作用用副回路内的扰动称为二次扰动，而作用于副回路外的扰动称为一次扰动。
四、串级-Smith主汽温控制系统
Smith预估串级控制系统，选择了纯迟延较大的部分作为主回路，在主回路中采用Smith预估补偿控制。主调节器起定值控制作用，是主气温控制操作的主要指标，允许波动的范围比较小，要求没有余差或较小的余差，故主回路采用PID控制。副回路是随动系统，能够快速调节内外扰，采用PI调节器。它结合了串级控制与史密斯预估控制的优点，有利于克服主汽温对象的大惯性，大滞后特点。
Smith预估补偿方法的特点是预先估计出过程在基本扰动下的动态特性，然后由预估器进行补偿，能提前感知被控量的变化，并将其反馈到控制器的输入端，使调节器提前动作，从而明显地减小超调量和加速调节过程。如果在Smith补偿回路中增加一个反馈环节，则系统可以到达完全抗干扰的目的。这样系统既可克服干扰，又可以实现好的跟踪控制。
串级-Smith控制系统在离调节器较近，纯滞后较小的地方，选择一个副参数，构成一个副回路。在主回路中采用Smith预估补偿，Smith预估控制是针对大时延过程的预估补偿，其原理是按照过程的特性预估出一种模型加入到反馈控制系统中，使被延时了 时间的被控量超前反映到调节器的输入端，使调节器提前动作，从而明显地减小超调量和加速调节过程。
又由于采用史密斯预估控制必须有精确的数学模型，取主对象：=副对象：=
下图中，分别为主副控制器传递函数，，分别为主副对象的传递函数。
单回路控制时，二次扰动的变化要通过对象的惰性区引起被调量Y1的变化后才能使控制器开始动作。显然，如果的惯性或迟延较大，调节作用滞后也非常大，从而导致系统的动态偏差也很大。但上述方框图中进行了史密斯预估补偿，因此可以对系统有了大的补偿。
五、仿真研究
通过Matlab仿真软件，对串级Smith主汽温控制系统进行仿真试验，在仿真试验中，控制器均采用PI控制器。PID参数整定时先调节内回路，然后调节内回路。
图示串级-Smith主汽温控制系统仿真结构图
设定值阶跃扰动情况，对PID参数进行整定。仿真结果表明史密斯串级控制系统，响应速度快，超调量为20%，调节时间较短，能很快达到稳定，稳定性能高。当受到外界干扰时，能够迅速的调节，波动小，能在很比较短的时间内完成自我调节，抗干扰能力比较强。系统在被控对象工况变化的情况下，也能在保持一定的稳定度。因此，采用串级加史密斯预估补偿的控制方案，可以有效地解决了大滞后系统带来的不利影响，并具有比较好的控制品質。
参考文献：
[1]付新河.火电厂锅炉蒸汽温度控制方案的探讨[J].广东电力，2008，20（5）.
[2]彭钢.先进控制技术在电力主蒸汽温度过程控制中应用[J]. 河北电力技术，2006，25（4）.
[3]李遵基.热工自动控制系统[M].北京：中国电力出版社，1997.
作者简介：梁帅华（1986，05-），男（汉族），山东泰安人，助理工程师，研究方向为电厂热工自动化及其控制系统，智能控制系统。
【关键词】锅炉；主汽温；控制
一、引言
主汽温度是否稳定是衡量锅炉运行质量的重要技术指标之一。汽温太高容易烧坏过热器及损坏汽机的进汽部件，过低则不仅会影响机组的经济性，而且也会造成汽机末级蒸汽湿度过大而损坏叶片。因此，主汽温调节对于电厂的安全和经济运行十分重要。文中提出一种串级PID+Smith控制方法，对锅炉主汽温进行控制，通过Matlab仿真表明此方法可达到良好的控制效果。
二、锅炉主汽温控制的重要性
锅炉主蒸汽温度高低直接影响锅炉安全稳定运行。汽温太高容易烧坏过热器及损坏汽机的进汽部件，过低则不仅会影响机组的经济性，而且也会造成汽机末级蒸汽湿度过大而损坏叶片。因此，过热温度调节的主要任务是保证进入汽轮机高压缸做功的主蒸汽温度在允许值范围内变化，并且使整个过热器管路的金属不被高温损坏。主汽温控制系统是提高机组热效率和保证机组安全运行的重要组成部分，但由于影响汽温的因素很多，造成主蒸汽温度动态特性具有延时长，惯性大的特点，特别是大单元机组，从而增加了控制难度。因此，必须通过采用先进的控制策略来提高系统的控制品质。
三、主汽温串级控制系统
在主汽温控制系统中，被控对象具有大的纯滞后性，不能及时反映主汽温控制系统所受的扰动。此外，测量信号到达控制器，即使执行机构接受信号后立即动作，也需要经过一个滞后时间才能影响到主汽温控制。该种类型过程必然会产生较大的超调和较长的调节时间，使过渡过程变坏，系统的稳定性降低。
对象的大滞后问题，无论如何优化PID控制中的比例、积分、微分参数，都无法解决系统响应时间长和抗干扰能力弱的缺陷。常用的解决方法是将对象分为导前区和惰性区两部分，采用串级PID控制系统。串级控制回路是用两个串联的PID控制器和一个执行器来控制主汽温度的。其基本原理就是系统根据主蒸汽温度设定值和反馈值的偏差作为主调节器的输入，主调节器经过PID运算后的输出作为副调节器的输入设定值，此设定值与二级喷水减温器的出口温度反馈的偏差作为二级过热器出口温度调节器的输入，其输出作为执行器的输入动作指令。
此系统在结构上有两个闭环，里面的闭环称为副环或副回路，在控制过程中起着粗调作用；外面的闭环称为主环或主回路，在控制过程中完成细调的任务，也就是保证主参数或被调量满足工艺要求。一般作用用副回路内的扰动称为二次扰动，而作用于副回路外的扰动称为一次扰动。
四、串级-Smith主汽温控制系统
Smith预估串级控制系统，选择了纯迟延较大的部分作为主回路，在主回路中采用Smith预估补偿控制。主调节器起定值控制作用，是主气温控制操作的主要指标，允许波动的范围比较小，要求没有余差或较小的余差，故主回路采用PID控制。副回路是随动系统，能够快速调节内外扰，采用PI调节器。它结合了串级控制与史密斯预估控制的优点，有利于克服主汽温对象的大惯性，大滞后特点。
Smith预估补偿方法的特点是预先估计出过程在基本扰动下的动态特性，然后由预估器进行补偿，能提前感知被控量的变化，并将其反馈到控制器的输入端，使调节器提前动作，从而明显地减小超调量和加速调节过程。如果在Smith补偿回路中增加一个反馈环节，则系统可以到达完全抗干扰的目的。这样系统既可克服干扰，又可以实现好的跟踪控制。
串级-Smith控制系统在离调节器较近，纯滞后较小的地方，选择一个副参数，构成一个副回路。在主回路中采用Smith预估补偿，Smith预估控制是针对大时延过程的预估补偿，其原理是按照过程的特性预估出一种模型加入到反馈控制系统中，使被延时了 时间的被控量超前反映到调节器的输入端，使调节器提前动作，从而明显地减小超调量和加速调节过程。
又由于采用史密斯预估控制必须有精确的数学模型，取主对象：=副对象：=
下图中，分别为主副控制器传递函数，，分别为主副对象的传递函数。
单回路控制时，二次扰动的变化要通过对象的惰性区引起被调量Y1的变化后才能使控制器开始动作。显然，如果的惯性或迟延较大，调节作用滞后也非常大，从而导致系统的动态偏差也很大。但上述方框图中进行了史密斯预估补偿，因此可以对系统有了大的补偿。
五、仿真研究
通过Matlab仿真软件，对串级Smith主汽温控制系统进行仿真试验，在仿真试验中，控制器均采用PI控制器。PID参数整定时先调节内回路，然后调节内回路。
图示串级-Smith主汽温控制系统仿真结构图
设定值阶跃扰动情况，对PID参数进行整定。仿真结果表明史密斯串级控制系统，响应速度快，超调量为20%，调节时间较短，能很快达到稳定，稳定性能高。当受到外界干扰时，能够迅速的调节，波动小，能在很比较短的时间内完成自我调节，抗干扰能力比较强。系统在被控对象工况变化的情况下，也能在保持一定的稳定度。因此，采用串级加史密斯预估补偿的控制方案，可以有效地解决了大滞后系统带来的不利影响，并具有比较好的控制品質。
参考文献：
[1]付新河.火电厂锅炉蒸汽温度控制方案的探讨[J].广东电力，2008，20（5）.
[2]彭钢.先进控制技术在电力主蒸汽温度过程控制中应用[J]. 河北电力技术，2006，25（4）.
[3]李遵基.热工自动控制系统[M].北京：中国电力出版社，1997.
作者简介：梁帅华（1986，05-），男（汉族），山东泰安人，助理工程师，研究方向为电厂热工自动化及其控制系统，智能控制系统。