自抗扰控制技术及其应用研究毕业设计.doc

自抗扰控制技术及其应用研究毕业设计 目 录 要 I ABSTRACT II 主要符号表 V 第1章 绪 论 1 1.1 选题背景及研究意义 1 1.2 单元机组协调控制系统的发展和现状 2 1.2.1 传统单元机组协调控制算法的研究与应用 2 1.2.2 采用先进控制算法的单元机组协调控制 2 1.2.3 自抗扰控制器(ADRC) 3 1.3 本课题研究现状 3 1.4 论文主要工作及内容 5 第2章 自抗扰控制器的基本原理 6 2.1 传统线性PID与非线性PID 6 2.1.1 非线性PID 7 2.1.2 传统线性PID与非线性PID性能比较 9 2.2 自抗扰控制技术 10 2.2.1 反馈线性化 10 2.2.2 扩张状态观测器ESO 11 2.2.3 非线性状态误差反馈控制律NLSEF 13 2.2.4 自抗扰控制器ADRC 13 2.3 自抗扰控制器离散算法实现 14 2.3.1 跟踪微分器TD离散算法实现 14 2.3.2 扩张状态观测器ESO离散算法实现 15 2.3.3 非线性误差反馈控制律NLSEF离散算法实现 15 2.3.4 自抗扰控制器ADRC离散算法实现 15 2.4 自抗扰控制器高阶扩展 16 2.5 ADRC 的进一步阐释 18 第3章 ADRC参数整定 19 3.1 跟踪微分器参数整定 19 3.1.1 二阶跟踪微分器参数整定 19 3.1.2 高阶跟踪微分器参数整定 20 3.2 扩张状态观测器参数整定 20 3.3 非线性控制律NLSEF参数整定 23 3.4 参数的作用分析 24 3.5 自抗扰控制器跨阶控制研究 24 第4章 自抗扰控制技术在协调控制系统中的应用 27 4.1 自抗扰的离散算法实现 27 4.1.1 ESO的S函数 27 4.1.2 TD的S函数 29 4.1.3 NLSEF的S函数 30 4.2 常规的PID控制仿真 32 4.3 自抗扰的模型仿真 33 结 论 35 参考文献 36 附 录A 38 附 录B 40 附 录C 42 致 谢 44  主要符号表 ADRC 自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control) ESO 扩张状态观测器(Extended State Observer) TD 跟踪微分器（Tracking Differentiator） NLSEF 非线性状态误差反馈控制律(State Error of the Nonlinear Feedback Law) PID 比例-积分-微分(Proportional-Integral-Derivative) F 系统的扩张状态(Extended State) 系统状态观测值(State Value) 控制器参数(Controller Parameters) 观测器参数(Observer Parameters) 调节时间(Settling Time) 超调量(Over Shoot) r 输入设定值(Set Point) y 系统输出(Output) u 控制信号(Control Signal) d 系统扰动(Disturbance) τ 延迟时间(Lag Time)  第1章 绪 论 1.1 选题背景及研究意义 随着电网容量的增大和对供电质量要求的提高,现代电网中的单元机组，都无一例外地采用了协调控制系统(CCS)。 单元机组协调控制系统的任务，即当电网负荷变化时，单元机组能迅速满足负荷变化的要求，并且保持主汽压在允许的范围内。然而火力发电单元机组协调控制系统是一个复杂的多变量控制系统。系统的复杂性主要体现在以下几个方面： （1）多变量的强烈耦合。协调控制系统的压力控制回路和负荷控制回路相互关联，存在着强烈的耦合特性结构，即汽轮机侧具有快速响应特性，而锅炉侧则具有相对较慢的响应特性。 （2）机组动态特性是时变、非线性的。因此根据某一工作点下的线性化模型来设计的协调控制系统，未必能保证系统在其它工作点下的适应性，而忽略其高频非线性，这种高频非线性常常会被控制器激发而使调节过程振荡。 （3）系统存在不确定干扰，例如燃煤的煤质变化、给煤量的扰动等，使机炉协调控制系统存在着较大的不确定因素。 （4）锅炉侧存在很大的纯迟延。 面对被控对象的非线性、大滞后性和回路交叉耦合等问题，采用常规PID控制策略设计的协调控制系统(CCS)只有在平稳工况下才能投入自动，当机组动态特性发生较大变化时，难以维持正常运行。因此，人们提出多种设计方法进行尝试，并充分利用DCS提供的高级功能开发应用的优