锅炉-汽轮机非线性协调控制：反推PID方法的性能优化

本文主要探讨了"锅炉–汽轮机单元协调控制的反推PID方法"这一主题。在电力系统中，锅炉–汽轮机单元作为关键组成部分，其性能直接影响到整个发电系统的效率和稳定性。为了提升大范围变工况下单元机组的负荷适应能力和改善非线性特征对系统运行的影响，研究者采用了反推法和非线性控制策略。 首先，作者基于反推法，即一种逆向设计技术，针对一个典型的锅炉–汽轮机单元建立了一个非线性模型。通过工作点的坐标平移和适当的模型简化，将这个复杂的系统分解为两个子系统，这两个子系统共享相同的控制输入。这种方法有助于简化控制设计过程，并使问题的解决更加直观。 接下来，针对每个子系统，引入了虚拟控制变量，通过构建输出误差信号的李亚普诺夫函数（Lyapunov function），这是一种用于证明系统稳定性的重要工具。李亚普诺夫函数可以帮助分析系统的稳定性边界，确保在动态过程中，输出误差会逐渐减小并趋向于零。 通过这些步骤，研究者成功地设计出了非线性机炉协调控制器，然后将其转化为更常见的PID控制器形式。PID控制器是一种经典的线性控制器，它结合了比例（Proportional）、积分（Integral）和微分（Derivative）控制，能够有效地跟踪给定值、抵消干扰以及保持系统稳定。 通过在某500MW锅炉–汽轮机单元的仿真试验，结果验证了基于反推PID方法的协调控制器表现出极好的性能，包括良好的给定值跟随性，即能准确追踪设定的负荷；抗干扰性，即在外部扰动下仍能维持稳定运行；良好的负荷适应性，能够在不同工况下快速调整；以及鲁棒性，即对模型不确定性有较强的抵抗能力。 这项研究提供了一种有效的方法来增强锅炉–汽轮机单元在复杂运行条件下的协调控制，对提高电力系统的整体效率和可靠性具有重要意义。通过将非线性控制技术与PID控制器相结合，研究人员得以实现更精确和稳定的系统操作，为电力工程领域的实践应用带来了新的突破。