工程科学学报，第37卷，第4期：509516,2015年4月 Chinese Journal of Engineering,Vol.37,No.4:509-516,April 2015 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.016:http://journals.ustb.edu.cn 球磨机制粉系统的线性自抗扰控制 董君伊四，孙立，李东海 清华大学热能工程系电力系统国家重点实验室，北京100084 ☒通信作者，E-mail:dj0504@163.com 摘要球磨机制粉系统具有大惯性、大时滞和强耦合等特点，很难建立精确的数学模型.本文分析了球磨机制粉系统的动 态特性，并为其设计分散线性自抗扰控制方案.该方案综合分散控制和线性自抗扰控制器的优点，结构简单，不依赖于对象 精确模型，可以对被控对象中存在的耦合、干扰和不确定性等进行估计并补偿.根据实际现场要求，对球磨机制粉系统进行 设定值跟踪实验、输入扰动实验和性能鲁棒性实验，并比较所设计方案与PD方案的控制性能.结果表明，分散线性自抗扰 控制具有更强的解耦能力和抗干扰能力，且性能鲁棒性更优. 关键词球磨机：制粉：干扰抑制：线性控制系统；解耦：鲁棒性 分类号TK323:TP273 Linear active disturbance rejection control for ball mill coal-pulverizing systems DONG Jun-yi,SUN Li,LI Dong-hai State Key Lab of Power Systems,Department of Thermal Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China Corresponding author,E-mail:djy0504@163.com ABSTRACT The ball mill coal-pulverizing (BMCP)system is a multivariable coupled system with long time-delay,large inertia and parameter uncertainties.This paper analyzes the dynamic characteristics of the BMCP system and proposes a control strategy based on a decentralized linear active disturbance rejection controller (LADRC).The proposed control strategy has simple structure,strong disturbance rejection ability,and is independent of accurate mathematical models.When it is applied to the BMCP system,parameter uncertainties,disturbances and coupling in the BMCP system can be estimated and actively compensated.Based on industrial control requirements,set point tracking simulation,perturbation simulation and random Monte-Carlo experiment are carried out.In compari- son with a PID controller,the LADRC achieves better control results and has a stronger robustness. KEY WORDS ball mills;coal pulverizing:disturbance rejection:linear control systems:decoupling:robustness 球磨机制粉系统(ball mill coal-pulverizing system, 控制器，实现了控制器与专家知识的结合，使系统获得 BMCP)是火电机组中广泛使用的制粉系统，具有大惯了更好的控制品质；文献[4]研究了球磨机制粉系统 性、大时滞、强耦合等特点.在实际工程中，球磨 的解耦控制，通过设计具有对角优势的补偿器取得了 机制粉系统的有效控制对火电机组的安全经济运行具 较好的解耦效果.此外，预测控制同等也被应用到球 有重要意义.球磨机制粉系统的主要控制目标是确保 磨机制粉系统的控制器设计中，改善了系统的动态特 球磨机内存煤量接近最佳存煤量，并控制球磨机出口 性.然而，这些先进控制算法不可必可避免的具有一 温度和入口负压在合理范围内.随着现代控制理论的 些弊端，如控制结构复杂、计算量大和计算时间长网 不断发展，一些先进控制算法已在球磨机制粉系统中 对于存在较强不确定性的球磨机制粉系统，在标称模 取得了应用.文献B]为球磨机制粉系统设计了模糊 型参数发生摄动或系统受到扰动时，上述控制方法并 收稿日期：2013-11-24 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51176086)工程科学学报，第 37 卷，第 4 期: 509--516，2015 年 4 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 37，No． 4: 509--516，April 2015 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2015． 04． 016; http: / /journals． ustb． edu． cn 球磨机制粉系统的线性自抗扰控制 董君伊，孙 立，李东海 清华大学热能工程系电力系统国家重点实验室，北京 100084  通信作者，E-mail: djy0504@ 163． com 摘 要 球磨机制粉系统具有大惯性、大时滞和强耦合等特点，很难建立精确的数学模型． 本文分析了球磨机制粉系统的动 态特性，并为其设计分散线性自抗扰控制方案． 该方案综合分散控制和线性自抗扰控制器的优点，结构简单，不依赖于对象 精确模型，可以对被控对象中存在的耦合、干扰和不确定性等进行估计并补偿． 根据实际现场要求，对球磨机制粉系统进行 设定值跟踪实验、输入扰动实验和性能鲁棒性实验，并比较所设计方案与 PID 方案的控制性能． 结果表明，分散线性自抗扰 控制具有更强的解耦能力和抗干扰能力，且性能鲁棒性更优． 关键词 球磨机; 制粉; 干扰抑制; 线性控制系统; 解耦; 鲁棒性 分类号 TK323; TP273 Linear active disturbance rejection control for ball mill coal-pulverizing systems DONG Jun-yi ，SUN Li，LI Dong-hai State Key Lab of Power Systems，Department of Thermal Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China  Corresponding author，E-mail: djy0504@ 163． com ABSTＲACT The ball mill coal-pulverizing ( BMCP) system is a multivariable coupled system with long time-delay，large inertia and parameter uncertainties． This paper analyzes the dynamic characteristics of the BMCP system and proposes a control strategy based on a decentralized linear active disturbance rejection controller ( LADＲC) ． The proposed control strategy has simple structure，strong disturbance rejection ability，and is independent of accurate mathematical models． When it is applied to the BMCP system，parameter uncertainties，disturbances and coupling in the BMCP system can be estimated and actively compensated． Based on industrial control requirements，set point tracking simulation，perturbation simulation and random Monte-Carlo experiment are carried out． In compari￾son with a PID controller，the LADＲC achieves better control results and has a stronger robustness． KEY WOＲDS ball mills; coal pulverizing; disturbance rejection; linear control systems; decoupling; robustness 收稿日期: 2013--11--24 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51176086) 球磨机制粉系统( ball mill coal-pulverizing system， BMCP) 是火电机组中广泛使用的制粉系统，具有大惯 性、大时滞、强耦合等特点［1 － 2］． 在实际工程中，球磨 机制粉系统的有效控制对火电机组的安全经济运行具 有重要意义． 球磨机制粉系统的主要控制目标是确保 球磨机内存煤量接近最佳存煤量，并控制球磨机出口 温度和入口负压在合理范围内． 随着现代控制理论的 不断发展，一些先进控制算法已在球磨机制粉系统中 取得了应用． 文献［3］为球磨机制粉系统设计了模糊 控制器，实现了控制器与专家知识的结合，使系统获得 了更好的控制品质; 文献［4］研究了球磨机制粉系统 的解耦控制，通过设计具有对角优势的补偿器取得了 较好的解耦效果． 此外，预测控制［5］等也被应用到球 磨机制粉系统的控制器设计中，改善了系统的动态特 性． 然而，这些先进控制算法不可必可避免的具有一 些弊端，如控制结构复杂、计算量大和计算时间长［6］． 对于存在较强不确定性的球磨机制粉系统，在标称模 型参数发生摄动或系统受到扰动时，上述控制方法并