Problem of Controlling a Steam Generator under Uncertainty with Constraints on the Phase Variables and Controls

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The problem of controlling a steam generator is considered, taking into account restrictions on the phase variables and control under the effect of external uncontrolled disturbances. To synthesize the control law, a block approach is used with the formation of linear local relationships with saturation, which makes it possible to take into account restrictions on phase variables and control when choosing feedback parameters. Under conditions of incomplete information about the state vector and under the effect of external disturbances, an observer of states and disturbances is synthesized, which makes it possible to obtain estimates of unknown signals with the given accuracy. The efficiency of the proposed algorithms is confirmed by the results of numerical simulation.

About the authors

S. I. Gulyukina

Trapeznikov Institute of Control Sciences, Russian Academy of Sciences, 117997, Moscow, Russia

Email: gulyukina.s.i@mail.ru
Москва, Россия

V. A. Utkin

Trapeznikov Institute of Control Sciences, Russian Academy of Sciences, 117997, Moscow, Russia

Author for correspondence.
Email: vicutkin@ipu.ru
Москва, Россия

References

  1. De Mello F.P. Boiler Models for System Performance Studies // IEEE Transaction on Power Systems. 1991. № 1. V. 6. P. 66–74.
  2. De Mello F.P. Dynamic Models for Fossil Fueled Steam Units in Power System Studies // IEEE Transaction on Power Systems. 1991. № 2. V. 6. P. 753–761.
  3. Johan Astrom K., D Bell R. Drum Boiler Dynamics // Automatica. 2000. № 36. P. 363–378.
  4. Labibi B., Marquez H.J., Chen T. Decentralized Robust PI Controller Design for an Industrial Utility Boiler // Process Control. 2009. V. 19. P. 216–230.
  5. Utkin A.V., Utkin V.A., Krasnov S.A. Synthesis of a Control System for a Waste Heat Boiler with Forced Circulation under Restrictions on Control Actions. Mathematics. 2022. V. 10. P. 1–24. https://doi.org/10.3390/ math10142397
  6. Уткин В.А. Инвариантность и автономность в системах с разделяемыми движениями // АиТ. 2001. № 11. С. 73–94.
  7. Utkin A.V. Synthesis of a Control System for a Steam Turbine // Automation and Remote Control. 2018. V. 79. № 12. P. 2185–2201.
  8. Krstic M., Kokotovic P.V., Kanellakopoulos I. Nonlinear and Adaptive Control Design, 1st Edition. USA: John Wiley Sons, Inc, 1995.
  9. Bolek W., Sasiadek J., Wisniewski T. Adaptive Backstepping Control of a Power Plant Station Model // IFAC 15-th Triennial World Congress. Barselona, Spain, 2002. P. 1650–1655.
  10. Краснова С.А., Сиротина Т.Г., Уткин В.А. Структурный подход к робастному управлению // АиТ. 2011. № 8. С. 65–95.
  11. Zheng K., Bentsman J., Taft C. W. Full Operating Range Robust Hybrid Control of a Coal-Fired Boiler/Turbine Unit // Dynamic Systems, Measurement, and Control. 2008. № 4. V. 130. P. 1–14.
  12. Уткин В.А., Уткин А.В. Задача слежения в линейных системах с параметрическими неопределенностями при неустойчивой нулевой динамике // АиТ. 2014. № 9. С. 62–81.
  13. Loukianov A.G., Dominguez J. Rivera, Sastillo-Toledo B. Robust Sliding Mode Regulation of Nonlinear Systems // Automatica. 2018. V. 89. P. 241–246.
  14. Loukianov A.G. Robust Block Decomposition Sliding Mode Control Design // Mathematical Problems in Engineering. 2002. V. 74. P. 349–365.
  15. Loukianov A.G., Dominguez J.R., Sastillo-Toledo B. Robust Sliding Mode Regulation of Nonlinear Systems // Automatica. 2018. V. 89. P. 241–246.
  16. Краснова С.А., Уткин В.А., Уткин А.В. Блочный подход к анализу и синтезу инвариантных нелинейных систем слежения // АиТ. 2017. № 12. С. 26–53.
  17. Уткин В.А. Метод разделения движений в задачах наблюдения // АиТ. 1990. № 3. С. 27–37.
  18. Khalil H.K., Praly L. High-Gain Observers in Nonlinear Feedback Control // Int. J. Robust and Nonlinear Control. 2014. V. 24. № 6. P. 993–1015.
  19. Маликов А.И. Синтез наблюдателей состояния и неизвестных входов для нелинейных липшицевых систем с неопределенными возмущениями // АиТ. 2018. № 3. С. 21–43.
  20. Campo E., Monroy J., Abundis H., Chemori A., Creuze V., Torres J. A Nonlinear Controller Based on Saturation Functions with Variable Parameters to Stabilize an AUV // Int. J. Nav. 2019. V. 11. P. 211–224.
  21. Гулюкина С.И., Уткин В.А. Управление реактором с непрерывным перемешиванием в условиях неопределенности и с учетом ограничений на фазовые переменные и управления // Проблемы управления. 2021. № 5. С. 48–59.
  22. Antipov A., Krasnova S, Utkin V. Methods of Ensuring Invariance with Respect to External Disturbances: Overview and New Advances. Mathematics. 2021. V. 9. P. 1–20. https://doi.org/10.3390/ math9233140
  23. Кочетов С.А., Уткин В.А. Вихревые алгоритмы в задаче управления двигателем постоянного тока // Проблемы управления. 2014. № 5. С. 20–27.
  24. Краснов Д.В., Уткин А.В. Синтез многофункциональной системы слежения в условиях неопределенности // УБС. 2017. Вып. 69. С. 29–49.
  25. Кокунько Ю.Г., Краснова С.А., Уткин В.А. Каскадный синтез дифференциаторов с кусочно-линейными корректирующими воздействиями // АиТ. 2021. № 7. С. 37–68.

Supplementary files


Copyright (c) 2023 С.И. Гулюкина, В.А. Уткин