摘要电厂锅炉主汽温具有大延迟、大惯性、非线性等特点，传统的PID控制很难取得满意的控制品质，本文在线性PID的基础上，引入跟踪微分器及非线性模块，构造出一种新型的非线性PID控制器，进而提出了汽温非线性PID控制方案，对其进行仿真，并进行了抗干扰能力和鲁棒性测试。
结果表明相比于线性PID，非线性PID具有更好地控制品质，并且具有较强的抗干扰能力和鲁棒性。
尽管线性理论不仅在理论上完善，在各种国防和工业控制中也已成功地应用，但是随着现代科学技术的发展和现代工业对控制系统性能要求的不断提高，线性反馈控制已经很难满足各种实际需要。
大多数控制系统往往是非线性的，采用近似的线性模型虽然可以更全面、更容易地分析系统的各种性能，却很难刻画出系统的非线性本质，所设计的控制器也很难达到系统的性能要求。
线性系统的动态特性已不足以解释许多常见的实际非线性现象。
早期的非线性系统分析与设计没有自身的理论体系，对非线性系统的处理主要是采用将非线性特性分段线性化，然后使用线性控制理论分析与设计。
关键词：非线性PID控制器；电厂锅炉主汽温；使用Matlab仿真Power plant boiler main steam temperature with large delay, large inertia and nonlinear characteristics of the traditional PID control is difficult to obtain satisfactory control quality, this article on the basis of the linear PID, the introduction of tracking differentiator and nonlinear module, a new kind of nonlinear PID controller is constructed, and steam temperature of nonlinear PID control scheme is presented, simulation, and the anti-jamming ability and robustness test. The results show that compared with the linear PID, nonlinear PID has better control quality, and has strong anti-jamming ability and robustness.Although linear theory not only perfect in theory, in a variety of national defense and also has been successfully used in industrial control, but with the development of modern science and technology and the continuous improvement of modern industrial control system performance requirements, the linear feedback control has been difficult to meet various practical needs. Most often is the nonlinear control system, an approximate linear model can be more comprehensive, more easily analysis various performance of the system, but it is difficult to depict a nonlinear nature of the system, the designed controller is difficult to meet the requirements of the performance of the system. Dynamic characteristics of a linear system is not enough to explain the actual nonlinear phenomena of the many common. Nonlinear system analysis and design of the early without its own theoretical system, handling of the nonlinear system is mainly used to nonlinear piecewise linearization, and then use the linear control theory analysis and design.Key words: nonlinear PID controller; Power plant boiler main steam temperature; Using matlab simulation摘要 (I)A BSTRACT (II)1引言 (1)1.1选题的背景及意义 (1)1.2国内外发展水平及面临的问题 (1)1.3课题研究内容 (2)2非线性PID控制器 (4)2.1非线性理论 (4)2.1.1非线性控制的经典方法及局限性 (4)2.1.2 非线性系统理论的最新发展及问题 (5)2.2跟踪微分器（TD） (7)2.2.1 跟踪微分器的数学表达式 (7)2.2.2 跟踪微分器的数学模型的搭建（simulink下的实现） (9)2.2.3 跟踪微分器的仿真实现与分析 (11)2.3非线性组合 (13)2.3.1 几种典型的非线性组合 (13)2.3.2非线性组合的数学模型实现 (14)2.3.3非线性组合的simulink搭建及仿真实现 (14)2.4非线性PID控制器 (15)2.5α、δ对非线性函数FAL的影响及假设 (16)2.5.1α对非线性函数fal的影响 (16)2.5.2δ对非线性函数fal的影响 (18)2.6δ对跟踪微分器的影响 (19)3电厂主汽温控制系统方案 (21)3.1火电厂主汽温常规控制方案 (21)3.1.1串级调节系统 (21)3.1.2 仿真实例 (22)3.2火电厂主汽温非线性PID控制方案 (23)3.2.1非线性PID串级控制系统结构 (23)3.2.2仿真实现与结果分析 (24)4主汽温非线性控制的仿真研究 (26)4.1线性比例与非线性比例作用的比较与分析 (26)4.1.1参数设置 (26)4.1.2 仿真实现与结果分析 (26)4.2线性积分与非线性积分作用的比较与分析 (27)4.2.1 参数设置 (27)4.2.2 仿真实现与结果分析 (27)4.3线性比例微分与非线性比例微分作用的比较与分析 (28)4.3.1 参数设置 (28)4.3.2 仿真实现与结果分析 (29)4.4线性PID与非线性PID作用的比较与分析 (30)4.4.1 参数设置 (30)4.4.2 仿真实现与结果分析 (30)4.5非线性PID抗干扰能力测试与分析 (31)4.5.1 PID抗干扰能力测试 (31)4.5.2 不含TD非线性PID抗干扰能力测试 (31)4.5.3 含TD的非线性PID抗干扰能力测试 (32)4.6非线性PID鲁棒性测试与分析 (33)5结论 (37)5.1结论 (37)5.2展望 (37)参考文献 ........................................................................................... 错误！未定义书签。
谢辞 .. (40)1引言1.1选题的背景及意义在轻工、化工等很多行业的过程控制中，被控对象大都带有滞后特性，例如，热量、物料和信号等的转移或转换需经过一定的时间，这便造成了许多过程存在大的滞后时间。
无论控制作用如何，在滞后时间阶段，控制作用对过程变量的影响是不可测的。
更为重要的是，时间滞后导致了过程变量输出不能迅速地响应控制信号，这等于在这段时间内反馈作用失效，而反馈是自动控制所必须得到的信息。
过热蒸汽温度是锅炉运行质量的重要指标之一，过热蒸汽温度或高或过低都会显著地影响电厂的安全性和经济性。
过热蒸汽温度过高，可能造成过热器、蒸汽管道和汽轮机的高压部分金属损坏；过热蒸汽温度的过低，又会降低热效率并影响汽轮机的安全经济运行。
所以锅炉运行中保持过热蒸汽温度的稳定性，对于减少设备损耗、确保整个热力网安全运行具有重大的意义。
然而，过热汽温控制对象具有时变、不确定性和非线性等复杂特性。
过热器管道较长和蒸汽容积较大，当减温水流量发生变化时过热器出口蒸汽温度容易出现较大的迟延；负荷变化时，主蒸汽温度对象的动态特性变化明显。
此外，主蒸汽温度对象还具有分布参数和扰动变量多的特点，这都给常规的控制带来一定的难度。
PID控制方案是目前应用最广泛的控制策略之一，但若用PID来控制具有显著时间滞后的过程，则控制器输出在滞后时间内由于得不到合适的反馈信号保持增长，从而导致系统响应超调大甚至使系统失控。
传统的火电厂主汽温控制系统大多采用常规的PID串级控制方案。
但是模型参数的不确定性以及在控制系统的运行中出现环境变化、元件老化等问题，采用常规的PID控制就很难取得满意的控制品质。
非线性PID控制器是在研究分析经典PID控制的基础上，利用非线性机制，汲取经典PID的思想精华，改进其“简单处理”的缺陷，构造出一种新型实用控制器。
它采用非线性机制以提高控制系统性能的目的。
因此，本文提出将非线性PID控制器应用到火电厂主汽温控制系统中，仿真试验结果表明其控制品质由于常规PID控制。
1.2国内外发展水平及面临的问题控制理论的形成和发展，是从1932年乃奎斯特发表关于反馈放大器稳定性的经典论文开始，到现在为止，已经经历了经典控制理论阶段和现代控制理论阶段。
自动控制理论随着科学技术的发展、被控对象种类的增多和控制性能要求的提高，不断发展和完善。
经典控制理论是以反馈为基础、以传递函数为系统数学模型，研究单输入-单输出、线性定常系统的分析与设计问题，主要用于工业控制以及第二次世界大战期间的军用装备。
经典控制理论的基本分析与设计方法是根轨迹法和频率特性。