novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.27.180-189novtexmech-1982Research ArticleАВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И ПРОИЗВОДСТВАМИAUTOMATION AND CONTROL TECHNOLOGICAL PROCESSESРазработка и исследование комбинированной системы управления давлением пара общей паровой магистрали ТЭЦDevelopment and Research of a Combined Adaptive-Robust System for Controlling Steam Pressure in a Common Steam Main of the CHP PlantЖигаловаС. А.ZhigalovaS. A.

С. А. Жигалова, ассистент кафедры

г. Благовещенск

Blagoveshchensk, 675016

sofya-books-1999@mail.ruТеличенкоД. А.TelichenkoD. A.

Д. А. Теличенко, канд. техн. наук, доц., доцент кафедры, Амурский государственный университет; главный специалист монтажно-наладочного участка автоматики, АО "ДГК", СП "Благовещенская ТЭЦ"

г. Благовещенск

Blagoveshchensk, 675016

Blagoveshchensk, 675004

telichenko@yandex.ruШеленокЕ. А.ShelenokE. A.

Е. А. Шеленок, д-р техн. наук, доц., проф. высшей школы кибернетики и цифровых технологий

г. Хабаровск

Khabarovsk, 680035

cidshell@mail.ruАмурский государственный университетРоссияAmur State UniversityRussian FederationАмурский государственный университет; АО "ДГК", СП "Благовещенская ТЭЦ"РоссияAmur State University; AO "DGK", SP Blagoveshchensk TPPRussian FederationТихоокеанский государственный университетРоссияPacific National UniversityRussian Federation202610042026274180189Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20262026Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/1982

Обсуждается решение задачи разработки системы регулирования давления пара в общей паровой магистрали ТЭЦ с автоматическим подбором параметров регулятора с использованием генетического алгоритма.

Описан один из возможных вариантов регулирования производительности котла, заключающийся в обеспечении взаимосвязанной работы пяти ключевых элементов: главного регулятора — системы управления верхнего уровня; регулятора тепловой нагрузки, регуляторов загрузки мельниц, регуляторов первичного воздуха и аэросмеси — подчиненных контуров управления. Главный регулятор функционирует в условиях существенной неопределенности и оказывает влияние на работоспособность всего технологического комплекса по выработке тепла и электроэнергии.

Математическая модель рассматриваемого в работе технического объекта управления получена методом пассивного эксперимента на основании обработки годового объема данных по работе котла БКЗ(Е)-420-140 Благовещенской ТЭЦ. Исследования показали, что объект управления может быть представлен в виде динамической системы с постоянным запаздыванием, изменяющимися (переключающимися) параметрами и структурой в различных режимах функционирования, с относительной степенью передаточной функции, большей или равной единице. Для работы с данным многорежимным объектом разработана система управления, содержащая два эквивалентных фильтр-корректора — задающий и выходной; неявную эталонную модель; синтезированный (на этапе структурного синтеза) на основе критерия гиперустойчивости В. М. Попова комбинированный (адаптивно-робастный) алгоритм управления.

На заключительном этапе исследования — имитационном моделировании — проведено сравнение работы двух алгоритмов управления — разработанного адаптивно-робастного и классического пропорционально-интегрального. Для обеспечения качественной работы была выполнена процедура автоматического поиска параметров для регуляторов обеих систем управления на основе генетического алгоритма (параметрический синтез) и оценка качества их работы с помощью интегральной квадратичной ошибки.

Полученные в статье результаты могут быть использованы для обеспечения эффективной работы крупных теплоэнергетических систем, тепловых, электрических и атомных станций.

The article proposes a solution for developing a steam pressure control system in the common steam main of the Blagoveshchensk Thermal Power Plant with automatic selection of parameters based on a genetic algorithm. A possible steam output of a boiler control option at a power plant is described. It involves the interconnected operation of five key components: the main controller — the upper-level control system; the heat load controller, mill loading controllers, primary air and air mixture controllers — the subordinate control loops. The main controller operates under conditions of significant uncertainty and impacts the performance of the entire heat and power generation system. The mathematical model of the control plant was obtained using a passive experiment based on an annual data on the operation of the BKZ(E)-420-140 boiler. The control plant can be represented by a system with a constant delay, changing parameters and structure in various operating modes, with a relative degree of the transfer function greater than or equal to unity. In this article we implement a procedure for the complete synthesis of the control system using: two equivalent filter-correctors — a setting and an output one, an implicit reference model, an adaptive-robust control algorithm synthesized based on hyperstability criterion (at the structural synthesis stage), and a genetic algorithm (at the parametric synthesis stage). At simulation the performance of two control algorithms was compared: the developed adaptive-robust control algorithm and the classical proportional-integral control algorithm.The results obtained in this article can be used to ensure the efficiency of large thermal power systems.

давление пара в общей паровой магистралиглавный регулятормногорежимный объект управлениязадающий и выходной фильтр-корректорыкомбинированный алгоритм управлениягенетический алгоритмимитационное моделированиеsteam pressure in the common steam mainmain controllermulti-mode control systemsetting and output filter-correctorscombined control algorithmgenetic algorithmsimulation modelingРабота выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FEME-2024-0010).The work was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (project № FEME-2024-0010).ReferencesМазурова О. В., Гальперова В. И., Локтионов В. И. Перспективная оценка спроса на электроэнергию в РФ и регионах с учетом углубленной электрификации // Экономика региона. 2022. Т. 18, № 2. C. 528—541.Mazurova O. V., Galperova E. V., Loktionov V. I. Forecasting electricity demand in the Russian Federation and its regions taking into account electrification expansion, Economy of Regions, 2022, vol. 18, no. 2, pp. 528—541 (in Russian).Graham E., Fulghum N., Altieri K. Global Electricity Review 2025 // Ember. 2025. URL: https://ember-energy.org/app/uploads/2025/04/Report-Global-Electricity-Review-2025.pdfGraham E., Fulghum N., Altieri K. Global Electricity Review 2025 // Ember, 2025. URL: https://ember-energy.org/app/uploads/2025/04/Report-Global-Electricity-Review-2025.pdfВеселов Ф. В., Ерохина И. В., Макарова А. С., Соляник А. И., Урванцева Л. В. Энергоэкономическая оценка стратегий повышения энергетической эффективности теплоэнергетики России // Теплоэнергетика. 2021. № 12. С. 20—32.Veselov F. V., Erokhina I. V., Makarova A. S., Solyanik A. I., Urvantseva L. V. Energy-economic assessment of the strategies for energy efficiency improvements at thermal power plants in Russia, Thermal Engineering, 2021, vol. 12, pp. 20—32 (in Russian).Тумановский А. Г. Перспективы развития угольных ТЭС России // Теплоэнергетика. 2017. № 6. С. 3—13.Tumanovskii A. G. Prospects for the development of coalsteam plants in Russia, Thermal Engineering, 2017, vol. 6, pp. 3—13 (in Russian).Еремин Е. Л., Теличенко Д. А. Автоматизированная система регулирования расхода топлива на ТЭЦ // Информатика и системы управления. 2011. Т. 28, № 2. С. 157—168.Eremin E. L., Telichenko D. A. The automated system of regulation of fuel consumption at thermal power manufacture, Information Science and Control Systems, 2011, vol. 28, no. 2, pp. 157—168 (in Russian).Gilman G. F. Boiler control systems // G. F. (Jerry) Gilman. US.: ISA — The Instrumentation, Systems, and Automation Society. 2010. 198 p.Gilman G. F. Boiler control systems, G. F. (Jerry) Gilman, US., ISA — The Instrumentation, Systems, and Automation Society, 2010, 198 p.Теличенко Д. А., Никольский Д. И. Математические модели для одного класса сложных инерционных объектов с изменяющейся динамикой и запаздыванием // Электронное научное издание "Ученые заметки ТОГУ". 2016. Т. 7, № 3. С.142—151.Telichenko D. A., Nikolskiy D. I. Mathematical models for one class of complex inertial objects with the changing dynamics and delay, Electronic scientific journal "Scientists notes PNU", 2016, vol. 7, no. 3, pp. 142—151 (in Russian).Eremin E. L., Nikiforova L. A., Telichenko D. A., Shelenok E. A. Аdaptive control system for structurally undefined thermal power plant on set of functioning states // Cybernetics and Physics. 2022. Vol. 11, N. 2. P. 67—73.Eremin E. L., Nikiforova L. A., Telichenko D. A., Shelenok E. A. Аdaptive control system for structurally undefined thermal power plant on set of functioning states, Cybernetics and Physics, 2022, vol. 11, no. 2, pp. 67—73 (in Russian).Daafouz J. Stability analysis and control synthesis for switched systems: a switched Lyapunov function approach // IEEE Trans. on Autom. Control. 2002. Vol. 47, N. 11. P. 1883—1887.Daafouz J. Stability analysis and control synthesis for switched systems: a switched Lyapunov function approach, IEEE Trans. on Autom. Control, 2002, vol. 47, no. 11, pp. 1883—1887.Zhai G., Xu X. A unified approach to analysis of switched linear descriptor systems under arbitrary switching // Int. J. of Appl. Mathematics Computer and Science. 2010. Vol. 20, N. 2. P. 249—259.Zhai G., Xu X. A unified approach to analysis of switched linear descriptor systems under arbitrary switching, Int. J. of Appl. Mathematics Computer and Science, 2010, vol. 20, no. 2, pp. 249—259.Цыкунов А. М. Робастное управление линейными объектами с переключениями // Проблемы управления. 2017. № 4. С. 2—7.Tsykunov A. M. Robust control of linear objects with switching, Control Sciences, 2017, no. 4, pp. 2—7 (in Russian).Еремин Е. Л. Метод большого коэффициента усиления в задаче самоорганизации систем управления структурно неопределенными линейными объектами с переключениями. II // Информатика и системы управления. 2022. № 2 (72). С. 60—73.Eremin E. L. Method of large gain in the problem of self-organization of control systems of structurally indeterminate linear plants with switching. II, Information Science and Control Systems, 2022, vol. 72, no. 2, pp. 60—73 (in Russian).Shelenok E. A., Zhigalova S. A. Combined Control System for a Multi-Mode Plants With Delays in State and Neutral Type // 2025 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). Sochi. Russian Federation. 2025. P. 454—459. DOI: 10.1109/ICIEAM65163.2025.11028523.Shelenok E. A., Zhigalova S. A. Combined Control System for a Multi-Mode Plants With Delays in State and Neutral Type, 2025 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). Sochi, 2025, pp. 454—459, DOI: 10.1109/ICIEAM65163.2025.11028523.Еремин Е. Л. L-диссипативность гиперустойчивой системы управления при структурных возмущениях. III // Информатика и системы управления. 2007. Т. 14, № 2. C. 153—165.Eremin E. L. L-dissipativity of hyperstable control system in structural indignation. IV, Information Science and Control Systems, 2013, vol. 36, no. 2, pp. 100—106 (in Russian).Краснова С. А. Каскадный синтез наблюдателя состояния для нелинейных систем при наличии внешних возмущений // Автоматика и телемеханика. 2003. № 1. С. 31—54.Krasnova S. A. Cascaded design of the state observer for nonlinear systems in the presence of external perturbations, Automation and Remote Control, 2003, vol. 1, pp. 31—54 (in Russian).Захарова Е. М., Минашина И. К. Обзор методов многомерной оптимизации // Информационные процессы. 2014. Т. 14, № 3. С. 256—274.Zakharova E. M., Minashina I. K. Review of multidimensional optimization methods, Information Processes, 2014, vol. 14, no. 3, pp. 256—274 (in Russian).Holland J. H. Adaptation in Natural and Artificial Systems: An Introductory Analysis with Applications to Biology, Control, and Artificial Intelligence. The MIT Press, Cambridge, 1992.Holland J. H. Adaptation in Natural and Artificial Systems: An Introductory Analysis with Applications to Biology, Control, and Artificial Intelligence, The MIT Press, Cambridge, 1992.Harik G. R., Lobo F. G., Goldberg D. E. The Compact Genetic Algorithm // IEEE Transactions on Evolutionary Computation. 1999. Vol. 3, N. 4. Р. 287—297.Harik G. R., Lobo F. G., Goldberg D. E. The Compact Genetic Algorithm, IEEE Transactions on Evolutionary Computation, 1999, vol. 3, no. 4, pp. 287—297.Рутковская Д. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы: пер. с польск. И. Д. Рудинского. М.: Горячая линия — Телеком, 2006.Rutkovskaya D. Neural networks, genetic algorithms and fuzzy systems: trans. from Polish. I. D. Rudinsky, Moscow, Hotline, Telecom, 2006 (in Russian).Шеленок Е. А. Периодические системы нелинейного управления в условиях неопределенности: дис. ... д-ра техн. наук. Хабаровск, ТОГУ, 2022.Shelenok E. A. Repetitive systems of nonlinear control under uncertainty: dissertation ... Dr. tech. sciences, Khabarovsk, PNU, 2022 (in Russian).Плетнев Г. П. Автоматизация технологических процессов и производств в теплоэнергетике: учебник для студентов вузов. М.: Издательский дом МЭИ, 2007. 352 с.Pletnev G. P. Automation of technological processes and production in thermal power engineering, Moscow, MEI, 2007, 352 p. (in Russian).Еремин Е. Л, Теличенко Д. А., Семичевская Н. П., Чепак Л. В., Шеленок Е. А. Управление техническими системами в условиях неопределенности. Благовещенск, Амурский государственный университет, 2014. 211 с.Eremin E. L., Telichenko D. A., Semichevskaya N. P., Chepak L. V., Shelenok E. A. Control of technical systems under uncertainty, Blagoveshchensk, 2014 (in Russian).Никифорова Л. В. Система управления структурно и параметрически неопределенным неаффинным объектом с запаздываниями нейтрального типа и по управлению // Информатика и системы управления. 2021. Т. 70, № 4. С. 110—121.Nikiforova L. V. Control system for structurally and parametrically undefined non-affine plant with neutral type delay and control delay, Information Science and Control Systems, 2021, vol. 70, no. 4, pp. 110—121 (in Russian).Попов В. М. Гиперустойчивость автоматических систем. М.: Наука, 1970.Popov V. M. Hyperstability of automatic systems, Moscow, Nauka, 1970 (in Russian).Khalil H. K. Nonlinear Systems. New Jersey: Prentice Hall, 2002.Khalil H. K. Nonlinear Systems, New Jersey, Prentice Hall, 2002.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.