随着发电机组朝大容量、高参数方向发展,非线性、参数时变、大时滞、外部扰动、多变量耦合等特性越显突出。为确保发电机组安全、稳定和高效运行,提高发电机组的自动化水平是一关键途径。论文研究了一种适合于参数不确定系统、非最小相位系统、时滞系统和 MIMO 非线性强耦合对象的自抗扰PID 控制方法,及其在发电机组控制中的应用。论文主要工作包括:首先,为一类参数不确定性对象设计自抗扰 PID 控制器。基于 Kharitonov定理和广义 Kharitonov 定理,分析自抗扰 PID 镇定整个区间对象族的稳定性,并获得控制器参数集。在此基础上,通过 ITAE 与控制输入加权指标优化控制器参数。研究结果表明,该方法有助于改善一类不确定系统的鲁棒稳定性能。其次,探索一种适宜于非线性非最小相位系统的自抗扰 PID 控制方法。通过引入动态扩张技术将非线性非最小相位系统扩张为高维的稳定的零动态系统,然后设计自抗扰 PID 控制器。将该方法应用于水轮发电机组控制系统,由刚性水锤模型下设计自抗扰 PID 控制器并推广应用于弹性水锤效应系统。数值仿真实验显示,采用针对非线性非最小相位特性设计的自抗扰 PID 控制器,有利于增强系统的暂态稳定性和抗扰动能力。然后,提出一种适合高阶系统和时滞对象的自抗扰 PID 控制器。首先将对象近似为一阶加纯延时系统,用一个二阶观测器观测系统的各种未知因素,结合经典反馈理论,得到一个四参数的自抗扰 PID 控制器。由 Z-N 整定公式推导出其中的三个控制器参数整定公式,然后根据 Z-N 整定系统动态性能调节自由参数。锅炉过热汽温自抗扰 PID 控制系统仿真实验说明,该方法能够有效改善高阶和时滞对象控制系统的动态性能,增强系统的适应性和鲁棒性。最后,研究具有强耦合的 MIMO 非线性过程对象的自抗扰 PID 控制。针对机炉协调控制系统的特点,将自抗扰 PID 控制器改进为自抗扰 PI 控制器,无需另加补偿阵就能够实现完全解耦,并保证系统在大工况范围内稳定运行。大量仿真研究表明,自抗扰 PID 控制方法具有零稳态误差跟踪、低超调、很强的抗内外干扰能力和鲁棒适应性能。