多變量廣義預(yù)測(cè)控制優(yōu)化的循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鍋爐燃燒過程控制技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種多變量廣義預(yù)測(cè)控制優(yōu)化的循 環(huán)流化床鍋爐燃燒過程多變量比例積分微分（PID)控制方法，尤其是一種多變量廣義預(yù)測(cè) 控制優(yōu)化的循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 循環(huán)流化床鍋爐（CFBB)具有燃料適應(yīng)性廣、低污染燃燒、負(fù)荷調(diào)節(jié)能力強(qiáng)等優(yōu) 點(diǎn)，近年來在發(fā)電、供熱、煉鋼、化工等行業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。燃燒過程是循環(huán)流化 床鍋爐的一個(gè)主要系統(tǒng)，燃燒過程的控制品質(zhì)直接影響到循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行的安全性與 經(jīng)濟(jì)性。
[0003] 目前循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程的控制方法基本采用傳統(tǒng)多變量比例積分微分 (PID)控制，PID控制具有實(shí)施方便、模型依賴性低、原理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但由于燃燒過程具有 強(qiáng)禪合、多變量、慢時(shí)變、大滯后等復(fù)雜特性，傳統(tǒng)多變量PID的控制質(zhì)量不高，導(dǎo)致鍋爐燃 燒效率低、磨損嚴(yán)重和廠用電高等問題，很難適應(yīng)節(jié)能減排W及環(huán)境保護(hù)的需求。
[0004] 廣義預(yù)測(cè)控制（GPC)是一種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，適用于難W建立精確的數(shù)學(xué) 模型且動(dòng)態(tài)過程復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程。循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程是一個(gè)典型的多變量、強(qiáng) 禪合、非線性、動(dòng)態(tài)過程復(fù)雜的控制系統(tǒng)，同樣難W建立精確的數(shù)學(xué)模型。中國(guó)專利"一種循 環(huán)流化床鍋爐燃燒過程多變量控制方法"，申請(qǐng)?zhí)朇N201110422623. 4,公開了一種循環(huán)流化 床鍋爐燃燒過程多變量廣義預(yù)測(cè)控制方法，運(yùn)種單純的多變量廣義預(yù)測(cè)控制方法雖然在理 論上能夠提高燃燒過程控制品質(zhì)，但由于該控制方法建立在約束優(yōu)化問題描述和求解的基 礎(chǔ)上，對(duì)計(jì)算機(jī)的環(huán)境和培訓(xùn)維護(hù)成本較高，不如多變量PID控制器形式簡(jiǎn)潔、易于理解和 掌握，實(shí)施難度大，難于實(shí)際應(yīng)用到循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程控制中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對(duì)多變量廣義預(yù)測(cè)控制方法的應(yīng)用不足之處，提供一種多變量 廣義預(yù)測(cè)控制優(yōu)化的循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程控制方法，該方法將多變量廣義預(yù)測(cè)控制和 多變量PID控制技術(shù)結(jié)合，控制品質(zhì)高、形式簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便，尤其適用于具有強(qiáng)禪合、多變 量、慢時(shí)變、大滯后等復(fù)雜特性的循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程的控制。
[0006] 為解決現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：
[0007] -種多變量廣義預(yù)測(cè)控制優(yōu)化的循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程多變量PID控制方法， 其特征在于該方法包括W下步驟：
[0008] 步驟1、初始化循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程控制器設(shè)計(jì)參數(shù)：床溫、主蒸汽壓力和爐 膛出口煙氣含氧量預(yù)測(cè)步數(shù)Pi、？2、P3,床溫、主蒸汽壓力和爐膛出口煙氣含氧量控制加權(quán) 系數(shù)ri、。、床溫、主蒸汽壓力和爐膛出口煙氣含氧量參考軌跡系數(shù)01、02、03,多變量 漸消記憶遞推最小二乘法辨識(shí)初值與巧、P(〇)，遺忘因子μ;
[0009] 步驟2、根據(jù)采集的循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程的過程變量數(shù)據(jù)，通過多變量漸消記 憶遞推最小二乘法辨識(shí)建立燃燒過程的模型；
[0010] 步驟3、根據(jù)多變量廣義預(yù)測(cè)控制的特性對(duì)PIDi、ΡΙ〇2、PI化控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化 整定，并將整定結(jié)果解禪；
[0011] 步驟4、根據(jù)步驟3得到的ΡΙ化、ΡΙ〇2、ΡΙ化控制器參數(shù)，分別構(gòu)成控制量控制給煤 量、一次風(fēng)量和二次風(fēng)量，進(jìn)而控制床溫、主蒸汽壓力和爐膛出口煙氣含氧量；
[0012] 步驟5、進(jìn)入下一個(gè)時(shí)刻，返回步驟2,重復(fù)進(jìn)行步驟2到步驟5的過程。
[0013] 上述的步驟3的具體過程為：
[0014] 3-曰、根據(jù)丟番圖方程組計(jì)算后移算子q1的多項(xiàng)式巧、聽聽聽、巧、巧、巧.'=U、；
[0015] 3-b、建立循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程k+j時(shí)刻床溫預(yù)測(cè)值yip(k+j)、k+j時(shí)刻主蒸汽 壓力預(yù)測(cè)值y2p(k+j)和k+j時(shí)刻爐膛出口煙氣含氧量預(yù)測(cè)值y3p化+j);
[0016] 3-C、建立床溫多步預(yù)測(cè)值Yi，主蒸汽壓力多步預(yù)測(cè)值Y2,爐膛出口煙氣含氧量多 步預(yù)測(cè)值Y3;
[0017] 3-t建立床溫、主蒸汽壓力和爐膛出口煙氣含氧量的目標(biāo)函數(shù)Ji化)、J2化)、 山化)，床溫、主蒸汽壓力和爐膛出口煙氣含氧量的控制步數(shù)Mi、M2、M3值取1 ;
[001引 3-e、將給煤量增量Δι?ι化)、一次風(fēng)量增量Δι?2化)、二次風(fēng)量增量Au3(k)形式進(jìn) 行變換，代入目標(biāo)函數(shù)Ji化)、J2化)、山化）中進(jìn)行優(yōu)化，并將優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行解禪處理，得到公 式：
[0019]

[003引 ei化)、ei化-1)、ei化-?分別是k時(shí)刻、k-1時(shí)刻、k-2時(shí)刻床溫參考軌跡值和實(shí) 際值之間的誤差；θ2化)、θ2化-1)、θ2化-2)分別是k時(shí)刻、k-1時(shí)刻、k-2時(shí)刻主蒸汽壓力參 考軌跡值和實(shí)際值之間的誤差；化)、化-1)、化-2)分別是k時(shí)刻、k-1時(shí)刻、k-2時(shí)刻 爐膛出口煙氣含氧量參考軌跡值和實(shí)際值之間的誤差；ri，。為控制加權(quán)系數(shù)；馬是k時(shí) 刻床溫預(yù)測(cè)誤差，焉是k時(shí)刻主蒸汽壓力預(yù)測(cè)誤差，是k時(shí)刻爐膛出口煙氣含氧量預(yù)測(cè)誤 差；hi、h2、h3為床溫、主蒸汽壓力和爐膛出口煙氣含氧量預(yù)測(cè)誤差校正矩陣；f1、f2、f3為床 溫、主蒸汽壓力和爐膛出口煙氣含氧量自由運(yùn)動(dòng)項(xiàng)；Pi、？2、P3為床溫預(yù)測(cè)步數(shù)、主蒸汽壓力 預(yù)測(cè)步數(shù)和爐膛出口煙氣含氧量預(yù)測(cè)步數(shù)，Pi、P2、P3取值不同；Μ1、M2、Ms為床溫、主蒸汽壓 力和爐膛出口煙氣含氧量的控制步數(shù)；ri、。、。為床溫、主蒸汽壓力和爐膛出口煙氣含氧量 的控制加權(quán)系數(shù)；Ylf、Y2f、Y3f為床溫、主蒸汽壓力和爐膛出口煙氣含氧量不同時(shí)刻參考軌跡 值組成的矩陣；yir(k4)、Yzr化+j)、y3r化+j)為k+j時(shí)刻床溫、主蒸汽壓力和爐膛出口煙氣 含氧量參考軌跡的值；β1、β2、03為床溫、主蒸汽壓力和爐膛出口煙氣含氧量參考軌跡系 數(shù)；k時(shí)刻床溫設(shè)定值為似、y2s似、y3s(k)分別為k時(shí)刻床溫、主蒸汽壓力、爐膛出口煙 氣含氧量設(shè)定值；yi(k)表示k時(shí)刻床溫的實(shí)際輸出，y2(k)表示k時(shí)刻主蒸汽壓力的實(shí)際 輸出，Y3化）表不k時(shí)刻爐膛出口煙氣含氧量的實(shí)際輸出；Ii，I2,13為單位矩陣；AU1(k-1)、 A%化-1)、A1I3化-1)分別表示k-1時(shí)亥Ij的給煤量增量、一次風(fēng)量增量和二次風(fēng)量增量。
[0036] 3-f、利用步驟3-e公式計(jì)算k時(shí)刻PI化、ΡΙ〇2、PI化控制器的參數(shù)：
[0037]
[0038]其中，Vi似=[V1。似，V。似，V。似]Τ，Vz似=[V2。似，V21似，V22似]Τ， V3化）=[V 30化)，V 31化)，V 32化)]T;k P1化）、kii化）、k"化）是k時(shí)刻給煤量的PIDi控制器 的比例、積分、微分系數(shù)；kp2化)、ki2化)、kd2(k)是k時(shí)刻一次風(fēng)量的ΡΙ〇2控制器的比例、積 分、微分系數(shù)；kp3化)、ki3化)、kd3(k)是k時(shí)刻二次風(fēng)量的ΡΙ化控制器的比例、積分、微分系 數(shù)。
[0039]在上述步驟4中，k時(shí)刻的給煤量、一次風(fēng)量和二次風(fēng)量為：

[0043] 其中，Ui化)、％化)、叫似分別表示k時(shí)刻的給煤量、一次風(fēng)量和二次風(fēng)量， Ui化-1)、％化-1)、1?化-1)分別表不k-1時(shí)刻的給煤量、一次風(fēng)量和二次風(fēng)量。
[0044] 在上述步驟3中，所述的床溫、主蒸汽壓力和爐膛出口煙氣含氧量的預(yù)測(cè)步數(shù)Pi、 Ρζ、Ρ池