一種基于改進(jìn)輸入加權(quán)預(yù)測(cè)控制器的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于改進(jìn)輸入加權(quán)預(yù)測(cè)控制器的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方法，該方法通過(guò)預(yù)測(cè)機(jī)爐協(xié)調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷參數(shù)的變化趨勢(shì)并提前調(diào)整汽機(jī)閥門開度、燃料量和總給水流量，能夠較好地克服機(jī)爐協(xié)調(diào)系統(tǒng)大慣性、大延遲的特點(diǎn)，提高控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)組負(fù)荷變化的響應(yīng)速度，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)；在預(yù)測(cè)控制器中引入輸入加權(quán)因子，采用當(dāng)前時(shí)刻和當(dāng)前時(shí)刻對(duì)未來(lái)控制時(shí)域長(zhǎng)度預(yù)測(cè)控制量的加權(quán)平均作為實(shí)際預(yù)測(cè)控制器的控制量，對(duì)控制輸入起到柔化和濾波作用，能較好地抑制系統(tǒng)輸入的振蕩，具有較好控制效果。
【專利說(shuō)明】
-種基于改進(jìn)輸入加權(quán)預(yù)測(cè)控制器的機(jī)妒協(xié)調(diào)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于改進(jìn)輸入加權(quán)預(yù)測(cè)控制器的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方法，屬于熱能動(dòng) 力工程和自動(dòng)控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 火電機(jī)組朝著高參數(shù)、大容量方向不斷發(fā)展，同時(shí)火電機(jī)組自動(dòng)化水平和控制性 能的提高也日益迫切。超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的主要任務(wù)就是把汽輪機(jī)和鍋爐作為一體 進(jìn)行控制，使機(jī)組滿足快速響應(yīng)負(fù)荷指令的要求?；痣姍C(jī)組機(jī)爐協(xié)調(diào)系統(tǒng)是被控特性非常 復(fù)雜的過(guò)程，具有非線性、大時(shí)延、強(qiáng)禪合的特點(diǎn)，其模型參數(shù)隨工況負(fù)荷的變化而大幅度 變動(dòng)。WPID控制為基礎(chǔ)的常規(guī)控制方案卻無(wú)法達(dá)到令人滿意的調(diào)節(jié)效果，導(dǎo)致大幅變工況 下控制品質(zhì)變差，影響機(jī)組正常運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。因此采用先進(jìn)的控制方法，研究火 電機(jī)組機(jī)爐協(xié)調(diào)控制的優(yōu)化策略，對(duì)提高火電機(jī)組的整體自動(dòng)化水平，保證機(jī)組安全可靠 運(yùn)行具有重要意義。
[0003] 預(yù)測(cè)控制最早于1978年被提出來(lái)，是建立在W脈沖響應(yīng)模型為基礎(chǔ)上的模型預(yù)測(cè) 啟發(fā)式控制或稱為模型算法控制。預(yù)測(cè)控制的出發(fā)點(diǎn)與傳統(tǒng)PID控制不同:通常的PID控制， 是根據(jù)過(guò)程當(dāng)前的和過(guò)去的輸出測(cè)量值和設(shè)定值的偏差來(lái)確定當(dāng)前的控制輸入，而預(yù)測(cè)控 制不但利用當(dāng)前的和過(guò)去的偏差值，而且還利用預(yù)測(cè)模型來(lái)預(yù)估過(guò)程未來(lái)的偏差值，W滾 動(dòng)確定當(dāng)前的最優(yōu)輸入策略。因此，從基本思想看，預(yù)測(cè)控制優(yōu)于PID控制。由于運(yùn)類W非參 數(shù)模型為基礎(chǔ)的預(yù)測(cè)控制算法具有建模簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易和魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng) 用，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于改進(jìn)輸入加權(quán) 預(yù)測(cè)控制器的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方法，該方法能較好地抑制系統(tǒng)輸入的振蕩，具有較好控制效 果，能夠有效改善協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的品質(zhì)。
[0005] 技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] -種基于改進(jìn)輸入加權(quán)預(yù)測(cè)控制器的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方法，包括控制系統(tǒng)和預(yù)測(cè)控 制器，在預(yù)測(cè)控制器中引入輸入加權(quán)因子，采用當(dāng)前時(shí)刻和當(dāng)前時(shí)刻對(duì)未來(lái)控制時(shí)域長(zhǎng)度 預(yù)測(cè)控制量的加權(quán)平均作為實(shí)際預(yù)測(cè)控制器的控制量，預(yù)測(cè)控制器根據(jù)該控制量得到控制 增量，控制系統(tǒng)根據(jù)該控制增量得到預(yù)測(cè)輸出實(shí)現(xiàn)機(jī)爐的協(xié)調(diào)控制。
[0007] 優(yōu)選的：當(dāng)前時(shí)刻k實(shí)際預(yù)測(cè)控制器的控制量ui化)為：
[0008；
[0009]其中，Nu表示控制時(shí)域長(zhǎng)度，U化+j-1)表示第k+j-1時(shí)刻的預(yù)測(cè)控制量，丫（j)表示 控制時(shí)域長(zhǎng)度下第j個(gè)加權(quán)因子。
[0010]優(yōu)選的:控制時(shí)域長(zhǎng)度下第j個(gè)加權(quán)因子Y (j)的大小如下表示：
[001U (l)當(dāng)丫（l) = l,丫（j)=0,k = 2,3,...,Nu時(shí)，u(；k)=u(k-l)+Au化）。Au(k)表示k 時(shí)刻系統(tǒng)對(duì)未來(lái)控制時(shí)域長(zhǎng)度的控制增量，此時(shí)，改進(jìn)的輸入加權(quán)預(yù)測(cè)控制器為常規(guī)預(yù)測(cè) 控制器。
[0012] (2)當(dāng)丫（ 1) = 1，〇< 丫（ j)《1，k = 2，3，…，Nu時(shí)，改進(jìn)的輸入加權(quán)預(yù)測(cè)控制器能抑 制U化)的振蕩。
[0013] 具體包括W下步驟：
[0014] 步驟1:根據(jù)超臨界機(jī)組特性設(shè)置控制系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)，輸入?yún)?shù)包括 汽機(jī)閥口開度、燃料量、總給水流量。輸出參數(shù)包括負(fù)荷、分離器溫度、主汽壓力。
[0015] 在穩(wěn)定工況下，分別W汽機(jī)閥口開度、燃料量、總給水流量為階躍量，獲取負(fù)荷、分 離器溫度、主汽壓力的階躍響應(yīng)值，并得到對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)系數(shù)如咕…，4,其中，i表示第 i個(gè)階躍響應(yīng)模型，N表示階躍響應(yīng)的時(shí)域長(zhǎng)度。
[0016] 步驟2:設(shè)置預(yù)測(cè)控制器的相關(guān)參數(shù)，包括優(yōu)化時(shí)域P、控制時(shí)域M、誤差權(quán)矩陣Q、控 制權(quán)矩陣R。
[0017] 步驟3:控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)輸出由公式Y(jié)m化）=A- AUm化)+Y?；?可得，其中，Ym化)表 示k時(shí)刻控制系統(tǒng)對(duì)未來(lái)時(shí)刻的預(yù)測(cè)輸出向量。YD(k)表示k時(shí)刻控制系統(tǒng)對(duì)未來(lái)時(shí)刻的預(yù) 測(cè)初值向量。A Um化)表示k時(shí)刻系統(tǒng)對(duì)未來(lái)時(shí)刻的控制增量向量。A表示由步驟1中的階躍 響應(yīng)響應(yīng)系數(shù)組成的動(dòng)態(tài)矩陣。
[0018] 步驟4:在穩(wěn)定工況下，采集控制系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)刻負(fù)荷、分離器溫度、主汽壓力的測(cè)量 值y化)。將測(cè)量值賦給控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)初值及預(yù)測(cè)輸出作為初始狀態(tài)，即：
[0019] Ym化）= [ym化+l)ym化+2)...5?化+P)]T = y化）? Iixp。
[0020] Y〇(k) = [y0(k+l)y0化+2)...y0(k+P)]T = y(k) ? Iixp。
[00別]其中，ym化+P)表示k+P時(shí)刻的控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)輸出，y?；?P)表示表示k+P時(shí)刻控制 系統(tǒng)對(duì)未來(lái)時(shí)刻的預(yù)測(cè)初值，IiXP表示1 X P的全1矩陣。
[0022] 步驟5:根據(jù)步驟2設(shè)置的預(yù)測(cè)控制器的相關(guān)參數(shù)W及步驟4得到的k時(shí)刻控制系統(tǒng) 對(duì)未來(lái)時(shí)刻的預(yù)測(cè)輸出向量Ym化)和k時(shí)刻控制系統(tǒng)對(duì)未來(lái)時(shí)刻的預(yù)測(cè)初值向量Y?；?選取 性能指標(biāo)：
[0023] _ _
最小，J化)表示性能 指標(biāo)，即
'求得預(yù)測(cè)控制器控制增量向量A Um化）。
[0024] 其中，W化)表示未來(lái)時(shí)刻的目標(biāo)設(shè)定值向量，是預(yù)先設(shè)定的。
[0025] 控制增量向量：AUm化）=[Au化）Au化+1)…Au化+M-1)]t。
[00%] 根據(jù)公式U化）=U化-I)+A U化)求得未來(lái)控制時(shí)域長(zhǎng)度的控制量U化+j-1) J = I，
[0027]其中，A U化)表示k時(shí)刻系統(tǒng)對(duì)未來(lái)控制時(shí)域長(zhǎng)度的控制增量，U化+j-1)表示k時(shí) 刻系統(tǒng)對(duì)未來(lái)控制時(shí)域長(zhǎng)度的控制量。
[0028] 將當(dāng)前時(shí)刻和當(dāng)前時(shí)刻對(duì)未來(lái)控制時(shí)域長(zhǎng)度預(yù)測(cè)控制量的加權(quán)平均作為實(shí)際預(yù) 測(cè)控制器的控制量。根據(jù)步驟3中的預(yù)測(cè)輸出公式計(jì)算并更新控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)輸出Ym(k+ Do
[0029] 步驟6:采集控制系統(tǒng)在k+1時(shí)刻的實(shí)際輸出y化+1)和系統(tǒng)預(yù)測(cè)輸出Ym(k+1)比較 得到輸出偏差e化+1)，并用輸出偏差修正控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)輸出Ym化+1)。即將修正后的預(yù)測(cè) 輸出值初始化k+1時(shí)刻時(shí)的控制系統(tǒng)預(yù)測(cè)初值Yd化+1)，反復(fù)執(zhí)行步驟5到步驟6,進(jìn)行控制 系統(tǒng)輸出的預(yù)測(cè)和修正，將修正后的預(yù)測(cè)輸出反饋給控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)爐的協(xié)調(diào)控制。
[0030] 所述步驟3中階躍響應(yīng)響應(yīng)系數(shù)組成的動(dòng)態(tài)矩陣A:
[0031]
[0032] ；
[0033]
[0034] 其中，m表示第m個(gè)控制變量，上述矩陣的每一行向量[a,為誠(chéng)]表示k時(shí)刻系 統(tǒng)輸出對(duì)第i控制輸入的階躍響應(yīng)系數(shù)。
[0035] 優(yōu)選的:所述階躍響應(yīng)的時(shí)域長(zhǎng)度N取20~50。
[0036] 優(yōu)選的：優(yōu)化時(shí)域P選擇等于過(guò)程單位階躍響應(yīng)達(dá)到其穩(wěn)態(tài)值所需過(guò)渡時(shí)間的一 半所需的采樣次數(shù)。
[0037] 優(yōu)選的:控制時(shí)域長(zhǎng)度M取小于10。
[0038] 優(yōu)選的：控制時(shí)域長(zhǎng)度M選擇方法為。
[0039] O
[0040] 有益效果：本發(fā)明提供的一種基于改進(jìn)輸入加權(quán)預(yù)測(cè)控制器的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方 法，相比現(xiàn)有技術(shù)，具有W下有益效果：
[0041] 采用動(dòng)態(tài)矩陣控制能夠較好地克服機(jī)爐協(xié)調(diào)系統(tǒng)大慣性、大延遲的特點(diǎn)，提高控 制系統(tǒng)對(duì)機(jī)組負(fù)荷變化的響應(yīng)速度，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)。在預(yù)測(cè)控制器中引入輸入 加權(quán)因子，采用當(dāng)前時(shí)刻和當(dāng)前時(shí)刻對(duì)未來(lái)控制時(shí)域長(zhǎng)度預(yù)測(cè)控制量的加權(quán)平均作為實(shí)際 預(yù)測(cè)控制器的控制量，對(duì)控制輸入起到柔化和濾波作用，能較好地抑制系統(tǒng)輸入的振蕩，具 有較好控制效果。
【附圖說(shuō)明】
[0042] 圖1是基于改進(jìn)輸入加權(quán)預(yù)測(cè)控制框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解運(yùn)些實(shí)例僅用于說(shuō)明本 發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種 等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0044] -種基于改進(jìn)輸入加權(quán)預(yù)測(cè)控制器的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方法，針對(duì)傳統(tǒng)PID控制無(wú)法 解決的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)大慣性、大延遲的問(wèn)題，采用動(dòng)態(tài)矩陣控制策略，并對(duì)預(yù)測(cè)控制器 加入輸入加權(quán)因子，具有先進(jìn)性，實(shí)用性強(qiáng)，魯棒性好。如圖1所示，包括控制系統(tǒng)和預(yù)測(cè)控 制器，在預(yù)測(cè)控制器中引入輸入加權(quán)因子，采用當(dāng)前時(shí)刻和當(dāng)前時(shí)刻對(duì)未來(lái)控制時(shí)域長(zhǎng)度 預(yù)測(cè)控制量的加權(quán)平均作為實(shí)際預(yù)測(cè)控制器的控制量，預(yù)測(cè)控制器根據(jù)該控制量得到控制 增量，控制系統(tǒng)根據(jù)該控制增量得到預(yù)測(cè)輸出實(shí)現(xiàn)機(jī)爐的協(xié)調(diào)控制。
[0045] 具體包括W下步驟：
[0046] 步驟1:根據(jù)超臨界機(jī)組特性設(shè)置控制系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)，輸入?yún)?shù)包括 汽機(jī)閥口開度、燃料量、總給水流量。輸出參數(shù)包括負(fù)荷、分離器溫度、主汽壓力。
[0047] 在穩(wěn)定工況下，分別W汽機(jī)閥口開度、燃料量、總給水流量為階躍量，獲取負(fù)荷、分 離器溫度、主汽壓力的階躍響應(yīng)值，并得到對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)系數(shù)。;'，如…，。:V，其中，i表示第 i個(gè)階躍響應(yīng)模型，N表示階躍響應(yīng)的時(shí)域長(zhǎng)度。階躍響應(yīng)系數(shù)ai(i = l，2,…，N)盡可能平滑 變化，所WN取20~50。
[004引步驟2:設(shè)置預(yù)測(cè)控制器的相關(guān)參數(shù)，包括優(yōu)化時(shí)域P、控制時(shí)域M、誤差權(quán)矩陣Q、控 制權(quán)矩陣R。
[0049] 優(yōu)化時(shí)域P選擇等于過(guò)程單位階躍響應(yīng)達(dá)到其穩(wěn)態(tài)值所需過(guò)渡時(shí)間的一半所需的 采樣次數(shù)。
[0050] 控制時(shí)域長(zhǎng)度M取小于10為宜，一般選擇規(guī)律為
[0051]
系統(tǒng)輸出量與輸入量之間的關(guān)系 比較簡(jiǎn)單的過(guò)程;系統(tǒng)輸出量與輸入量之間的關(guān)系比較復(fù)雜的過(guò)程。
[0052] 所述誤差權(quán)矩陣Q = diag(qi，Q2，.. 'qp)。91，Q2，.. 'qp表示誤差權(quán)參數(shù)。
[OOM] 所述控制權(quán)矩陣R = diag(;ri,r2, ...TM) Ji，r2,…TM表示控制權(quán)參數(shù)。
[0054] 步驟3:控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)輸出由公式Y(jié)m化）=A ? AUm化)+Y?；?可得，其中，Ym化)表 示k時(shí)刻控制系統(tǒng)對(duì)未來(lái)時(shí)刻的預(yù)測(cè)輸出向量。Yd ( k )表示k時(shí)刻控制系統(tǒng)對(duì)未來(lái)時(shí)刻的預(yù) 測(cè)初值向量。A Um化)表示k時(shí)刻系統(tǒng)對(duì)未來(lái)時(shí)刻的控制增量向量。A表示由步驟1中的階躍 響應(yīng)響應(yīng)系數(shù)組成的動(dòng)態(tài)矩陣。
[0化5]
[0056]其中，第k時(shí)刻下的動(dòng)態(tài)矩陣：
[0化7]
[005引其中，m表示第m個(gè)控制變量，上述矩陣的每一行向量[如姑，…，為]表示k時(shí)刻系 統(tǒng)輸出對(duì)第i控制輸入的階躍響應(yīng)系數(shù)。
[0059] 步驟4:在穩(wěn)定工況下，采集控制系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)刻負(fù)荷、分離器溫度、主汽壓力的測(cè)量 值y化），因?yàn)槭嵌嘧兞肯到y(tǒng)y化)采用向量形式。將測(cè)量值賦給控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)初值及預(yù)測(cè) 輸出作為初始狀態(tài)，即：
[0060] Ym化）= [ym化+l)ym化+2)...5?化+P)]T = y化）? Iixp。
[006^1] Y〇(k) = [y0(k+l)y0(；k+2)...y0(k+P)]T = y(k) ? Iixp。
[00創(chuàng)其中，ym化+P)表示k+P時(shí)刻的控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)輸出，y?；?P)表示表示k+P時(shí)刻控制 系統(tǒng)對(duì)未來(lái)時(shí)刻的預(yù)測(cè)初值，IiXP表示1 X P的全1矩陣。
[0063] 步驟5:根據(jù)步驟2設(shè)置的預(yù)測(cè)控制器的相關(guān)參數(shù)W及步驟4得到的k時(shí)刻控制系統(tǒng) 對(duì)未來(lái)時(shí)刻的預(yù)測(cè)輸出向量Ym化)和k時(shí)刻控制系統(tǒng)對(duì)未來(lái)時(shí)刻的預(yù)測(cè)初值向量Y?；?選取 性能指標(biāo)：
[0064]
最小，J(k)表示性 能指標(biāo)，町
I求得預(yù)測(cè)控制器控制增量向量A IHk)。
[0065] 其中，W化)表示未來(lái)時(shí)刻的目標(biāo)設(shè)定值向量，是預(yù)先設(shè)定的。
[0066] 控制增量向量；AUm化)=[A U化）Au化+1)…A U化+M-I )]T。
[0067] 根據(jù)公式U化）=u化-I)+Au化)求得未來(lái)控制時(shí)域長(zhǎng)度的控制量：
[006引 u(k+j-l), j = l ,2, ...M。
[0069] 其中，A U化)表示k時(shí)刻系統(tǒng)對(duì)未來(lái)控制時(shí)域長(zhǎng)度的控制增量，U化+j-1)表示k時(shí) 刻系統(tǒng)對(duì)未來(lái)控制時(shí)域長(zhǎng)度的控制量。
[0070] 然后采用下述改進(jìn)的輸入加權(quán)方法，將當(dāng)前時(shí)刻和當(dāng)前時(shí)刻對(duì)未來(lái)控制時(shí)域長(zhǎng)度 預(yù)測(cè)控制量的加權(quán)平均作為實(shí)際預(yù)測(cè)控制器的控制量。
[0071] 當(dāng)前時(shí)刻k實(shí)際預(yù)測(cè)控制器的控制量ui化)為：
[0072]
[007；3] 其甲，Nu隸不巧制町域材受，u(k+j-U巧不第k+j-1時(shí)刻的預(yù)測(cè)控制量，丫（ j)表示 控制時(shí)域長(zhǎng)度下第j個(gè)加權(quán)因子。
[0074]控制時(shí)域長(zhǎng)度下第j個(gè)加權(quán)因子丫（j)的大小如下表示：
[007引（l)當(dāng)丫（l) = l,丫（j)=0,k = 2,3,...,Nu時(shí)，u(；k)=u(k-l)+Au化）。Au(k)表示k 時(shí)刻系統(tǒng)對(duì)未來(lái)控制時(shí)域長(zhǎng)度的控制增量，此時(shí)，改進(jìn)的輸入加權(quán)預(yù)測(cè)控制器為常規(guī)預(yù)測(cè) 控制器。
[0076] (2)當(dāng)丫（ 1) = 1，〇< 丫（ j)《1，k = 2，3，…，Nu時(shí)，改進(jìn)的輸入加權(quán)預(yù)測(cè)控制器能抑 制U化)的振蕩。
[0077] 由改進(jìn)輸入加權(quán)方法得到實(shí)際預(yù)測(cè)控制器的控制量。根據(jù)步驟3中的預(yù)測(cè)輸出公 式計(jì)算并更新控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)輸出Ym化+1)。
[0078] 步驟6:采集控制系統(tǒng)在k+1時(shí)刻的實(shí)際輸出y化+1)和系統(tǒng)預(yù)測(cè)輸出Ym(k+1)比較 得到輸出偏差e化+1)，并用輸出偏差修正控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)輸出Ym化+1)。即將修正后的預(yù)測(cè) 輸出值初始化k+1時(shí)刻時(shí)的控制系統(tǒng)預(yù)測(cè)初值Yd化+1)，反復(fù)執(zhí)行步驟5到步驟6,進(jìn)行控制 系統(tǒng)輸出的預(yù)測(cè)和修正，將修正后的預(yù)測(cè)輸出反饋給控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)爐的協(xié)調(diào)控制。
[0079] 本發(fā)明通過(guò)預(yù)測(cè)機(jī)爐協(xié)調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷參數(shù)的變化趨勢(shì)并提前調(diào)整汽機(jī)閥口開度、燃 料量和總給水流量，能夠較好地克服機(jī)爐協(xié)調(diào)系統(tǒng)大慣性、大延遲的特點(diǎn)，提高控制系統(tǒng)對(duì) 機(jī)組負(fù)荷變化的響應(yīng)速度，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)；為了提高超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 的控制品質(zhì)，在預(yù)測(cè)控制器中引入輸入加權(quán)因子，采用當(dāng)前時(shí)刻和當(dāng)前時(shí)刻對(duì)未來(lái)控制時(shí) 域長(zhǎng)度預(yù)測(cè)控制量的加權(quán)平均作為實(shí)際預(yù)測(cè)控制器的控制量，對(duì)控制輸入起到柔化和濾波 作用，能較好地抑制系統(tǒng)輸入的振蕩，具有較好控制效果。
[0080] W上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可W做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，運(yùn)些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于改進(jìn)輸入加權(quán)預(yù)測(cè)控制器的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于:包括控制系 統(tǒng)和預(yù)測(cè)控制器，在預(yù)測(cè)控制器中引入輸入加權(quán)因子，采用當(dāng)前時(shí)刻和當(dāng)前時(shí)刻對(duì)未來(lái)控 制時(shí)域長(zhǎng)度預(yù)測(cè)控制量的加權(quán)平均作為實(shí)際預(yù)測(cè)控制器的控制量，預(yù)測(cè)控制器根據(jù)該控制 量得到控制增量，控制系統(tǒng)根據(jù)該控制增量得到預(yù)測(cè)輸出實(shí)現(xiàn)機(jī)爐的協(xié)調(diào)控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)輸入加權(quán)預(yù)測(cè)控制器的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方法，其特征 在于:當(dāng)前時(shí)刻k實(shí)際預(yù)測(cè)控制器的控制量i^k)為：其中，Nu表示控制時(shí)域長(zhǎng)度，u(k+j-l)表示第k+j-Ι時(shí)刻的預(yù)測(cè)控制量，γ (j)表示控制 時(shí)域長(zhǎng)度下第j個(gè)加權(quán)因子。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于改進(jìn)輸入加權(quán)預(yù)測(cè)控制器的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方法，其特征 在于:控制時(shí)域長(zhǎng)度下第j個(gè)加權(quán)因子γ (j)的大小如下表示： (1) 當(dāng)丫（1) = 1，丫（」）=〇，1^ = 2,3，"_，1'111時(shí)，11(1〇=11(1^-1)+八11(1〇;八11(1〇表示1^時(shí)刻 系統(tǒng)對(duì)未來(lái)控制時(shí)域長(zhǎng)度的控制增量，此時(shí)，改進(jìn)的輸入加權(quán)預(yù)測(cè)控制器為常規(guī)預(yù)測(cè)控制 器； (2) 當(dāng)γ (1) = 1，0〈 γ (jXl，k=2,3，···，NU時(shí)，改進(jìn)的輸入加權(quán)預(yù)測(cè)控制器能抑制u(k) 的振蕩。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)輸入加權(quán)預(yù)測(cè)控制器的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方法，其特征 在于，包括以下步驟： 步驟1:根據(jù)超臨界機(jī)組特性設(shè)置控制系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)，輸入?yún)?shù)包括汽機(jī) 閥門開度、燃料量、總給水流量;輸出參數(shù)包括負(fù)荷、分尚器溫度、主汽壓力； 在穩(wěn)定工況下，分別以汽機(jī)閥門開度、燃料量、總給水流量為階躍量，獲取負(fù)荷、分離器 溫度、主汽壓力的階躍響應(yīng)值，并得到對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)系數(shù)"其中，i表示第i個(gè) 階躍響應(yīng)模型，N表示階躍響應(yīng)的時(shí)域長(zhǎng)度； 步驟2:設(shè)置預(yù)測(cè)控制器的相關(guān)參數(shù)，包括優(yōu)化時(shí)域P、控制時(shí)域M、誤差權(quán)矩陣Q、控制權(quán) 矩陣R; 步驟3:控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)輸出由公式Y(jié)m(k) = A · Δ Um(k) +Y。(k)可得，其中，Ym(k)表示k時(shí) 刻控制系統(tǒng)對(duì)未來(lái)時(shí)刻的預(yù)測(cè)輸出向量;Y。(k)表示k時(shí)刻控制系統(tǒng)對(duì)未來(lái)時(shí)刻的預(yù)測(cè)初值 向量；△ Um(k)表示k時(shí)刻系統(tǒng)對(duì)未來(lái)時(shí)刻的控制增量向量;A表示由步驟1中的階躍響應(yīng)響 應(yīng)系數(shù)組成的動(dòng)態(tài)矩陣； 步驟4:在穩(wěn)定工況下，采集控制系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)刻負(fù)荷、分離器溫度、主汽壓力的測(cè)量值y (k);將測(cè)量值賦給控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)初值及預(yù)測(cè)輸出作為初始狀態(tài)，即： Ym(k) = [ym(k+l)ym(k+2)---ym(k+P)]T=y(k) · Ιιχρ； Y〇(k) = [y〇(k+l)y〇(k+2)---y〇(k+P)]T=y(k) · Ιιχρ； 其中，ym (k+P)表示k+P時(shí)刻的控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)輸出，y。(k+P)表示表示k+P時(shí)刻控制系統(tǒng) 對(duì)未來(lái)時(shí)刻的預(yù)測(cè)初值，Ιιχρ表示1XP的全1矩陣； 步驟5:根據(jù)步驟2設(shè)置的預(yù)測(cè)控制器的相關(guān)參數(shù)以及步驟4得到的k時(shí)刻控制系統(tǒng)對(duì)未 來(lái)時(shí)刻的預(yù)測(cè)輸出向量Ym( k)和k時(shí)刻控制系統(tǒng)對(duì)未來(lái)時(shí)刻的預(yù)測(cè)初值向量Y。(k)選取性能 指標(biāo)：1小，J(k)表示性能指 j 標(biāo)，即cAUu (k) = ?，求得預(yù)測(cè)控制器控制增量向量Δ Um〇〇 ; 其中，W(k)表示未來(lái)時(shí)刻的目標(biāo)設(shè)定值向量，是預(yù)先設(shè)定的； 控制增量向量：AUM(k) = [ Au(k) Au(k+1)…Au(k+M_1)]T; 根據(jù)公式11(1〇=11(1^-1)+八11(1〇求得未來(lái)控制時(shí)域長(zhǎng)度的控制量11(1^+」-1)，」=1，2^·· Μ； 其中，A u(k)表示k時(shí)刻系統(tǒng)對(duì)未來(lái)控制時(shí)域長(zhǎng)度的控制增量，u(k+j-1)表示k時(shí)刻系 統(tǒng)對(duì)未來(lái)控制時(shí)域長(zhǎng)度的控制量； 將當(dāng)前時(shí)刻和當(dāng)前時(shí)刻對(duì)未來(lái)控制時(shí)域長(zhǎng)度預(yù)測(cè)控制量的加權(quán)平均作為實(shí)際預(yù)測(cè)控 制器的控制量;根據(jù)步驟3中的預(yù)測(cè)輸出公式計(jì)算并更新控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)輸aYm(k+i); 步驟6:采集控制系統(tǒng)在k+1時(shí)刻的實(shí)際輸出y(k+l)和系統(tǒng)預(yù)測(cè)輸aYm(k+l)比較得到輸 出偏差e(k+l)，并用輸出偏差修正控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)輸出Ym(k+1);即將修正后的預(yù)測(cè)輸出值 初始化k+Ι時(shí)刻時(shí)的控制系統(tǒng)預(yù)測(cè)初值Y〇(k+l)，反復(fù)執(zhí)行步驟5到步驟6,進(jìn)行控制系統(tǒng)輸 出的預(yù)測(cè)和修正，將修正后的預(yù)測(cè)輸出反饋給控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)爐的協(xié)調(diào)控制。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于改進(jìn)輸入加權(quán)預(yù)測(cè)控制器的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方法，其特征 在于:所述步驟3中階躍響應(yīng)響應(yīng)系數(shù)組成的動(dòng)態(tài)矩陣A:其中，第k時(shí)刻下的動(dòng)態(tài)矩陣： 其中，m表示第m個(gè)控制變量，上述矩陣的每一行向量[?K,…]表示k時(shí)刻系統(tǒng)輸 出對(duì)第i控制輸入的階躍響應(yīng)系數(shù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于改進(jìn)輸入加權(quán)預(yù)測(cè)控制器的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方法，其特征 在于:所述階躍響應(yīng)的時(shí)域長(zhǎng)度N取20~50。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于改進(jìn)輸入加權(quán)預(yù)測(cè)控制器的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方法，其特征 在于:優(yōu)化時(shí)域P選擇等于過(guò)程單位階躍響應(yīng)達(dá)到其穩(wěn)態(tài)值所需過(guò)渡時(shí)間的一半所需的采 樣次數(shù)。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于改進(jìn)輸入加權(quán)預(yù)測(cè)控制器的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方法，其特征 在于:控制時(shí)域長(zhǎng)度Μ取小于10。
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK105955030SQ201610406076
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月8日
【發(fā)明人】劉運(yùn)兵
【申請(qǐng)人】江蘇南熱發(fā)電有限責(zé)任公司