專利名稱：燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的多模型自適應(yīng)廣義預(yù)測控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種多模型自適應(yīng)廣義預(yù)測控制策略，對燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速快速、穩(wěn)定、無偏差的跟蹤設(shè)定值的一種方法，屬于熱工自動控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
燃機(jī)電站以其高效、環(huán)保、節(jié)能、節(jié)水等一系列優(yōu)點(diǎn)在發(fā)電領(lǐng)域中起到了日益重要的作用。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)中最重要的控制參數(shù)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速直接決定著生產(chǎn)的電力質(zhì)量，保持燃機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在額定值非常重要。燃機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，尤其是多數(shù)燃機(jī)電廠承擔(dān)著電網(wǎng)調(diào)峰任務(wù)，其工況經(jīng)常大范圍變化，機(jī)組非線性特性更加凸顯，尤其是加/減速和并網(wǎng)過程中，轉(zhuǎn)速控制的穩(wěn)定性要求和變化的快速反應(yīng)要求這對矛盾更加明顯，常規(guī)的PID控制算法往往難以滿足既快又穩(wěn)的要求，因此研究設(shè)計(jì)先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速控制算法具有特別重要的意義。
廣義預(yù)測控制是在過程控制工業(yè)中最具應(yīng)用推廣價(jià)值的先進(jìn)控制策略之一，但是常規(guī)的預(yù)測控制策略往往不能適應(yīng)于全局工況。而多模型方法是自適應(yīng)控制的重要發(fā)展方向，是當(dāng)今先進(jìn)控制理論的研究熱點(diǎn)之一，是解決動態(tài)特性隨工況變化的復(fù)雜工業(yè)過程非線性系統(tǒng)控制的一種有效的方法。
為提高燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速控制品質(zhì)，本發(fā)明針對燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)非線性特性與運(yùn)行工況密切相關(guān)的實(shí)際特點(diǎn)，提出了基于多模型自適應(yīng)廣義預(yù)測控制的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速控制策略，將多模型自適應(yīng)廣義預(yù)測控制首次引入燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，利用多模型建模方法來逼近大范圍工況過程燃機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的動態(tài)性能，再基于多模型設(shè)計(jì)出全局自適應(yīng)控制器，從而對燃機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行有效的控制。


發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的多模型自適應(yīng)廣義預(yù)測控制方法，用于燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，即解決燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)參數(shù)非線性、時(shí)變性、大范圍工況下參數(shù)跳變的等問題的方法。
技術(shù)方案為了克服上述問題，通過采用多模型自適應(yīng)廣義預(yù)測控制，彌補(bǔ)單模型預(yù)測控制的不足，用于燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，使得系統(tǒng)響應(yīng)速度快，動態(tài)跟蹤性能好，無調(diào)節(jié)誤差。
多模型自適應(yīng)廣義預(yù)測控制系統(tǒng)的技術(shù)方案可以采用如下步驟實(shí)現(xiàn) 步驟1在燃?xì)廨啓C(jī)額定負(fù)荷時(shí)且開環(huán)穩(wěn)定工況下，控制系統(tǒng)設(shè)置典型工況點(diǎn)，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出端施加低電平的偽隨機(jī)信號激勵，測得轉(zhuǎn)速變化數(shù)據(jù)，用遞推廣義最小二乘法辨識出轉(zhuǎn)速動態(tài)模型，構(gòu)成燃機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的多模型集合； 步驟2針對步驟1的轉(zhuǎn)速動態(tài)模型，采用廣義預(yù)測控制策略構(gòu)造子預(yù)測控制器，并對相應(yīng)的子預(yù)測控制器的參數(shù)進(jìn)行整定； 步驟3若基于步驟2的子預(yù)測控制器不能滿足步驟1的多模型集合相鄰模型間滿意控制范圍的交疊，建立燃?xì)廨啓C(jī)的局部模型族，對步驟1的多模型集合進(jìn)行補(bǔ)充；否則進(jìn)入步驟4； 步驟4控制系統(tǒng)檢查每一采樣時(shí)刻工況參數(shù)變化情況，將子預(yù)測控制器的輸出控制增量進(jìn)行加權(quán)作為燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)際控制增量。
步驟1控制系統(tǒng)設(shè)置100％、80％、50％負(fù)荷典型工況點(diǎn)，該三個(gè)典型工況點(diǎn)的模型逼近燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)在全局工況下的動態(tài)性能。
步驟4燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)際控制增量由子預(yù)測控制器的輸出控制增量按如下加權(quán)策略獲得 ①σi≤σ＜σj時(shí)，Δu＝(1-xj)Δui+xjΔuj， ②0＜σ＜σ1時(shí)，Δu＝Δu1； ③σ3≤σ時(shí)，Δu＝Δu3； 其中，σ1＝50％，σ2＝80％，σ3＝100％，i＝1，2，j＝i+1，Δui，Δuj分別為步驟4子預(yù)測控制器的輸出控制增量。
有益效果利用多模型建模方法來逼近大范圍工況過程系統(tǒng)的動態(tài)性能，再基于多模型設(shè)計(jì)出全局自適應(yīng)控制器，作用于燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，使得系統(tǒng)響應(yīng)迅速，無動態(tài)偏差，有效克服了單模型預(yù)測控制無法解決的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)參數(shù)非線性、時(shí)變性、大范圍工況下參數(shù)跳變的等問題。



圖1是基于加權(quán)方式的多模型預(yù)測控制器， 圖2是燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明是一種針對燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速系統(tǒng)參數(shù)非線性、時(shí)變性、大范圍工況下參數(shù)跳變，采用多模型自適應(yīng)廣義預(yù)測控制，使得控制系統(tǒng)響應(yīng)迅速，無動態(tài)偏差的方法。具體實(shí)施方法是， 步驟1在燃?xì)廨啓C(jī)額定負(fù)荷時(shí)且開環(huán)穩(wěn)定工況下，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出端施加低電平的偽隨機(jī)信號激勵，測得多組轉(zhuǎn)速變化數(shù)據(jù)，用遞推廣義最小二乘法辨識出在額定工況點(diǎn)下的轉(zhuǎn)速動態(tài)模型，用同樣方法得到其他典型工況點(diǎn)的轉(zhuǎn)速動態(tài)模型，多個(gè)典型工況點(diǎn)的轉(zhuǎn)速模型構(gòu)成燃機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的多模型集合。
本發(fā)明建立100％、80％、50％負(fù)荷這三個(gè)典型工況點(diǎn)的模型來逼近燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)在全局工況下的動態(tài)性能，建立燃?xì)廨啓C(jī)的局部模型族，若基于模型集設(shè)計(jì)的多組控制器不能滿足相鄰模型間滿意控制范圍的交疊，則對模型集進(jìn)行補(bǔ)充。
步驟2針對以上各個(gè)典型工況點(diǎn)的轉(zhuǎn)速模型，采用廣義預(yù)測控制策略構(gòu)造各子預(yù)測控制器，并分別在這些典型工況點(diǎn)，對相應(yīng)的子預(yù)測控制器的參數(shù)進(jìn)行整定，直到在每個(gè)典型工況點(diǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到最優(yōu)； 步驟3在每一采樣時(shí)刻，控制系統(tǒng)檢查當(dāng)前工況參數(shù)變化情況，將各子控制器輸出的控制量進(jìn)行加權(quán)作為燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)際控制量，控制燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速在全局范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)。
燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)際控制增量由子控制器的控制增量按如下加權(quán)策略獲得 ①σi≤σ＜σj時(shí)，Δu＝(1-xj)Δui+xjΔuj， ②0＜σ＜σ1時(shí)，Δu＝Δu1； ③σ3＜σ時(shí)，Δu＝Δu3； 其中，σ1＝50％，σ2＝80％，σ3＝100％，i＝1，2，j＝i+1，Δui，Δuj分別為各子控制器輸出控制增量。
在燃?xì)廨啓C(jī)額定負(fù)荷開環(huán)穩(wěn)定工況下，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出端施加低電平的偽隨機(jī)信號(PRBS)激勵，測得多組轉(zhuǎn)速變化數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的輸入輸出數(shù)據(jù)，用遞推廣義最小二乘法辨識出在額定工況點(diǎn)下的轉(zhuǎn)速動態(tài)模型。用同樣方法可辨識得到另外兩個(gè)典型工況點(diǎn)的轉(zhuǎn)速動態(tài)模型。針對以上三種典型工況下的轉(zhuǎn)速模型，在工控軟件WINCC 6.0上分別設(shè)計(jì)出子GPC控制器，按照圖1建立起多模型控制系統(tǒng)，用多模型全局控制器代替PID轉(zhuǎn)速控制器輸出控制燃料調(diào)節(jié)閥，最終調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。實(shí)施過程中，通過對子GPC控制器重要參數(shù)整定，實(shí)現(xiàn)基于多模型自適應(yīng)廣義預(yù)測控制的燃機(jī)轉(zhuǎn)速的最優(yōu)控制。將常規(guī)PID與多模型自適應(yīng)廣義預(yù)測控制轉(zhuǎn)速響應(yīng)進(jìn)行比較，證明多模型自適應(yīng)廣義預(yù)測控制對燃機(jī)轉(zhuǎn)速有較好的控制效果。
權(quán)利要求
1、一種燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的多模型自適應(yīng)廣義預(yù)測控制方法，該方法包括如下步驟其特征在于
步驟1在燃?xì)廨啓C(jī)額定負(fù)荷時(shí)且開環(huán)穩(wěn)定工況下，控制系統(tǒng)設(shè)置典型工況點(diǎn)，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出端施加低電平的偽隨機(jī)信號激勵，測得轉(zhuǎn)速變化數(shù)據(jù)，用遞推廣義最小二乘法辨識出轉(zhuǎn)速動態(tài)模型，構(gòu)成燃機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的多模型集合；
步驟2針對步驟1的轉(zhuǎn)速動態(tài)模型，采用廣義預(yù)測控制策略構(gòu)造子預(yù)測控制器，并對相應(yīng)的子預(yù)測控制器的參數(shù)進(jìn)行整定；
步驟3若基于步驟2的子預(yù)測控制器不能滿足步驟1的多模型集合相鄰模型間滿意控制范圍的交疊，建立燃?xì)廨啓C(jī)的局部模型族，對步驟1的多模型集合進(jìn)行補(bǔ)充；否則進(jìn)入步驟4；
步驟4控制系統(tǒng)檢查每一采樣時(shí)刻工況參數(shù)變化情況，將子預(yù)測控制器的輸出控制增量進(jìn)行加權(quán)作為燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)際控制增量。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)多模型自適應(yīng)廣義預(yù)測控制方法，其特征在于步驟1控制系統(tǒng)設(shè)置100％、80％、50％負(fù)荷典型工況點(diǎn)，該三個(gè)典型工況點(diǎn)的模型逼近燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)在全局工況下的動態(tài)性能。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)多模型自適應(yīng)廣義預(yù)測控制方法，其特征在于步驟4燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)際控制增量由子預(yù)測控制器的輸出控制增量按如下加權(quán)策略獲得
①σi≤σ＜σj時(shí)，Δu＝(1-xj)Δui+xjΔuj，
②0＜σ＜σ1時(shí)，Δu＝Δu1；
③σ3≤σ時(shí)，Δu＝Δu3；
其中，σ1＝50％，σ2＝80％，σ3＝100％，i＝1，2，j＝i+1，Δui，Δuj分別為步驟4子預(yù)測控制器的輸出控制增量。
全文摘要
燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的多模型自適應(yīng)廣義預(yù)測控制方法是一種多模型自適應(yīng)廣義預(yù)測控制策略，對燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速快速、穩(wěn)定、無偏差的跟蹤設(shè)定值的一種方法，該方法采用遞推最小二乘辨識方法獲得典型工況點(diǎn)的模型，構(gòu)成燃機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的多模型集合，進(jìn)而針對各模型設(shè)計(jì)各子預(yù)測控制器，將各子控制器輸出的控制量進(jìn)行加權(quán)作為燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)際控制量，控制燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速在全局范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)，從而彌補(bǔ)了常規(guī)控制在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)負(fù)荷點(diǎn)發(fā)生突變時(shí)，使得系統(tǒng)響應(yīng)較快，并且該控制方法的控制器設(shè)計(jì)簡單，子控制器間切換也易于工程實(shí)現(xiàn)，解決了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速對象參數(shù)非線性，時(shí)變性，大范圍工況下參數(shù)跳變等控制問題。
文檔編號F02C9/00GK101328836SQ200810124429
公開日2008年12月24日 申請日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月4日
發(fā)明者呂劍虹, 翟慎會, 許衛(wèi)東, 靜 魏, 鈞 傅, 亮 趙, 科 吳 申請人:東南大學(xué)