一种过热汽温快速节能预测控制方法

摘要

本发明公开了一种过热汽温快速节能预测控制方法，该方法通过过热汽温对象的阶跃试验，获得被控对象预测控制模型，过热汽温控制系统在线实时记录减温喷水阀门开度控制量序列和过热汽温测量值序列，控制系统根据本专利所提出的新型性能指标，通过简单计算得出当前减温喷水阀门开度。此控制方法解决了传统受限预测控制中的优化问题复杂，计算量大，且缺乏有效的控制参数对系统控制性能进行调节的问题，能使过热汽温控制稳定、快速，过程动态偏差小，且无稳态偏差。该方法在保证控制品质的同时还能够减少控制过程中的减温喷水量，提高机组运行的经济性。

主权项

一种过热汽温快速节能预测控制方法，其步骤如下：步骤1：获取过热汽温对象模型，在稳态的工况下，作减温喷水阀门开度的开环阶跃响应试验，获取系统响应数据，使用阶跃响应模型辨识方法，辨识得到减温喷水阀门开度—过热汽温的传递函数模型；步骤2：选择采样周期T，T首先满足香农定理，然后使得T₉₅/T取值在10到25之间，T₉₅为过热汽温过渡过程上升到95％的调节时间，对步骤1中的过热汽温传递函数模型进行离散化，得到其CARIMA模型为：A(z^‑1)y(k)＝B(z^‑1)u(k‑1)+ε(k)/Δ，式中z^‑1为后移算子，Δ＝1‑z^‑1，y(k)为k时刻的过热汽温测量值，u(k‑1)为k‑1时刻减温喷水阀门开度控制量，ε(k)为白噪声，a_i、b_i为多项式A(z^‑1)，B(z^‑1)中z^‑i的系数，n_a，n_b分别为多项式A(z^‑1)，B(z^‑1)的阶次；步骤3：根据丟番图方程1＝E_j(z^‑1)A(z^‑1)Δ+z^‑jF_j(z^‑1)，解得控制变量多项式：式中e_j,i、f_j,i分别为多项式E_j(z^‑1)，F_j(z^‑1)中z^‑i的系数，j＝N‑1,N，N为预测时域长度，其选择需大于过热汽温系统被控对象的纯延迟时间；步骤4：根据算式G_j(z^‑1)＝E_j(z^‑1)B(z^‑1)，求得多项式且令多项式式中g_j,i为多项式G_j(z^‑1)中z^‑i的系数，h_j,i为多项式H_j(z^‑1)中z^‑i的系数，j＝N‑1,N；步骤5：控制系统在线实时记录该控制系统从开始运行至采样k时刻的控制信号{u(k‑1),u(k‑2),…u(1)}，过热汽温的测量数据{y(k),y(k‑1),…y(1)}，同时记录控制量的增量{Δu(k‑1),Δu(k‑2),…Δu(1)}，并接收预测控制系统的过热汽温期望值y_r(k)；计算 得到中间变量其中j＝N‑1,N；步骤6：按下式对过热汽温系统未来第k+N‑1和k+N时刻的输出进行预测：y(k+j|k)＝Gu_j·U+f_j(j＝N‑1,N)，式中y(k+j|k)为未来k+j时刻过热汽温预测值，Gu_j为一维行向量，Gu_j＝[g_j,j‑1,g_j,j‑2,…,g_j,j‑Nu]，U＝[Δu(k),…,Δu(k+Nu‑1)]，其中Nu为控制时域长度，取[1，5]之间的数值，Δu(k+i),i＝0…Nu‑1表示在k时刻对未来k+i时刻减温喷水阀门开度增量的估计值；步骤7：根据新型性能指标来求取减温喷水阀门开度控制量增量Δu(k)：式中e(k+N)＝y(k+N|k)‑y_r(k)为第k+N时刻的预测偏差，对应e(k+N‑1)为k+N‑1时刻的预测偏差；ce(k+N)＝e(k+N)‑e(k+N‑1)为k+N时刻的预测偏差变化率；u(k+i)为未来k+i时刻减温喷水阀门开度的估计值；将步骤6中的未来预测值带入上述性能指标中，并通过极值必要条件求得：U＝(P^T·P+Q^T·R^T·R·Q)^‑1·P^T·[y_r(k)‑f_N‑λ₁·(f_N‑f_N‑1)] 式中，P＝Gu_N‑λ₁(Gu_N‑Gu_N‑1)，λ₁和λ₂为控制器参数，根据控制系统对系统稳定性和快速性的综合要求选择，λ₁取[0，5]区间内数值，λ₂取[0，1]区间内数值；步骤8：计算当前k时刻控制增量Δu(k)＝θ·U，θ＝[1 0 … 0]_1×Nu；由当前k时刻的减温喷水阀门开度控制增量的约束上下限[Δu_min,Δu_max]和控制量的约束上下限[u_min,u_max]，计算该时刻实际控制增量的约束：取Δu_min和u_min‑u(k‑1)之间的大者记为 u_a，取Δu_max和u_max‑u(k‑1)之间的小者记为u_b；如果Δu(k)小于u_a则令Δu(k)＝u_a，如果Δu(k)大于u_b，则令Δu(k)＝u_b；步骤9：令u(k)＝u(k‑1)+Δu(k)；其中，u(k)即为当前预测控制器的输出控制量，输出u(k)，在之后的每个采样周期内重复执行步骤5到步骤9。