基于仿射模糊模型的復(fù)雜熱工過程跟蹤控制方法研究.pdf

1、許多復(fù)雜非線性熱工過程被控對(duì)象都具有多變量耦合、時(shí)滯、參數(shù)變動(dòng)等動(dòng)態(tài)特性，傳統(tǒng)的PID控制方法在遇到工況大范圍快速變動(dòng)時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的控制效果往往較差，自適應(yīng)能力較弱。而目前許多先進(jìn)控制算法在熱工過程中的成功應(yīng)用，都需要建立在被控對(duì)象較精確模型的基礎(chǔ)之上，其中保證閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定，是進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必要前提。Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型具有良好的非線性逼近能力，模糊控制器是通過將每個(gè)局部控制器的輸出進(jìn)行加權(quán)“聚合”而成，

2、從而系統(tǒng)在進(jìn)行大范圍工況變動(dòng)時(shí)，控制器的輸出能夠?qū)崿F(xiàn)平滑無抖振，容易保證閉環(huán)系統(tǒng)的控制性能。
　　T-S模糊模型根據(jù)后件部分是否含有仿射項(xiàng)，可分為“仿射模糊模型”和“齊次模糊模型”兩大類。相較于常規(guī)的齊次模糊模型，仿射模糊模型由于仿射項(xiàng)的存在，可以表達(dá)更多的模型動(dòng)態(tài)信息，因此可以更好地描述原非線性被控對(duì)象的特性。論文針對(duì)復(fù)雜非線性熱工對(duì)象的特點(diǎn)，基于被控對(duì)象的仿射模糊模型研究了保穩(wěn)定跟蹤控制器的設(shè)計(jì)方法，主要研究?jī)?nèi)容如下:

3、　　1、分別針對(duì)近似線性化和數(shù)據(jù)辨識(shí)兩種方法，探討了仿射模糊模型研究的意義。得出:當(dāng)對(duì)非線性對(duì)象的數(shù)學(xué)機(jī)理模型進(jìn)行近似線性化得到T-S模糊模型時(shí)，只有先將所有局部子模型都置于同一坐標(biāo)基底下，才能通過隸屬度函數(shù)進(jìn)行平滑連接，而此時(shí)在非坐標(biāo)原點(diǎn)，即便是平衡點(diǎn)，模糊子模型中一般也是含有仿射項(xiàng)的。另外通過對(duì)一過熱汽溫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)辨識(shí)得知，當(dāng)采用相同辨識(shí)方法和模糊規(guī)則時(shí)，仿射模糊模型的精度要比齊次模糊模型的高。
　　針對(duì)目前連續(xù)/離散仿射模糊

4、模型穩(wěn)定性分析的兩種常見方法，即是否將模型后件部分中的仿射項(xiàng)處理進(jìn)系數(shù)矩陣中，基于模糊Lyapunov函數(shù)進(jìn)行自治系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析。為減少穩(wěn)定性判據(jù)中線性矩陣不等式(LMIs)的個(gè)數(shù)，提出了“仿射最大交疊規(guī)則組”和“仿射有效規(guī)則組集”的概念，并通過算例對(duì)所得判據(jù)的保守性進(jìn)行對(duì)比。其中，采用將仿射項(xiàng)擴(kuò)增進(jìn)系數(shù)矩陣的方法而得到的判據(jù)的保守性較強(qiáng)，不利于保穩(wěn)定控制器的設(shè)計(jì)。
　　2、針對(duì)非線性對(duì)象的離散仿射模糊模型，不采用將仿射項(xiàng)處理進(jìn)

5、系數(shù)矩陣的方法，利用并行分配補(bǔ)償(PDC)技術(shù)設(shè)計(jì)保穩(wěn)定控制器。基于模糊Lyapunov函數(shù)進(jìn)行閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，并引入S-procedure減小判據(jù)的保守性。得到的穩(wěn)定性判據(jù)是一系列雙線性矩陣不等式(BMIs)，借鑒迭代求解法的思想，提出了BMI方程的求解算法。
　　在此基礎(chǔ)上，針對(duì)大型發(fā)電機(jī)組在跟蹤電網(wǎng)AGC指令時(shí)，存在外部干擾因素較多會(huì)影響控制效果的問題，設(shè)計(jì)了一套H∞跟蹤控制系統(tǒng)。并將H∞跟蹤控制問題歸結(jié)于一個(gè)最優(yōu)

6、化問題的求解，在保證閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的同時(shí)，達(dá)到對(duì)外部有界擾動(dòng)的有效抑制，提出了相應(yīng)的BMI求解算法。將設(shè)計(jì)的模糊跟蹤控制器用于機(jī)爐協(xié)調(diào)系統(tǒng)的目標(biāo)值跟蹤，仿真結(jié)果表明:閉環(huán)控制系統(tǒng)能夠最終逼近設(shè)定目標(biāo)值，但如果系統(tǒng)存在控制量的升降速率限制，那么在跟蹤過程中容易造成調(diào)節(jié)時(shí)間變長(zhǎng)，超調(diào)量變大，控制閥門的動(dòng)作幅度和頻率也變大，且不易通過調(diào)整控制器設(shè)計(jì)參數(shù)來改變控制效果，說明所得穩(wěn)定性判據(jù)的保守性相對(duì)較大。
　　3、針對(duì)火電機(jī)組運(yùn)行過程中，因

7、機(jī)組用煤品質(zhì)多變、設(shè)備老化磨損等原因，容易造成對(duì)象參數(shù)發(fā)生較大變動(dòng)的問題，基于對(duì)象的仿射模糊不確定參數(shù)模型設(shè)計(jì)保穩(wěn)定跟蹤控制器。首先將一般的仿射模糊模型處理成廣義系統(tǒng)形式，然后基于廣義模糊Lyapunov函數(shù)進(jìn)行閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，并引入，-procedure來減小判據(jù)的保守性，得到了LMI形式的穩(wěn)定性判據(jù)，這樣就避免上述難以處理的BMI求解問題，從而可以直接利用LMI工具箱進(jìn)行求解。在上述基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)保穩(wěn)定保性能跟蹤控制器，選用了一類

8、能夠得到較弱保守性判據(jù)的跟蹤控制器形式，并對(duì)二次性能指標(biāo)和模糊Lyapunov函數(shù)的形式進(jìn)行改進(jìn)，得到滿足跟蹤性能指標(biāo)的閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)。將上述跟蹤控制器設(shè)計(jì)方法用于Bell-(A)str(o)m機(jī)爐協(xié)調(diào)系統(tǒng)的AGC指令跟蹤過程中，仿真算例表明:可通過選取合適的跟蹤控制器增益來得到較好的跟蹤效果，穩(wěn)定性判據(jù)的保守性大大減弱。
　　4、針對(duì)控制過程中的執(zhí)行器約束問題，采用預(yù)測(cè)控制方法來進(jìn)行處理。首先基于上述廣義系統(tǒng)方法，得到離