基于多模型的熱工過程先進(jìn)控制策略研究.pdf

1、由于現(xiàn)代火電機(jī)組規(guī)模不斷擴(kuò)大，且參與電網(wǎng)調(diào)峰日趨頻繁，電廠熱工過程的特性越來越復(fù)雜，主要表現(xiàn)在:非線性、多變量耦合、大時(shí)滯、控制受約束、未知干擾因素多。傳統(tǒng)的線性控制方法在面對這樣的復(fù)雜對象時(shí)一般難以取得良好的控制效果。為此，本文利用多模型策略應(yīng)對熱力系統(tǒng)大范圍變工況運(yùn)行帶來的非線性，基于此設(shè)計(jì)了幾種適用于復(fù)雜熱工過程的先進(jìn)控制策略，以進(jìn)一步提高火電廠熱力系統(tǒng)的控制品質(zhì)。
　　本文的主要內(nèi)容包括:
　　(1)以局部模型網(wǎng)絡(luò)作

2、為非線性系統(tǒng)的多模型描述形式，提出了一種改進(jìn)的基于滿意模糊聚類的多模型建模方法。該方法不需要預(yù)先指定局部模型的個(gè)數(shù)即聚類數(shù)，它基于樣本協(xié)方差矩陣的奇異值分解來確定初始聚類中心，并利用聚類有效性指標(biāo)結(jié)合建模精度要求來確定最佳聚類數(shù)。根據(jù)聚類結(jié)果可快速確定出局部模型網(wǎng)絡(luò)(LMN)的模型結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)而采用基于加權(quán)性能指標(biāo)的多模型辨識算法可得到各局部模型參數(shù)。對Bell-(A)str(o)m鍋爐-汽輪機(jī)系統(tǒng)的建模結(jié)果表明，這種多模型建模方法具有

3、辨識精度高、子模型數(shù)少和計(jì)算量小等優(yōu)點(diǎn)。
　　(2)基于局部模型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了兩種先進(jìn)的多模型預(yù)測控制策略，即考慮局部模型有效域約束的控制器加權(quán)型多模型預(yù)測控制(CWMMPC)和基于免疫遺傳算法(IGA)優(yōu)化的模型加權(quán)型多模型預(yù)測控制(MWMMPC)。第一種控制策略，直接以模型的調(diào)度函數(shù)值作為控制器的加權(quán)值，在設(shè)計(jì)局部預(yù)測控制器時(shí)，將局部模型的有效域約束加入到控制律優(yōu)化求解過程中，避免了因局部模型在整個(gè)預(yù)測時(shí)域內(nèi)失效導(dǎo)致局部控制量不準(zhǔn)

4、確而引起的控制品質(zhì)下降。第二種控制策略，將離線辨識到的LMN全局模型作為時(shí)變預(yù)測模型，利用改進(jìn)后的IGA直接對引入終端代價(jià)函數(shù)的預(yù)測控制性能指標(biāo)進(jìn)行有限時(shí)域優(yōu)化，給出最優(yōu)的控制量;通過利用局部鎮(zhèn)定控制器和終端代價(jià)函數(shù)，可以在確保穩(wěn)定性和不影響控制品質(zhì)的情況下，有效縮短預(yù)測時(shí)域，減小在線計(jì)算量。通過對多變量Bell-(A)str(o)m鍋爐-汽輪機(jī)系統(tǒng)以及500MW單元機(jī)組負(fù)荷系統(tǒng)的仿真試驗(yàn)，分別驗(yàn)證了這兩種多模型預(yù)測控制策略的優(yōu)越性能。

5、
　　(3)針對熱工過程中存在的各種不可測擾動，設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的擾動觀測器，并提出了一種基于改進(jìn)擾動觀測器的多模型預(yù)測控制(MDOB-MMPC)。局部控制器采用的是一種復(fù)合控制策略，即首先利用改進(jìn)的擾動觀測器得到不可測擾動的估計(jì)值，然后利用該擾動估計(jì)值進(jìn)行前饋補(bǔ)償，使受擾被控對象具有與標(biāo)稱對象相似的控制特性;反饋通道的MPC控制律根據(jù)標(biāo)稱對象設(shè)計(jì)，通過在約束處理部分引入前饋補(bǔ)償信號，可確保系統(tǒng)滿足控制約束條件。針對鍋爐過熱汽溫對象

6、的仿真試驗(yàn)結(jié)果表明，采用該控制策略的系統(tǒng)對工況變化適應(yīng)能力強(qiáng)，且能有效抑制各種不可測擾動。
　　(4)針對大慣性、大滯后熱工過程因大范圍變工況帶來的非線性及因煤種變化、環(huán)境條件改變和模型簡化等帶來的不確定性，設(shè)計(jì)了一種簡單易實(shí)現(xiàn)的多模型預(yù)估滑模控制(MMPSMC)。局部控制器采用的是一種便于運(yùn)行人員理解和工程實(shí)現(xiàn)的基于二階加純滯后(SOPDT)模型的預(yù)估滑模控制方案，即首先基于標(biāo)稱工況下辨識得到的SOPDT模型構(gòu)建一個(gè)無遲延輸出預(yù)