[發(fā)明專利]基于模糊免疫比例積分控制的重型燃氣輪機溫度控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310518040.0
• 申請日: 2013-10-28
• 公開（公告）號: CN103543763A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設計）人: 劉蕾
• 申請（專利權）人: 北京華清燃氣輪機與煤氣化聯(lián)合循環(huán)工程技術有限公司
• 主分類號: G05D23/00
• 分類號: G05D23/00;G05B13/04
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

1.一種基于模糊免疫比例積分控制的重型燃氣輪機溫度控制方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

1)在燃氣輪機透平排氣口等間隔安裝N個排氣溫度傳感器，其中，第1～N個排氣溫度傳感器測量的排氣溫度分別記為T_測1，T_測2…T_測N，N取大于等于16的正整數(shù)，排氣溫度平均值記為T_平均，排氣溫度設定值記為T_設，第k時刻的排氣溫度設定值T_設(k)與排氣溫度平均值T_平均(k)的偏差記為e(k)，作為模糊免疫比例積分控制器的輸入值；

2)在線計算模糊免疫比例積分控制器的積分作用系數(shù)：設計模糊控制器，第k時刻的排氣溫度設定值T_設(k)與排氣溫度平均值T_平均(k)的偏差e(k)作為模糊控制器的輸入值，第k時刻的排氣溫度設定值T_設與排氣溫度平均值T_平均的偏差經(jīng)微分得到偏差變化率記為ec(k)，也作為模糊控制器的輸入值；

確定排氣溫度設定值T_設與排氣溫度平均值T_平均的偏差的模糊論域{-3，-2，-1，0，1，2，3}，模糊語言值{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，排氣溫度設定值T_設與排氣溫度平均值T_平均的偏差變化率的模糊論域{-3，-2，-1，0，1，2，3}，模糊語言值{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，偏差及偏差變化率的隸屬度函數(shù)均為三角形，確定積分作用系數(shù)增量的模糊論域{-0.06，-0.04，-0.02，0，0.02，0.04，0.06}，模糊語言值{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，隸屬度函數(shù)采用三角形；

根據(jù)工程經(jīng)驗及燃氣輪機溫度控制要求，設計模糊控制積分作用系數(shù)增量：

如果e(k)是NB，且ec(k)是NB，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為NB，

如果e(k)是NB，且ec(k)是NM，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為NB，

如果e(k)是NB，且ec(k)是NS，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為NM，

如果e(k)是NB，且ec(k)是Z，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為NM，

如果e(k)是NB，且ec(k)是PS，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為NS，

如果e(k)是NB，且ec(k)是PM，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為Z，

如果e(k)是NB，且ec(k)是PB，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為Z，

如果e(k)是NM，且ec(k)是NB，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為NB，

如果e(k)是NM，且ec(k)是NM，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為NB，

如果e(k)是NM，且ec(k)是NS，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為NM，

如果e(k)是NM，且ec(k)是Z，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為NS，

如果e(k)是NM，且ec(k)是PS，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為NS，

如果e(k)是NM，且ec(k)是PM，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為Z，

如果e(k)是NM，且ec(k)是PB，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為Z，

如果e(k)是NS，且ec(k)是NB，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為NB，

如果e(k)是NS，且ec(k)是NM，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為NM，

如果e(k)是NS，且ec(k)是NS，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為NS，

如果e(k)是NS，且ec(k)是Z，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為NS，

如果e(k)是NS，且ec(k)是PS，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為Z，

如果e(k)是NS，且ec(k)是PM，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為PS，

如果e(k)是NS，且ec(k)是PB，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為PS，

如果e(k)是Z，且ec(k)是NB，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為NM，

如果e(k)是Z，且ec(k)是NM，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為NM，

如果e(k)是Z，且ec(k)是NS，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為NS，

如果e(k)是Z，且ec(k)是Z，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為Z，

如果e(k)是Z，且ec(k)是PS，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為PS，

如果e(k)是Z，且ec(k)是PM，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為PM，

如果e(k)是Z，且ec(k)是PB，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為PM，

如果e(k)是PS，且ec(k)是NB，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為NM，

如果e(k)是PS，且ec(k)是NM，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為NS，

如果e(k)是PS，且ec(k)是NS，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為Z，

如果e(k)是PS，且ec(k)是Z，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為PS，

如果e(k)是PS，且ec(k)是PS，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為PS，

如果e(k)是PS，且ec(k)是PM，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為PM，

如果e(k)是PS，且ec(k)是PB，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為PB，

如果e(k)是PM，且ec(k)是NB，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為Z，

如果e(k)是PM，且ec(k)是NM，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為Z，

如果e(k)是PM，且ec(k)是NS，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為PS，

如果e(k)是PM，且ec(k)是Z，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為PS，

如果e(k)是PM，且ec(k)是PS，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為PM，

如果e(k)是PM，且ec(k)是PM，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為PB，

如果e(k)是PM，且ec(k)是PB，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為PB，

如果e(k)是PB，且ec(k)是NB，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為Z，

如果e(k)是PB，且ec(k)是NM，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為Z，

如果e(k)是PB，且ec(k)是NS，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為PS，

如果e(k)是PB，且ec(k)是Z，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為PM，

如果e(k)是PB，且ec(k)是PS，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為PM，

如果e(k)是PB，且ec(k)是PM，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為PB，

如果e(k)是PB，且ec(k)是PB，則第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)為PB；

第k時刻排氣溫度設定值T_設(k)與排氣溫度平均值T_平均(k)的偏差e(k)、偏差變化率ec(k)分別乘以量化因子量化為模糊論域上的模糊量，根據(jù)模糊控制規(guī)則，得到第k時刻的積分作用系數(shù)增量Δki(k)的模糊控制量，乘以量化因子將其精確化，再加上常規(guī)比例積分控制器參數(shù)整定方法整定出的常規(guī)比例積分控制器積分作用系數(shù)初值，得到第k時刻模糊免疫比例積分控制器的積分作用系數(shù)

ki(k)＝ki0+Δki(k)×α

其中，ki(k)為第k時刻的模糊免疫比例積分控制器的積分作用系數(shù)，ki0為常規(guī)比例積分控制器參數(shù)整定方法整定出的常規(guī)比例積分控制器積分作用系數(shù)初值，α為積分作用系數(shù)增量的量化因子；

3)在線計算模糊免疫比例積分控制器的比例作用系數(shù)：設計免疫模糊控制器，設第i代的抗原數(shù)量為ε（i），抗原刺激細胞的輸出為T_H(i)，T_H(i)＝k₁ε(i)，k₁為激勵因子，抗原抑制細胞的輸出為T_S(i)，T_S(i)＝k₂f(·)ε(i)，k₂為抑制因子，f(·)為非線性函數(shù)，抗原細胞的總刺激為S(i)＝T_H(i)-T_S(i)＝(k₁-k₂f(·))ε(i)＝K(1-ηf(·))ε(i)，以第k時刻排氣溫度設定值T_設(k)與排氣溫度平均值T_平均(k)的偏差e(k)作為抗原數(shù)量ε(i)，則免疫模糊控制器輸出為K(1-ηf(·))e(k)，模糊免疫比例積分控制器的比例作用系數(shù)為K(1-ηf(·))，其中，K＝k₁控制反應速度，控制穩(wěn)定效果，f(·)為選定的非線性函數(shù)；

采用模糊推理的方法逼近非線性函數(shù)f(·)，第k時刻的模糊免疫比例積分控制器輸出記為G(k)，模糊免疫比例積分控制器輸出經(jīng)微分得到輸出變化率，第k時刻的值記為ΔG(k)，G(k)，ΔG(k)均作為免疫模糊控制器的輸入值，確定模糊免疫比例積分控制器輸出的模糊論域{-1，1}，模糊語言值{N，P}，模糊免疫比例積分控制器輸出變化率的模糊論域{-1，1}，模糊語言值為{N，P}，輸出及輸出變化率的隸屬度函數(shù)均采用三角形，確定非線性函數(shù)f(·)取值的模糊論域{-1，1}，模糊語言值{N，Z，P}，隸屬度函數(shù)采用三角形，設計非線性函數(shù)f(·)：

如果G(k)是N，且ΔG(k)是N，則第k時刻的非線性函數(shù)f(·，k)是P；

如果G(k)是N，且ΔG(k)是P，則第k時刻的非線性函數(shù)f(·，k)是Z；

如果G(k)是P，且ΔG(k)是N，則第k時刻的非線性函數(shù)f(·，k)是Z；

如果G(k)是P，且ΔG(k)是P，則第k時刻的非線性函數(shù)f(·，k)是N；

第k時刻的模糊免疫比例積分控制器輸出G(k)，輸出變化率ΔG(k)分別乘以量化因子模糊化，根據(jù)上述模糊規(guī)則，得到第k時刻非線性函數(shù)f(·，k)的模糊控制量，乘以f(·)的量化因子將其精確化，得到第k時刻非線性函數(shù)f(·，k)的精確值，從而得到第k時刻模糊免疫比例積分控制器的比例作用系數(shù)

kp(k)＝K(1-ηf(·,k))

其中，kp(k)為第k時刻的模糊免疫比例積分控制器的比例作用系數(shù)，K，η為參數(shù)；

4)計算第k時刻的溫度控制燃料行程基準G(k)

G(k)=kp(k)×e(k)+ki(k)×Σj=0ke(j)×T]]>

其中，T表示采樣時間；

5)將第k時刻的溫度控制燃料行程基準G(k)送入燃料行程基準選擇模塊，參與燃料流量的控制，得到第k時刻的燃料量w_f(k)，通過燃料控制閥門送入燃燒室。

2.如權利要求書1所述基于模糊免疫比例積分控制的重型燃氣輪機溫度控制方法，其特征在于：

對于步驟3），排氣溫度設定值T_設與排氣溫度平均值T_平均的偏差的量化因子采用經(jīng)驗試湊的方法確定，其范圍為0.01～0.1，排氣溫度設定值T_設與排氣溫度平均值T_平均的偏差變化率的量化因子采用經(jīng)驗試湊的方法確定，其范圍為0.01～0.05，模糊免疫比例積分控制器積分作用系數(shù)增量的量化因子采用經(jīng)驗試湊的方法獲得，其范圍為0.01～0.03；

對于步驟4），模糊免疫比例積分控制器輸出的量化因子采用經(jīng)驗試湊的方法獲得，其范圍為0.01～1，模糊免疫比例積分控制器輸出變化率的量化因子采用經(jīng)驗試湊的方法獲得，其范圍為0.01～1，非線性函數(shù)f(·)的量化因子采用經(jīng)驗試湊的方法獲得，其范圍為0.01～1，模糊免疫比例積分控制器的比例作用系數(shù)K(1-ηf(·))中的參數(shù)K，η采用經(jīng)驗試湊的方法獲得，K的范圍為0.0005～0.0007，η的范圍為0.1～0.3；

對于步驟5），采樣時間T取值為0.001秒。