[發(fā)明專利]基于狀態(tài)觀測(cè)模型的鍋爐汽溫預(yù)測(cè)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310630433.0
• 申請(qǐng)日: 2013-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN103676651B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李偉;劉世軍;葉澤民;劉江山;徐強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國家電網(wǎng)公司;新疆電力公司電力科學(xué)研究院;上海樸宜實(shí)業(yè)有限公司
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 烏魯木齊市禾工專利代理事務(wù)所65108
• 代理人: 何冰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于狀態(tài)觀測(cè)模型的預(yù)測(cè)控制方法，具體地說是一種對(duì)大慣性、大滯后控制對(duì)象進(jìn)行有效分段，利用狀態(tài)觀測(cè)方法構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行模型預(yù)測(cè)控制的方法，用于鍋爐的汽溫控制。

背景技術(shù)

模型預(yù)測(cè)控制由于采用了控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，使得控制器可以直接處理控制對(duì)象在動(dòng)態(tài)過程中的一些典型特性，并且在一段預(yù)測(cè)時(shí)域內(nèi)預(yù)測(cè)出擾動(dòng)因素的作用，并且在約束條件下做出正確的控制作用。理論推導(dǎo)和數(shù)值仿真均證明了模型預(yù)測(cè)控制行之有效，進(jìn)而越來越多地出現(xiàn)在實(shí)踐嘗試之中。

不過在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中如果單獨(dú)應(yīng)用模型預(yù)測(cè)控制，效果很難達(dá)到預(yù)期，尤其是在負(fù)荷劇烈波動(dòng)的工況下。這是因?yàn)槟Ｐ皖A(yù)測(cè)控制方法本質(zhì)上是一種反饋控制方法，其數(shù)學(xué)模型的形式?jīng)Q定了模型預(yù)測(cè)控制的基本行為。對(duì)于大慣性、大滯后的鍋爐汽溫控制對(duì)象，出口汽溫對(duì)于入口汽溫變化的響應(yīng)通常時(shí)間較長(zhǎng)，依據(jù)這個(gè)模型形式進(jìn)行預(yù)測(cè)控制，整個(gè)控制過程達(dá)到穩(wěn)態(tài)的過程必然較長(zhǎng)，這限制了模型預(yù)測(cè)控制取得良好的效果。

此外對(duì)于預(yù)測(cè)控制的核心之?dāng)?shù)學(xué)模型的獲取，工程現(xiàn)場(chǎng)往往通過動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)的方法。階躍信號(hào)法是其中常用的一種，通過改變減溫噴水量來測(cè)取換熱器出口與入口溫度，辨識(shí)得到換熱器焓溫通道的傳遞函數(shù)。工程上為了便于處理，也經(jīng)常將獲得的數(shù)學(xué)模型表現(xiàn)為階躍響應(yīng)的格式。工程試驗(yàn)方法易于開展，但是需要針對(duì)不同負(fù)荷、不同煤質(zhì)等情況分別進(jìn)行，即便在一種工況下也要進(jìn)行數(shù)次，以確保工況的穩(wěn)定性，排除復(fù)雜因素的綜合影響，從而獲得較為理想的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。顯然工程試驗(yàn)成本較高，也需要較好的建模工具。

為了充分利用預(yù)測(cè)控制的良好特性，必需能夠較為便捷而準(zhǔn)確地獲取數(shù)學(xué)模型，并且能夠有效地克服因?yàn)榇髴T性、大滯后對(duì)象帶來的穩(wěn)定周期較長(zhǎng)的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種為了解決上述現(xiàn)有模型預(yù)測(cè)控制方法存在的技術(shù)缺陷，提供一種基于狀態(tài)觀測(cè)模型的預(yù)測(cè)控制方法，對(duì)鍋爐汽溫這種大慣性、大滯后的控制對(duì)象進(jìn)行預(yù)測(cè)控制的基于狀態(tài)觀測(cè)模型的預(yù)測(cè)控制方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：基于狀態(tài)觀測(cè)模型的鍋爐汽溫預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于：其包括以下步驟：

步驟1、以自然分段或者虛擬分段為原則，將整個(gè)換熱器置換成多段集中參數(shù)環(huán)節(jié)來處理，以各段介質(zhì)出口參數(shù)作為集中參數(shù)環(huán)節(jié)的代表參數(shù)即集中參數(shù)環(huán)節(jié)特征對(duì)換熱器焓溫通道進(jìn)行數(shù)學(xué)建模；

步驟2、構(gòu)建基于輸出反饋的狀態(tài)觀測(cè)器，對(duì)分段出口溫度進(jìn)行估計(jì)；

步驟3、PID是比例積分微分調(diào)節(jié)器（以下簡(jiǎn)稱PID調(diào)節(jié)器），MPC是多變量模型預(yù)測(cè)控制器（以下簡(jiǎn)稱MPC控制器），將MPC控制器與PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行級(jí)聯(lián)構(gòu)成串級(jí)控制回路，MPC控制器為主控制器，根據(jù)換熱器焓溫通道模型得到階躍響應(yīng)系數(shù)，利用多輸入單輸出的控制方法得到導(dǎo)前溫度的設(shè)定值；

步驟4、內(nèi)環(huán)PID調(diào)節(jié)器根據(jù)導(dǎo)前溫度與MPC控制器輸出的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到減溫水閥門控制信號(hào)。

由于實(shí)行上述技術(shù)方案，本發(fā)明通過設(shè)計(jì)資料或者運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)來進(jìn)行建模與校驗(yàn)，減少現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)需求。通過狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)大慣性、大滯后的被控對(duì)象進(jìn)行狀態(tài)重構(gòu)，改善對(duì)象特性。通過預(yù)測(cè)控制作為主控制器實(shí)施預(yù)測(cè)控制，更精準(zhǔn)、快速地達(dá)到控制目標(biāo)。

附圖說明：本發(fā)明的技術(shù)方案由以下的附圖和實(shí)施例給出：

圖1是基于狀態(tài)觀測(cè)模型的預(yù)測(cè)控制方法原理圖；

圖2是基于狀態(tài)觀測(cè)模型的預(yù)測(cè)控制方法流程圖。

具體實(shí)施方式：

本發(fā)明不受下述實(shí)施例的限制，可根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案與實(shí)際情況來確定具體的實(shí)施方式。

實(shí)施例：一種基于狀態(tài)觀測(cè)模型的鍋爐汽溫預(yù)測(cè)控制方法，包括：

步驟1、以自然分段或者虛擬分段為原則，將整個(gè)換熱器置換成多段集中參數(shù)環(huán)節(jié)來處理，以各段介質(zhì)出口參數(shù)作為集中參數(shù)環(huán)節(jié)的代表參數(shù)即集中參數(shù)環(huán)節(jié)特征，或設(shè)計(jì)資料或者運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)對(duì)換熱器焓溫通道進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。

鍋爐的汽溫變化是在典型的單相工質(zhì)換熱器等熱交換設(shè)備中進(jìn)行的，換熱器通常管路較長(zhǎng)，并且從熱量的充分利用與工藝流程的優(yōu)化設(shè)計(jì)角度考慮，存在多種混合的布置型式，形成了自然的分界，例如再熱器的低溫水平段、低溫垂直段、高溫段等，即便是采用統(tǒng)一布置型式的加熱器，也可以沿程進(jìn)行均勻的虛擬分界，將長(zhǎng)管段劃分為若干個(gè)串聯(lián)的中等管段。無論是自然分段還是虛擬分段，分界點(diǎn)上的汽溫變化總是先于整個(gè)管道出口溫度的變化，也給模型預(yù)測(cè)控制帶來更迅速的反饋信號(hào)。