[發(fā)明專利]基于雙層結(jié)構(gòu)預測控制的工業(yè)循環(huán)水節(jié)能優(yōu)化控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610969220.4
• 申請日: 2016-10-28
• 公開（公告）號: CN108021024B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發(fā)明（設計）人: 鄒濤;于海斌;鄭洪宇;李永民;王景楊;魏來星;張鑫;賈洋;馬小龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 李巨智

1.一種基于雙層結(jié)構(gòu)預測控制的工業(yè)循環(huán)水節(jié)能優(yōu)化控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)的配置，建立循環(huán)水系統(tǒng)的動態(tài)模型和穩(wěn)態(tài)模型；

步驟2：根據(jù)生產(chǎn)過程的工藝要求，設置被控變量的優(yōu)先級、操作變量的優(yōu)先級、操作變量的效益方向以及操作變量與被控變量之間的相關(guān)性方向；

步驟3：以最小的能量消耗為目標建立目標函數(shù)，根據(jù)工藝條件和穩(wěn)態(tài)模型構(gòu)建約束條件；

所述目標函數(shù)為：

min J＝f(Δu_ss(k),Δy_ss(k))

Δu_ss(k)＝u_ss(k+1)-u_ss(k)

Δy_ss(k)＝y(tǒng)_ss(k+1)-y_ss(k)

其中，f(Δu_ss(k),Δy_ss(k))為目標函數(shù)，表示生產(chǎn)過程中的運營成本；u_ss(k)和y_ss(k)為k時刻的操作變量和被控變量的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化值，Δu_ss(k)為穩(wěn)態(tài)輸入的增量，Δу_ss(k)為穩(wěn)態(tài)輸出的增量；

步驟4：判斷約束條件是否具有可行域，如果具有可行域，則采用操作變量的多優(yōu)先級優(yōu)化策略，得到最優(yōu)操作點；否則采用針對被控變量的多優(yōu)先級優(yōu)化策略，對被控變量的約束條件適當放松，得到最優(yōu)操作點；

所述采用操作變量的多優(yōu)先級優(yōu)化策略，得到最優(yōu)操作點包括以下步驟：

步驟41：對操作變量的操作方向進行判斷；

步驟42：對操作變量的操作順序進行判斷；

步驟43：以該操作順序為新的優(yōu)先級，通過被控變量的多優(yōu)先級優(yōu)化策略進行升序策略的操作變量優(yōu)先級目標優(yōu)化，得到最優(yōu)操作點；

所述對操作變量的操作方向進行判斷為：

在當前狀態(tài)下，為滿足優(yōu)化和控制需求，判斷被控變量的調(diào)節(jié)方向，并根據(jù)被控變量與操作變量的相關(guān)性，判斷操作變量的調(diào)節(jié)方向；其判斷規(guī)則為：同號為正，異號為負；

所述對操作變量的操作順序進行判斷為：

同一優(yōu)先級、不同效益方向的操作變量，當操作方向為正時，操作順序為：最大化效益操作變量優(yōu)先于最小化效益操作變量；反之，當操作方向為負時，操作順序為：最小化效益操作變量優(yōu)先于最大化效益操作變量；

具有不同優(yōu)先級的最大化效益的操作變量，當操作方向為正時，其操作順序與其優(yōu)先級排序相同；反之，當操作方向為負時，其操作順序與其優(yōu)先級排序相反；

步驟5：將得到的最優(yōu)操作點做為設定值，建立模型預測控制器，并實施控制作用；所述的模型預測控制器包括預測模型和滾動優(yōu)化目標函數(shù)：

預測模型為所述動態(tài)模型；

滾動優(yōu)化目標函數(shù)如下：

其中，u_M(k),Δu_M(k)分別表示為被控變量的預測值、操作變量預測值和操作變量增量值，P和M分別表示預測時域和控制時域；Q,R,T分別為誤差權(quán)矩陣、控制權(quán)矩陣和控制增量權(quán)矩陣，y^*＝y(tǒng)(k)+Δy^*和u^*＝u(k-1)+Δu^*分別為最優(yōu)的被控變量值和操作變量值，y(k)為當前時刻被控變量的輸出值，Δy^*為當前時刻最優(yōu)被控變量增量值，u(k-1)為上一時刻操作變量值，Δu^*為當前時刻最優(yōu)操作變量增量值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙層結(jié)構(gòu)預測控制的工業(yè)循環(huán)水節(jié)能優(yōu)化控制方法，其特征在于：在工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中工頻泵的兩端并聯(lián)設置一個變頻泵。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙層結(jié)構(gòu)預測控制的工業(yè)循環(huán)水節(jié)能優(yōu)化控制方法，其特征在于：所述動態(tài)模型和穩(wěn)態(tài)模型的建立過程為：

首先，建立循環(huán)水系統(tǒng)的水力模型和熱力模型；

其次，通過試驗數(shù)據(jù)，修正模型參數(shù)，建立循環(huán)水系統(tǒng)的動態(tài)模型；

最后，由修正后的動態(tài)模型模型，建立循環(huán)水系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型。