[發明專利]基于模型預測控制的MGT-CCHP分層最優控制系統

有效

• 申請號: 201611189329.2
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106647268B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 張怡;吳嘯;李益國;沈炯;張俊禮
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

本發明公開了一種基于模型預測控制的MGT?CCHP分層最優控制系統，包括動態最優目標值設置單元，模型預測控制單元，擾動模型單元，MGT?CCHP系統單元和狀態及擾動觀測器單元。本發明改善了系統的控制性能，提高系統抗干擾性；動態目標值計算單元中考慮了經濟影響因素，使系統具有一定的經濟性；采用多變量預測控制策略控制MGT?CCHP系統，能較好的克服系統大慣性、大延遲的缺點，提高各閥門開度控制對機組負荷變化的響應速度；同時考慮了閥門開度上下限制、速率限制等實際約束，避免因執行機構飽和從而影響系統性能。

技術領域

本發明涉及熱工自動控制領域，尤其是一種基于模型預測控制的MGT-CCHP分層最優控制系統。

背景技術

微型燃氣輪機冷熱電聯產系統由微型燃氣輪機和吸收式制冷機組成，能夠對小型住宅區或商業街區同時提供冷、熱、電三種能源。由于微型燃氣輪機的余熱能夠持續作為加熱器或制冷機的熱源，MGT-CCHP系統的平均能源利用效率高達80％，而常規燃煤電廠的效率只有30％-35％。因此，為了節約能源、降低消耗、保護環境，MGT-CCHP系統已經成為分布式能源系統最優發展前景的方向之一。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種基于模型預測控制的MGT-CCHP分層最優控制系統，能夠改善系統的控制性能，提高系統抗干擾性。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于模型預測控制的MGT-CCHP分層最優控制系統，包括：動態最優目標值設置單元1，模型預測控制單元2，擾動模型單元3，MGT-CCHP系統單元4和狀態及擾動觀測器單元5；動態最優目標值設置單元1與模型預測控制單元2相連，模型預測控制單元2有兩路輸出端，其中第一路輸出端連接擾動模型單元3輸入端，第二路輸出端連接MGT-CCHP系統單元4，MGT-CCHP系統單元4的輸入端同時連接外部不可測擾動，擾動模型單元3和MGT-CCHP系統單元4的輸出端連接狀態及擾動觀測器單元5的輸入端，狀態及擾動觀測器單元5的輸出端連接動態最優目標值設置單元1和模型預測控制單元2。

優選的，動態最優目標值設置單元1中目標函數的構成同時考慮經濟性和擾動的影響，確保在擾動存在情況下，給出的目標值下層能夠跟蹤到達且經濟性最優；模型預測控制單元2用于跟蹤上層動態最優目標設置單元1給出的最優目標值，計算出控制變量；擾動模型單元3表示不可測擾動和模型失配對模型造成的影響；MGT-CCHP系統單元4表示被控對象；狀態及擾動觀測器單元5利用擴增狀態觀測器，基于系統輸入輸出值，估算出系統狀態量和擾動量，用于動態最優目標值設置單元1和模型預測控制單元2中的計算。

優選的，被控對象MGT-CCHP系統單元4為三輸入三輸出對象，三個輸入量分別是燃料閥門開度、回熱閥門開度和高壓冷劑蒸汽閥門開度，三個輸出量分別是輸出功率、冷卻水溫度和生活熱水溫度。

優選的，模型預測控制單元2為基于狀態空間模型的多變量約束模型預測控制單元，其具體實現包括如下步驟：

(1)MGT-CCHP系統動態特性可由下面離散狀態空間模型描述：

其中x(k)∈Rⁿ是狀態變量，u(k)∈R^m是輸入變量，y(k)∈R^l是輸出變量，d(k)∈R^nd是擾動項代表不可測擾動和模型失配的影響。A,B,C,D,G_d是系統矩陣；

(2)擴增狀態觀測器來估計狀態及擾動值，擴增狀態觀測器如下表示：

其中L_k是觀測器增益，‘∧’符號代表估計值；

(3)擴增狀態觀測器的構建可基于常規卡爾曼濾波理論，其中：