[發(fā)明專利]一種基于多目標(biāo)優(yōu)化的過熱汽溫自抗擾串級控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810436145.4
• 申請日: 2018-05-09
• 公開（公告）號: CN108490790A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫立;符灝;李東海;潘鳳萍;胡康濤
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 施昊

1.一種基于多目標(biāo)優(yōu)化的過熱汽溫自抗擾串級控制方法，其特征在于：該控制方法采用雙回路控制，內(nèi)回路為PI控制器，外回路為多目標(biāo)優(yōu)化的自抗擾控制器；所述多目標(biāo)優(yōu)化的自抗擾控制器分別以過熱汽溫系統(tǒng)的閥門開度和出口溫度為輸入和輸出，根據(jù)保證系統(tǒng)穩(wěn)定的計算方法得到頻率穩(wěn)定區(qū)域，采用多目標(biāo)智能優(yōu)化算法在頻率穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)優(yōu)化尋找擴(kuò)增狀態(tài)觀測器的頻率，通過擴(kuò)增狀態(tài)觀測器觀測擾動狀態(tài)，實現(xiàn)快速消除擾動。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于多目標(biāo)優(yōu)化的過熱汽溫自抗擾串級控制方法，其特征在于，得到頻率穩(wěn)定區(qū)域的方法如下：

自抗擾控制器的傳遞函數(shù)：

其中，s為拉布拉斯算子，b₀為預(yù)設(shè)模型參數(shù)，ω_c,ω_o為擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的可調(diào)頻率；

自抗擾控制器的頻率特性：

其中，G_C表示控制器的傳遞函數(shù)，N、D分別為分子、分母上的傳遞函數(shù)多項式，j表示復(fù)數(shù)坐標(biāo)軸，ω表示頻率；

令

G_C(jω)P(jω)＝-1

其中，P(jω)表示對象的頻率特性；

則

其中，a,b為實數(shù)；

讓上式實部和虛部均等于0，有：

通過求解正實數(shù)解的(ω_o,ω_c)組獲得頻率穩(wěn)定區(qū)域的邊界。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于多目標(biāo)優(yōu)化的過熱汽溫自抗擾串級控制方法，其特征在于，多目標(biāo)智能優(yōu)化算法考慮如下的多目標(biāo)優(yōu)化問題：

其中，在優(yōu)化區(qū)域Ω中代表決定矢量，為約束項，是兩個優(yōu)化性能指標(biāo)，e(t)為參考值與被控對象之間的誤差，L(jω)為閉環(huán)控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于多目標(biāo)優(yōu)化的過熱汽溫自抗擾串級控制方法，其特征在于，所述多目標(biāo)智能優(yōu)化算法為粒子群優(yōu)化算法。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于多目標(biāo)優(yōu)化的過熱汽溫自抗擾串級控制方法，其特征在于，采用多目標(biāo)智能優(yōu)化算法在頻率穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)優(yōu)化尋找擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的頻率的步驟如下：

(1)將求得的頻率穩(wěn)定區(qū)域作為優(yōu)化區(qū)域Ω，設(shè)置粒子數(shù)目M、最大迭代次數(shù)N，迭代次數(shù)k＝1；

(2)設(shè)計兩個性能指標(biāo)：和

(3)將粒子群帶入模型進(jìn)行仿真計算，并根據(jù)性能指標(biāo)最小以及約束條件：

將所有粒子群的解根據(jù)性能指標(biāo)分為主導(dǎo)解和非主導(dǎo)解；

(4)主導(dǎo)解與歷史解通過性能指標(biāo)的對比更新第k+1次迭代的個體最優(yōu)解非主導(dǎo)解在評估后選擇部分解與主導(dǎo)解計算得到全局最優(yōu)解g_best；

(5)根據(jù)如下公式更新第i+1次迭代的粒子群：

其中，下標(biāo)i表示第i個粒子，上標(biāo)k、k+1表示第k次、第k+1次迭代，為速度矢量，x為粒子當(dāng)前位置，w、c₁和c₂分別代表運動慣性、個體分量和群體記憶的權(quán)重；

(6)如果i<N，則重復(fù)執(zhí)行步驟(4)～(5)；否則重復(fù)執(zhí)行步驟(2)～(6)，直到解(ω_o,ω_c)的性能指標(biāo)最優(yōu)為止。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于多目標(biāo)優(yōu)化的過熱汽溫自抗擾串級控制方法，其特征在于，采用多目標(biāo)智能優(yōu)化算法在頻率穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)尋找到的最優(yōu)頻率建立擴(kuò)增狀態(tài)觀測器：

其中，z₁,z₂和z₃為狀態(tài)量的估計值，β₁＝3ω_o,y為對象輸出，b₀為預(yù)設(shè)模型參數(shù)，控制律u₀＝k₁(r-z₁)-k₂z₂，k₂＝2ω_c，r為過熱汽溫設(shè)定值。