[發明專利]火力發電鍋爐主汽壓力最優控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201811132414.4
• 申請日: 2018-09-27
• 公開（公告）號: CN109253443B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 馮旭剛;章家巖;高錦;吳宇平
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: F22B35/00
• 分類號: F22B35/00
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

1.火力發電鍋爐主汽壓力最優控制系統的控制方法，所述的火力發電鍋爐主汽壓力最優控制系統，包括鍋爐主汽壓力控制信號處理子系統、最優控制信號執行子系統、系統狀態更新子系統；

所述的鍋爐主汽壓力控制信號處理子系統，包括過熱蒸汽出口壓力檢測變送裝置、過熱蒸汽出口壓力控制器和線性模型化處理器；

所述的最優控制信號執行子系統，包括最優控制輸入計算器、燃料流量控制器和空氣流量控制器；

所述的系統狀態更新子系統，包括狀態更新器；

所述的過熱蒸汽出口壓力檢測變送裝置的輸出端與過熱蒸汽出口壓力控制器輸入端連接，過熱蒸汽出口壓力控制器的輸出端與線性模型化處理器的輸入端相連接，線性模型化處理器的輸出端與最優控制輸入計算器的輸入端連接，最優控制輸入計算器的輸出端分別與燃料流量控制器、空氣流量控制器和狀態更新器連接；

所述的控制方法，包括以下步驟：

鍋爐主汽壓力控制信號處理子系統的過熱蒸汽出口壓力檢測變送裝置對鍋爐的主汽壓力信號進行測量和記錄；測量出的信號通過過熱蒸汽出口壓力控制器傳遞給線性模型化處理器，通過內置的仿真計算軟件，根據具體的鍋爐的主汽壓力設置系統參數，把鍋爐的主汽壓力模型進行線性化，得到一定范圍內的主蒸汽壓力的線性化模型，進而得出最優控制輸入信號；將最優控制輸入信號傳遞給鍋爐主汽壓力控制信號處理子系統，進行燃料流量和空氣流量控制器，實現主汽壓力的控制效果；

其特征在于，所述的最優控制輸入信號的獲得方法為：

最優控制信號執行子系統首先通過最優控制輸入計算器，根據最優控制理論，對于以狀態空間形式：x(t₀)＝x₀，表示的鍋爐主汽壓力控制信號處理子系統，控制器的性能指標函數表示為系統狀態和控制輸入的線性二次型函數；所述的線性二次型函數的最優解表示成最小化性能指標函數的解析表達式，實現求解過程的規范化，并計算出最優控制參數K和最優控制輸入u＝Kt,然后將最優輸入信號傳遞給燃料流量控制器和空氣流量控制器進行控制，構成閉環控制系統；

系統狀態更新子系統，在當前時刻，將根據初始狀態計算得出的最優控制輸入信號傳遞給最優控制信號執行子系統，到了下一時刻，用狀態更新器將下一時刻的狀態更新作為初始狀態，進而計算得出下一時刻的最優控制輸入傳遞給最優控制信號執行子系統，以此往后類推，形成了一個狀態反饋閉環系統；

鍋爐主汽壓力控制信號處理子系統中，由過熱蒸汽出口壓力檢測變送裝置測量過熱蒸汽出口的壓力值,然后由線性模型化處理器根據主汽壓力控制的具體參數進行設置，得到在各種不同主汽壓力下的線性系統狀態空間模型：

x(t_o)＝x_o

x(t)∈Rⁿ，為狀態向量；u(t)∈R^m為控制向量，且在[t₀,t_f]上分段連續；初始狀態為x(t₀),末態為x(t_f)；

最優控制信號執行子系統中，由最優控制輸入計算器4對建立起的線性系統的狀態空間模型，定義二次函數：

和L(·)為連續可微的標量函數；稱為末值項，后面的稱為過程項；

作為性能指標函數，目的是通過該性能指標函數計算出最優控制輸入，來減小系統輸出誤差，以達到系統誤差和控制能量綜合最優的目的；性能指標函數下x(t)∈Rⁿ,為狀態變量；u(t)∈R^m，為控制向量，且在[t₀,t_f]上分段連續；f(·)∈R^m，為連續向量函數，且對x(t)和t連續可微；

設置狀態調節器：

e(t)＝z(t)-y(t)為跟蹤誤差，是性能指標；

式中，F＝F^T≥0,Q＝Q^T≥0,R＝R^T＞0,稱為加權矩陣；

權陣F,Q和R取為對角陣，u為最優控制輸入，矩陣R為根據控制輸入要求設定的正定矩陣；e^T(t)Qe^T(t)表示控制過程中的偏差；u^T(t)Ru(t)表示控制過程中消耗的控制能量e^T(tf)Fe(tf)表示控制過程結束時的末態偏差，1/2是為了便于進行二次型函數運算而加入的標量因子；

最優控制輸入表示為最小化性能指標函數:

當系統是可控的時候，由于性能指標函數的所包括的時間范圍是從零時刻開始到無窮大，根據貝爾曼最優理論，該最優控制輸入存在并且唯一，最優控制輸入為:u＝Kt；

此時最優控制參數K通過公式：

K＝-(B^TSB+R)^-1B^TSA

計算得出，其中S為黎卡提方程：A^TSA-S-A^TSB(B^TSB+R)^-1B^TSA+C^TC＝0的唯一正定對稱解，該最優控制輸入u包含了當前時刻的最優控制輸入以及在當前時刻對未來時刻最優控制輸入的估計。