[發(fā)明專利]一種氨法脫硫系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制預(yù)測(cè)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910836219.8
• 申請(qǐng)日: 2019-09-05
• 公開（公告）號(hào): CN110471291B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李益國(guó);姜昊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 饒欣

1.一種氨法脫硫系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：以脫硫塔的氨水流量作為控制量，以循環(huán)漿液pH作為被控量，在穩(wěn)態(tài)工況下進(jìn)行開環(huán)階躍響應(yīng)試驗(yàn)，獲取控制量與被控量之間的傳遞函數(shù)，得到被控對(duì)象的辨識(shí)模型；

S2：將循環(huán)漿液pH對(duì)氨水流量的傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換為帶擾動(dòng)項(xiàng)的系統(tǒng)狀態(tài)空間模型；所述步驟S2中的系統(tǒng)狀態(tài)空間模型如式(1)所示：

式中，x_d(k)表示k時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)變量，x_d(k+1)表示k+1時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)變量，u(k)表示k時(shí)刻的控制量，y(k)表示k時(shí)刻的被控量，d(k)表示k時(shí)刻的擾動(dòng)量，A_d表示x_d(k)的系數(shù)矩陣，B_d表示u(k)的系數(shù)矩陣，B_rd表示d(k)的系數(shù)矩陣，C_d表示x_d(k)的系數(shù)矩陣；

S3：選取階躍輸出擾動(dòng)模型、階躍輸入擾動(dòng)模型、斜坡輸入擾動(dòng)模型和周期輸入擾動(dòng)模型這四個(gè)擾動(dòng)模型按順序組成擾動(dòng)模型集；針對(duì)擾動(dòng)模型集中的每一個(gè)擾動(dòng)模型，將步驟S2得到的系統(tǒng)狀態(tài)空間模型轉(zhuǎn)換為增量狀態(tài)空間模型，再將擾動(dòng)增量項(xiàng)和系統(tǒng)輸出項(xiàng)作為擴(kuò)增量對(duì)狀態(tài)變量進(jìn)行擴(kuò)增，得到擴(kuò)增狀態(tài)變量和擴(kuò)增狀態(tài)空間模型；所述步驟S3中的擴(kuò)增狀態(tài)空間模型如下式所示：

式中，x_i(k+1)表示k+1時(shí)刻第i個(gè)擾動(dòng)模型擴(kuò)增的狀態(tài)向量，i＝1,2,3,4，包括三個(gè)子向量Δx_d(k+1)、Δd(k+1)和y(k+1)，Δx_d(k+1)表示k+1時(shí)刻系統(tǒng)原來(lái)的狀態(tài)增量，Δd(k+1)表示k+1時(shí)刻當(dāng)前擾動(dòng)模型的擾動(dòng)增量，y(k+1)表示k+1時(shí)刻脫硫系統(tǒng)的被控量；x_i(k)表示k時(shí)刻第i個(gè)擾動(dòng)模型擴(kuò)增的狀態(tài)向量，包括三個(gè)子向量Δx_d(k)、Δd(k)和y(k)，Δx_d(k)表示k時(shí)刻系統(tǒng)原來(lái)的狀態(tài)增量，Δd(k)表示k時(shí)刻當(dāng)前擾動(dòng)模型的擾動(dòng)增量，y(k)表示k時(shí)刻脫硫系統(tǒng)的被控量；Δu(k)表示k時(shí)刻脫硫系統(tǒng)的控制量增量，A_ai表示第i個(gè)擾動(dòng)模型的擴(kuò)增狀態(tài)空間模型的第一系數(shù)矩陣，A₁,...,A₉表示矩陣A_ai中的元素，B_ai表示第i個(gè)擾動(dòng)模型的擴(kuò)增狀態(tài)空間模型的第二系數(shù)矩陣，B₁,...,B₃表示矩陣B_ai中的元素，C_ai表示第i個(gè)擾動(dòng)模型的擴(kuò)增狀態(tài)空間模型的第三系數(shù)矩陣，C₁,...,C₃表示矩陣C_ai中的元素；

S4：根據(jù)步驟S3中每一個(gè)擾動(dòng)模型的特點(diǎn)，得出所述四個(gè)擾動(dòng)模型的擴(kuò)增狀態(tài)空間模型中的系數(shù)矩陣；

S5：利用標(biāo)準(zhǔn)Kalman濾波器對(duì)每個(gè)擴(kuò)增狀態(tài)空間模型進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)；

S6：計(jì)算脫硫系統(tǒng)的實(shí)際輸出與Kalman濾波器得到的預(yù)估輸出之間的偏差；

S7：采用遞推貝葉斯公式計(jì)算出各個(gè)擾動(dòng)模型與當(dāng)前脫硫系統(tǒng)的匹配概率；

S8：根據(jù)各個(gè)擾動(dòng)模型與當(dāng)前脫硫系統(tǒng)的匹配概率計(jì)算各個(gè)擴(kuò)增狀態(tài)空間模型的權(quán)重；

S9：根據(jù)各個(gè)擴(kuò)增狀態(tài)空間模型的權(quán)重，對(duì)各個(gè)擴(kuò)增狀態(tài)空間模型進(jìn)行加權(quán)平均，計(jì)算出脫硫系統(tǒng)的p步平均預(yù)測(cè)輸出值；

S10：根據(jù)擴(kuò)增狀態(tài)空間模型構(gòu)建平均預(yù)測(cè)模型，計(jì)算最優(yōu)控制增量向量；所述步驟S10中的平均預(yù)測(cè)模型如下式所示：

式中，為k時(shí)刻循環(huán)漿液pH值的p步平均預(yù)測(cè)輸出向量，ΔU(k)為k時(shí)刻控制量向量，F(xiàn)為加權(quán)后的平均預(yù)測(cè)模型的狀態(tài)變量的系數(shù)矩陣，w_i(k)表示k時(shí)刻第i個(gè)擾動(dòng)模型的擴(kuò)增狀態(tài)空間模型的權(quán)重，F(xiàn)_i表示第i個(gè)擾動(dòng)模型的擴(kuò)增狀態(tài)空間模型的狀態(tài)向量的系數(shù)矩陣，Φ為加權(quán)后的平均預(yù)測(cè)模型的控制量向量的系數(shù)矩陣，Φ_i表示第i個(gè)擾動(dòng)模型的擴(kuò)增狀態(tài)空間模型的控制量向量的系數(shù)矩陣；

p表示預(yù)測(cè)步長(zhǎng)，m表示控制步長(zhǎng)；

所述最優(yōu)控制增量向量通過(guò)以下過(guò)程計(jì)算得到：基于性能指標(biāo)函數(shù)計(jì)算k時(shí)刻控制量增量Δu(k)，進(jìn)而基于k時(shí)刻控制量增量Δu(k)構(gòu)造控制增量向量ΔU，制定最終性能指標(biāo)函數(shù)來(lái)計(jì)算最優(yōu)控制增量向量，最終性能指標(biāo)函數(shù)和最優(yōu)控制增量公式如下式：

ΔU＝(Φ^TW_yΦ)^-1Φ^TW_y[Y_r-Fx(k)]

式中，Y_r為漿液pH值設(shè)定值，W_y為誤差權(quán)矩陣，J為性能指標(biāo)，x(k)為k時(shí)刻的平均預(yù)測(cè)模型的狀態(tài)量；

S11：計(jì)算得到脫硫系統(tǒng)的輸出。