[發(fā)明專利]基于改進(jìn)細(xì)菌菌落的主蒸汽溫度線性自抗擾串級(jí)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110758461.5
• 申請(qǐng)日: 2021-07-05
• 公開（公告）號(hào): CN114167909B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 印江;曹振乾;侯鵬飛;張津華;白建云;袁華保峰;李麗鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山西大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D23/19
• 分類號(hào): G05D23/19
• 代理公司: 太原申立德知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 程園園

本發(fā)明涉及火力發(fā)電、智能優(yōu)化控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于改進(jìn)細(xì)菌菌落的主蒸汽溫度線性自抗擾串級(jí)控制方法。本發(fā)明針對(duì)循環(huán)流化床鍋爐主蒸汽溫度系統(tǒng)存在非線性、多擾動(dòng)等問題，采用串級(jí)控制與線性自抗擾控制相結(jié)合的控制策略，設(shè)計(jì)了主蒸汽溫度線性自抗擾串級(jí)控制系統(tǒng)，同時(shí)，為了改善該系統(tǒng)的控制性能和控制精度，提出一種基于改進(jìn)細(xì)菌菌落優(yōu)化的線性自抗擾串級(jí)控制方法。該方法將ITAE積分性能指標(biāo)作為改進(jìn)細(xì)菌菌落算法的適應(yīng)度函數(shù)，利用改進(jìn)細(xì)菌菌落算法對(duì)自抗擾控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。最后基于Matlab/Simulink仿真平臺(tái)，搭建建主蒸汽溫度的動(dòng)態(tài)仿真模型。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及火力發(fā)電、智能優(yōu)化控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于改進(jìn)細(xì)菌菌落的主蒸汽溫度線性自抗擾串級(jí)控制方法。

背景技術(shù)

主蒸汽溫度控制系統(tǒng)關(guān)系著循環(huán)流化床鍋爐的安全性和經(jīng)濟(jì)性，因此對(duì)其要求非常嚴(yán)格。由于各種擾動(dòng)的影響，由于各種擾動(dòng)的影響，使得被控對(duì)象具有非線性、時(shí)變等特點(diǎn)，尤其近年來(lái)由于CFB機(jī)組的裝機(jī)容量不斷增加，被控對(duì)象變得更加復(fù)雜，進(jìn)一步增加了主蒸汽溫度的控制難度，常規(guī)PID控制的主蒸汽溫度系統(tǒng)在穩(wěn)定性、控制精度等性能方面難以滿足機(jī)組參與深度調(diào)峰的要求，因此，尋求合理的主蒸汽溫度智能優(yōu)化控制方法成為當(dāng)下提高主蒸汽溫度控制品質(zhì)的重要方法。

目前，CFB鍋爐主蒸汽溫度的控制方法是以噴水減溫為主，即通過(guò)控制閥門開度的大小來(lái)決定噴水量，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)主蒸汽溫度的控制。但是，CFB鍋爐在變工況下，由于過(guò)熱器的布置以及蒸汽管路較長(zhǎng)，當(dāng)發(fā)生減水側(cè)的擾動(dòng)時(shí)，主蒸汽溫度需要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間才能有反應(yīng)，即主蒸汽溫度反應(yīng)比較慢，有較大的遲延和慣性，加大了控制難度，從而難以獲得良好的控制效果。

傳統(tǒng)串級(jí)PID控制方案存在兩個(gè)方面的問題：1)依據(jù)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)的復(fù)雜定量函數(shù)引入，增加了調(diào)試人員的難度；2)傳統(tǒng)串級(jí)PID控制是為了消除誤差引入積分作用，但是容易造成積分飽和現(xiàn)象，從而降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。外回路通過(guò)控制輸出限幅避免積分飽和現(xiàn)象；而內(nèi)回路則需要加入單獨(dú)的抗積分飽和邏輯，從而加大了設(shè)計(jì)的困難性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)循環(huán)流化床鍋爐主蒸汽溫度系統(tǒng)存在非線性、多擾動(dòng)等問題，采用串級(jí)控制與線性自抗擾控制相結(jié)合的控制策略，設(shè)計(jì)了主蒸汽溫度線性自抗擾串級(jí)控制系統(tǒng)，如圖2所示。同時(shí)，為了改善該系統(tǒng)的控制性能和控制精度，提出一種基于改進(jìn)細(xì)菌菌落優(yōu)化的線性自抗擾串級(jí)控制方法。該方法將ITAE積分性能指標(biāo)作為改進(jìn)細(xì)菌菌落算法的適應(yīng)度函數(shù)，利用改進(jìn)細(xì)菌菌落算法對(duì)自抗擾控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。最后基于Matlab/Simulink仿真平臺(tái)，搭建建主蒸汽溫度的動(dòng)態(tài)仿真模型。結(jié)果表明，有效的抑制了擾動(dòng)側(cè)主蒸汽溫度的波動(dòng)，能夠快速響應(yīng)擾動(dòng)并跟蹤設(shè)定值，維持主蒸汽溫度的穩(wěn)定。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案：

基于改進(jìn)細(xì)菌菌落的主蒸汽溫度線性自抗擾串級(jí)控制方法，所述控制方法的外回路采用線性自抗擾控制器，基于改進(jìn)細(xì)菌菌落優(yōu)化算法對(duì)線性自抗擾控制器的帶寬ω_c、被控對(duì)象參數(shù)b的估計(jì)值b₀進(jìn)行優(yōu)化，包括以下步驟：

步驟1，初始化算法的相關(guān)參數(shù)，設(shè)置相關(guān)約束條件，線性自抗擾控制器的兩個(gè)參數(shù)看作空間中的一組可行解(ω_c,b₀)；

步驟2，初始化單個(gè)或3～5個(gè)細(xì)菌個(gè)體；

步驟3，根據(jù)細(xì)菌個(gè)體當(dāng)前位置，調(diào)用被控對(duì)象程序用公式(22)評(píng)價(jià)細(xì)菌適應(yīng)度值，即計(jì)算每個(gè)細(xì)菌的目標(biāo)函數(shù)值，記錄當(dāng)前g_best以及(ω_c,b₀)，并采用隨機(jī)搜索方法，更新g_best以及線性自抗擾控制器的兩個(gè)參數(shù)(ω_c,b₀)，公式(22)如下：

其中，ΔJ為Δt時(shí)間段內(nèi)誤差函數(shù)加權(quán)之后的積分值，Δt為采樣周期，E為誤差，τ為時(shí)間；