[發(fā)明專利]一種基于ORC余熱回收系統(tǒng)的快速動態(tài)矩陣控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111180425.1
• 申請日: 2021-10-11
• 公開（公告）號: CN113848723B
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝磊;石堯;張志銘;古紹武
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 彭劍

1.一種基于ORC余熱回收系統(tǒng)的快速動態(tài)矩陣控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)選擇有機(jī)朗肯循環(huán)的輸入變量、輸出變量和有機(jī)工質(zhì)種類，獲取用于辨識的測試數(shù)據(jù)，對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并通過最小二乘辨識法獲得有機(jī)朗肯循環(huán)的有限階躍響應(yīng)模型；

(2)確定有機(jī)朗肯循環(huán)的輸出設(shè)定值以及輸入輸出約束；

(3)選擇動態(tài)矩陣控制的模型時域、預(yù)測時域、控制時域、輸入權(quán)重系數(shù)和輸出權(quán)重系數(shù)；

(4)使用基于SVD分解的雙模式快速動態(tài)矩陣控制策略對有機(jī)朗肯余熱回收系統(tǒng)進(jìn)行控制，直至追蹤到輸出參考值；具體過程如下：

(4-1)將有機(jī)朗肯循環(huán)快速動態(tài)矩陣的目標(biāo)函數(shù)寫為：

s.t.

式中，表示基于有限階躍響應(yīng)的閉環(huán)預(yù)測輸出；Y_target(k)為步驟(2)獲得的有機(jī)朗肯循環(huán)輸出設(shè)定值；Q(k)、R(k)分別為步驟(3)定義的動態(tài)矩陣控制的輸入輸出的權(quán)重系數(shù)；Y_MAX和Y_MIN表示輸入上下限、U_MAX和U_MIN表示輸出上下限、ΔU_MAX和ΔU_MIN表示輸入變化上下限和輸出變化上下限；

(4-2)通過矩陣變化將(4-1)中的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為只與輸入相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)形式：

其中

H＝D^TQD+R

為基于有機(jī)朗肯循環(huán)的余熱回收系統(tǒng)的開環(huán)輸出預(yù)測；在無約束的情況下，原空間的最優(yōu)解為：

(4-3)對(4-2)中的H矩陣進(jìn)行離線的SVD分解：

H＝S^TVS

其中

并規(guī)定特征值：

σ₁≥...≥σ_Nu*M

(4-4)將(4-2)中的目標(biāo)函數(shù)重寫為：

進(jìn)一步寫為：

其中，是無約束解的共軛空間中的值函數(shù)；觀察該目標(biāo)函數(shù)發(fā)現(xiàn)，特征值σ_i較大的項對目標(biāo)函數(shù)影響較大；

(4-5)使用雙模式策略求得滿足約束的共軛空間無約束解，雙模式策略的具體實施方法如下：

模式1：按照特征值對應(yīng)關(guān)系，由小至大將共軛空間無約束最優(yōu)解的元素置0，直到找到一個滿足原空間約束的解；定義標(biāo)量因子0≤λ＜1，則此時更優(yōu)的解為：

其中

該解應(yīng)該滿足約束條件：

通過獲得標(biāo)量因子lambda；其中

如果將最小特征值對應(yīng)的解置0才滿足約束或仍然無法滿足約束，意味著當(dāng)前無約束解的任何信息都無法保留，此時需要進(jìn)入模式2；

模式2：為無約束解中每一個元素定義一個權(quán)重因子k，0≤k≤1，一個滿足約束條件的解存在于：

其中表示元素相乘，為了確定權(quán)重因子k，求解如下所示的線性規(guī)劃問題

其中，Nu表示輸入個數(shù)，M表示控制時域。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ORC余熱回收系統(tǒng)的快速動態(tài)矩陣控制方法，其特征在于，步驟(1)中，有機(jī)朗肯循環(huán)的輸入變量為工質(zhì)泵轉(zhuǎn)速、膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速以及冷凝空氣的質(zhì)量流量，輸出變量為過熱值、蒸發(fā)壓力和冷凝壓力，有機(jī)工質(zhì)種類為R245fa。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ORC余熱回收系統(tǒng)的快速動態(tài)矩陣控制方法，其特征在于，步驟(1)中，獲取用于辨識的測試數(shù)據(jù)的方法包括但不限于開環(huán)階躍測試方法、開環(huán)偽隨機(jī)二進(jìn)制序列測試方法和閉環(huán)激勵測試方法。