一种基于状态观测器的冷热电三联供系统预测控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于状态观测器的冷热电三联供系统预测控制方法，包括以下的步骤：S1：获取微型燃气轮机冷热电三联供对象的阶跃响应模型；S2：确定联供对象的状态空间模型；S3：设置控制器参数，并对联供系统的未来状态进行预测；S4：对控制器进行初始化；S5：计算偏差；S6：对状态量进行在线修正；S7：对未来输出进行预测；S8：计算下一时刻燃料量、回热阀门开度和高压冷剂蒸汽阀门开度的最佳控制增量；S9：计算下一时刻燃料量、回热阀门开度和高压冷剂蒸汽阀门开度的最佳控制量；S10：输出最佳控制量，根据测量信号计算并更新下一时刻的输出预测值；然后在每个采样周期内，重复执行步骤S5-S10。本发明专利技术能够改善控制品质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热工自动控制领域，特别是涉及一种基于状态观测器的冷热电三联供系统预测控制方法。
技术介绍
冷热电联供是实现能量梯级利用、提高一次能源利用率的重要规划和措施。以微型燃气轮机为动力的冷热电联供系统，以其能源利用的高效率、低排放、分布式、安全性和便于调节等优点，逐渐成为当前世界能源技术的发展趋势之一。国内外学者针对联供系统的运行优化、建模等方面进行了大量的研究工作，但是控制策略的研究有所不足。再者，由于联供系统存在较大的惯性和延迟，使得控制策略难以设计。联供系统还存在阀门等设备的非线性特征和上下游回路的耦合特性，导致传统控制方法难以取得满意的控制效果。同时，由于扰动、测量噪声、不确定性的存在对控制器有一定干扰作用，很难取得良好的控制品质。目前通常采用的常规PID控制方案，难以有效应对被控对象的大延迟、强耦合特性。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种能够改善控制品质的基于状态观测器的冷热电三联供系统预测控制方法。技术方案：为达到此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术所述的基于状态观测器的冷热电三联供系统预测控制方法，包括以下的步骤：S1：获取微型燃气轮机冷热电三联供对象的阶跃响应模型；在稳态工况下，分别以燃料量、回热阀门开度和高压冷剂蒸汽阀门开度为输入进行开环阶跃响应试验，经平滑滤波后，分别得到三个输出侧的阶跃响应模型的系数为si.j.k,i＝1,…,ny,j＝1,…,nu,k＝1,…,N；其中，ny、nu分别是系统输出和输入个数，N为三个阶跃响应模型的时域长度；S2：确定联供对象的状态空间模型，如公式(1)所示：X(k)=LX(k-1)+SΔu(k-1)+TΔd(k-1)y(k)=CX(k)y^(k)=y(k)+υ(k)---(1)]]>式(1)中：X(k)=x1T(k)...xNT(k)xpT(k)xdT(k)TC=Iny0...0S=s1...sNsN-sN-10TT=00...BdT,]]>y(k)是输出向量，Δu(k)是输入向量增量，X(k)是状态向量，Δd(k)是扰动序列，υ(k)是测量噪声，是输出测量值，xi，i＝1,…N是系统状态量，xP和xd是分别表征动态残留特性和扰动特性的状态，sk是阶跃响应矩阵，如式(2)所示；矩阵L、T中的参数矩阵为：Ad＝diag{β1,…,βN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于状态观测器的冷热电三联供系统预测控制方法，其特征在于：包括以下的步骤：S1：获取微型燃气轮机冷热电三联供对象的阶跃响应模型；在稳态工况下，分别以燃料量、回热阀门开度和高压冷剂蒸汽阀门开度为输入进行开环阶跃响应试验，经平滑滤波后，分别得到三个输出侧的阶跃响应模型的系数为si.j.k,i＝1,…,ny,j＝1,…,nu,k＝1,…,N；其中，ny、nu分别是系统输出和输入个数，N为三个阶跃响应模型的时域长度；S2：确定联供对象的状态空间模型，如公式(1)所示：X(k)＝LX(k‑1)+SΔu(k‑1)+TΔd(k‑1)y(k)＝CX(k)              (1)y^(k)=y(k)+υ(k)]]>式(1)中：y(k)是输出向量，Δu(k)是输入向量增量，X(k)是状态向量，Δd(k)是扰动序列，υ(k)是测量噪声，是输出测量值，xi，i＝1,…N是系统状态量，xP和xd是分别表征动态残留特性和扰动特性的状态，sk是阶跃响应矩阵，如式(2)所示；矩阵L、T中的参数矩阵为：Ad＝diag{β1,…,βN},0≤βi＜1,Bd＝Iny,Cd＝Iny，输出侧稳定时ai取0，不稳定时ai取1；S3：设置控制器参数，并对联供系统的未来状态进行预测；首先，设置控制器参数，包括采样时间Ts，预测时域P，控制时域M，输出误差权矩阵Q，控制权矩阵R；然后，采用公式(3)所示的预测模型对联供系统的未来状态进行预测：X~(k|k-1)=LX~(k-1|k-1)+SΔuM(k-1)---(3)]]>式(3)中，表示在k‑1时刻对k+i时刻的输出预测值，表示模型输出估计值，xp(k|k‑1)T表示在k‑1时刻对k时刻的动态残留特性状态的预测值，xd(k|k‑1)T表示在k‑1时刻对k时刻的扰动特性状态的预测值，ΔuM(k)＝[Δu(k) … Δu(k+M‑1)]T，其中Δu(k+i),i＝0,…,M‑1表示k+i时刻的输入向量增量，M为控制时域；S4：对控制器进行初始化；S5：计算偏差，如式(4)所示：e(k)=y^(k)-y~(k|k-1)---(4)]]>式(4)中，e(k)为偏差，为输出测量值；S6：对状态量进行在线修正，如式(5)所示：X~(k|k)=X~(k|k-1)+Ke(k)---(5)]]>式(5)中，K为最佳滤波增益，采用式(6)进行计算：式(6)中，(fa)i由信噪比di/υi确定；S7：采用式(7)所示的预测模型对未来输出进行预测；y~(k+1|k)=LPX~(k|k)+SPMΔuM(k)---(7)]]>式(7)中，LP＝[I(P*ny)×(P*ny) … 0]×L，P为预测时域；S8：计算下一时刻燃料量、回热阀门开度和高压冷剂蒸汽阀门开度的最佳控制增量Δu(k)；性能指标函数如式(8)所示：minJ=||Q[y~(k+1|k)-W(k+1)]||2+||RΔuM(k)||2---(8)]]>式(8)中，W(k+1)＝[w(k+1) … w(k+P)]T为未来输出值的参考目标向量，Q为输出误差权矩阵，R为控制权矩阵；将式(7)的预测输出带入式(8)中，并且通过求取性能指标函数的极值求得最佳控制增量为：Δu(k)=Kmpc[W(k+1)-y~(k+1|k)]---(9)]]>式(9)中，S9：计算下一时刻燃料量、回热阀门开度和高压冷剂蒸汽阀门开度的最佳控制量u(k)，如式(10)所示：u(k)＝u(k‑1)+Δu(k)         (10)S10：输出最佳控制量u(k)，根据测量信号计算并更新下一时刻的输出预测值然后在每个采样周期内，重复执行步骤S5—S10。...

【技术特征摘要】
1.一种基于状态观测器的冷热电三联供系统预测控制方法，其特征在于：包括以下的
步骤：
S1：获取微型燃气轮机冷热电三联供对象的阶跃响应模型；
在稳态工况下，分别以燃料量、回热阀门开度和高压冷剂蒸汽阀门开度为输入进行开
环阶跃响应试验，经平滑滤波后，分别得到三个输出侧的阶跃响应模型的系数为si.j.k,i＝
1,…,ny,j＝1,…,nu,k＝1,…,N；其中，ny、nu分别是系统输出和输入个数，N为三个阶跃响
应模型的时域长度；
S2：确定联供对象的状态空间模型，如...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖霈之，李益国，沈炯，刘西陲，吴啸，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32