按设定误差性能指标函数收敛的火电机组协调控制方法技术

本发明专利技术的按设定误差性能指标函数收敛的火电机组协调控制方法，包括如下步骤：步骤1)建立火电机组协调控制系统状态方程，引入控制律τ1、τ2、状态变量x1、x2及控制输入u1，u2，并将所述火电机组协调控制系统状态方程转成状态变量x1、x2与控制律τ1、τ2的关系式；步骤2)根据控制律τ1和τ2建立误差性能指标函数，并根据所述误差性能指标函数按设定的要求构建误差性能函数，得到跟踪误差的收敛集合；步骤3)构建火电机组输出量的负反馈控制回路。该方法使火电机组的实际负荷和实际汽压在控制过程中保持有界，实现输出信号的有界性，这种输出信号有界的控制方法在实际工程应用中能够保证火电机组的安全运行。

Coordinated control method of thermal power unit based on convergence of performance index function

According to the invention of thermal power unit set convergence error performance index function coordination control method, comprising the following steps: 1) the establishment of thermal power unit coordinated control system state equation, introducing control law, tau 2, tau 1 state variables x1, X2 and control input U1, U2, and the motor coordination type fire group control system state equation into state variables x1, X2 and control law, the 1 tau tau 2 steps; 2) according to the control law and the establishment of 1 tau tau 2 error performance index function, and according to the error performance function of the set according to the requirements of constructing the error performance function, the tracking error convergence set; step 3) negative feedback control loop construction of thermal power unit output. This method makes the unit actual load and the actual pressure remains bounded in the control process, the output signal of the boundedness of the output signal control method bounded can ensure the safe operation of thermal power unit in actual engineering application.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于自动控制
，特别涉及一种按设定误差性能指标函数收敛的火电机组协调控制方法。
技术介绍
随着电网技术的发展以及用户对电能质量的要求不断增大，火电单元机组的运行方式也逐渐发生变化，电网要求火电机组具有良好的负荷适应能力，承担较高的负荷变化率。但火电机组的控制系统是一种多变量控制系统，受控过程是一个复杂的多输入多输出过程，实际负荷和主蒸汽压力的控制相互依赖、相互制约。在火电单元机组的协调控制中，负荷指令信号与机组实际负荷的误差作用于汽机控制器，控制器根据误差信号以一定的控制算法产生控制信号进而改变气门开度，进而改变进气量使实际负荷迅速满足指令信号的要求；在汽机调节气门开度变化的同时，机前蒸汽压力也偏离其设定值，它们的差值经过锅炉控制器以一定的控制算法产生输出信号进而改变进入锅炉的燃料量，进而实现实际蒸汽压力满足指令信号。这种协调控制系统的负荷适应性好，适用于带变动负荷的调频机组，能够较快地满足电网的符合要求。但是上述协调控制系统无法保障闭环系统的稳定性，而且实际负荷和实际汽压的跟踪误差难以控制，无法保证火电机组的安全运行。在这种技术背景下，本专利技术针对火电机组协调控制系统，给出了一种按设定误差性能指标函数收敛的火电机组协调控制方法，使火电机组的实际负荷和实际汽压在控制过程中保持有界。采用这种控制不仅保证了
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述
技术介绍
的不足，提供一种按设定误差性能指标函数收敛的火电机组协调控制方法，具体由以下方案实现：所述按设定误差性能指标函数收敛的火电机组协调控制方法，包括如下步骤：步骤1)建立火电机组协调控制系统状态方程，引入控制律τ1、τ2、状态变量x1、x2及控制输入u1，u2，并将所述火电机组协调控制系统状态方程转成状态变量x1、x2与控制律τ1、τ2的关系式；步骤2)根据控制律τ1和τ2建立误差性能指标函数，并根据所述误差性能指标函数按设定的要求构建误差性能函数，得到跟踪误差的收敛集合；步骤3)构建火电机组输出量的负反馈控制回路，所述负反馈控制回路通过滑模函数与误差性能函数得到实际的火电机组的输入控制律，负反馈控制回路根据所述输入控制律控制火电机组的实际负荷和实际汽压。所述的按设定误差性能指标函数收敛的火电机组协调控制方法的进一步设计在于，所述步骤1)中所述火电机组协调控制系统状态方程，如式(1)，其中，nl表示火电机组的实际负荷；pr表示火电机组的实际汽压；rb表示锅炉的实际燃料量控制；ru表示汽机控制器的阀门开度控制；状态变量x1、x2、控制输入u1，u2以及控制律τ1、τ2分别定义为：令变换矩阵则式(1)转化为x＝Gu，根据变换式(1)转化为接着进行拉普拉斯反变换可以得到时域条件下的状态方程如下其中，和分别表示状态变量x1、x2对时间的一阶导数，和分别表示状态变量x1、x2对时间的二阶导数。所述的按设定误差性能指标函数收敛的火电机组协调控制方法的进一步设计在于，所述步骤2)包括如下步骤：1)取x1的理想指令为x1d，取x2的理想指令为x2d，则表示理想指令x1d对时间求二阶导数，表示理想指令x2d对时间求二阶导数，设定实际负荷和实际汽压的跟踪误差分别为e1＝x1-x1d，e2＝x2-x2d，设定误差e1和e2的误差性能指标函数如式(3)并且有其中，e1(t)和e2(t)分别为设定实际负荷和实际汽压的跟踪误差，其自变量均为时间t，λ1(0)和λ2(0)分别为误差性能指标函数λ1(t)和λ2(t)的初始值，即时间t取零时的值，λ1∞和λ2∞分别为误差性能指标函数λ1(t)和λ2(t)最终收敛值，l1和l2分别为误差性能指标函数λ1(t)和λ2(t)的收敛速度；S1(ε)和S2(p)为需要选取的误差性能函数。2)所述设定的要求为：误差性能函数S1(ε)和S2(p)为光滑连续的单调递增函数，其中ε和p分别为两个函数的自变量；S1(ε)和S2(p)的值域为：-1＜S1(ε)＜1，-1＜S2(p)＜1；换言之，当自变量ε和p分别趋于无穷大时，误差性能函数S1(ε)和S2(p)分别趋近于值域的上下界，表达式如下：limε→+∞S1(ε)＝1，limε→-∞S2(ε)＝-1，limp→+∞S2(p)＝1，limp→-∞S2(p)＝-1。根据所述要求，误差性能函数S1(ε)和S2(p)为双曲正切函数，如式(5)、(6)：3)根据式(3)和式(4)，得到跟踪误差的收敛集合，如式(7)：其中，集合Ξ1表示误差e1最终收敛到(-λ1∞,λ1∞)范围内，集合Ξ2表示误差e2最终收敛到(-λ2∞,λ2∞)范围内。所述的按设定误差性能指标函数收敛的火电机组协调控制方法的进一步设计在于，所述步骤3)中所述火电机组输出量为火电机组的实际负荷和实际气压。所述的按设定误差性能指标函数收敛的火电机组协调控制方法的进一步设计在于，所述步骤3)负反馈控制回路通过Matlab环境下的.m语言编程使滑模函数与误差性能函数得到实际的火电机组的输入控制律，实现火电机组输出量跟踪误差按设定的误差性能指标函数收敛，具体包括如下步骤：步骤A)首先分析误差性能函数,根据双曲正切函数性质，函数S1(ε)的反函数为其中ln(·)表示对自变量求自然对数，S1为所述误差性能函数S1(ε)，λ1表示满足式(4)的误差性能指标函数λ1(t)，将式(8)对时间求二阶导数，可得:设定如下三个变量则其中表示理想指令x1d对时间求二阶导数,同理可得其中表示将双曲正切函数S2(p)的自变量p对时间求二阶导数，λ2同样表示满足式(4)的误差性能指标函数λ2(t)，取如下三个变量则其中表示理想指令x2d对时间的二阶导数,步骤B)选取滑模函数和其中参数c1＝c2＝1.5，然后分别对其求一阶时间导数可得：令辅助变量u1＝M3τ1，u2＝M6τ2，则步骤C)设计辅助变量u1、u2分别为：其中，参数k1＝k2＝1.5，η1＝η2＝0.01,联合式(13)和式(14)可得：则实际的火电机组的输入控制律为τ1＝u1/M3(16)τ2＝u2/M6(17)本专利技术的有益效果为：本专利技术针对火电机组协调控制系统模型，给出一种按设定误差性能指标函数收敛的火电机组协调控制方法，用于控制火电机组的实际负荷和实际汽压。本专利技术的优点在于与目前存在的处理方法相比，这种方法在设计时能够保证跟踪误差按一定规律收敛，使火电机组的实际负荷和实际汽压在控制过程中保持有界，实现输出信号的有界性，这种输出信号有界的控制方法在实际工程应用中能够保证火电机组的安全运行，对于实际生产有非常重要的应用价值。此外，采用这种控制还能够满足跟踪误差的快速收敛性，使输出变量快速跟踪到指令信号，并且保证了闭环系统的稳定性。附图说明图1为本专利技术闭环控制系统结构和组件连接关系示意图。图2为本专利技术实施步骤流程框图。图3为实际负荷跟踪误差及其误差性能指标函数效果示意图。图4为实际负荷跟踪误差速度效果示意图。图5为实际负荷跟踪及跟踪速度效果示意图。图6为锅炉燃料量控制输入示意图。图7为实际汽压跟踪误差及其误差性能指标函数效果示意图。图8为实际汽压跟踪误差速度效果示意图。图9为实际汽压跟踪及跟踪速度效果示意图。图10为汽机控制输入示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种按设定误差性能指标函数收敛的火电机组协调控制方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1)建立火电机组协调控制系统状态方程，引入控制律τ1、τ2、状态变量x1、x2及控制输入u1，u2，并将所述火电机组协调控制系统状态方程转成状态变量x1、x2与控制律τ1、τ2的关系式；步骤2)根据控制律τ1和τ2建立误差性能指标函数，并根据所述误差性能指标函数按设定的要求构建误差性能函数，得到跟踪误差的收敛集合；步骤3)构建火电机组输出量的负反馈控制回路，所述负反馈控制回路通过滑模函数与误差性能函数得到实际的火电机组的输入控制律，负反馈控制回路根据所述输入控制律控制火电机组的实际负荷和实际汽压。

【技术特征摘要】
1.一种按设定误差性能指标函数收敛的火电机组协调控制方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1)建立火电机组协调控制系统状态方程，引入控制律τ1、τ2、状态变量x1、x2及控制输入u1，u2，并将所述火电机组协调控制系统状态方程转成状态变量x1、x2与控制律τ1、τ2的关系式；步骤2)根据控制律τ1和τ2建立误差性能指标函数，并根据所述误差性能指标函数按设定的要求构建误差性能函数，得到跟踪误差的收敛集合；步骤3)构建火电机组输出量的负反馈控制回路，所述负反馈控制回路通过滑模函数与误差性能函数得到实际的火电机组的输入控制律，负反馈控制回路根据所述输入控制律控制火电机组的实际负荷和实际汽压。2.根据权利要求1所述的按设定误差性能指标函数收敛的火电机组协调控制方法，其特征在于所述步骤1)中所述火电机组协调控制系统状态方程，如式(1)，nlpr=g11g12g21g22rbru---(1)]]>其中，nl表示火电机组的实际负荷；pr表示火电机组的实际汽压；rb表示锅炉的实际燃料量控制；ru表示汽机控制器的阀门开度控制；状态变量x1、x2、控制输入u1，u2以及控制律τ1、τ2分别定义为：令变换矩阵则式(1)转化为x＝Gu，根据变换式(1)转化为接着进行拉普拉斯反变换可以得到时域条件下的状态方程如下x··1=τ1-x·1x··2=τ2-x·2---(2)]]>其中，和分别表示状态变量x1、x2对时间的一阶导数，和分别表示状态变量x1、x2对时间的二阶导数。3.根据权利要求2所述的按设定误差性能指标函数收敛的火电机组协调控制方法，其特征在于所述步骤2)包括如下步骤：1)取x1的理想指令为x1d，取x2的理想指令为x2d，则表示理想指令x1d对时间求二阶导数，表示理想指令x2d对时间求二阶导数，设定实际负荷和实际汽压的跟踪误差分别为e1＝x1-x1d，e2＝x2-x2d，设定误差e1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈彦桥，刘建民，陈刚，张园园，刘金琨，
申请(专利权)人：国电科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32