一种针对滞后特性对象的火电机组控制方法、系统及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种针对滞后特性对象的火电机组控制方法、系统及介质，本发明专利技术方法包括获取被控对象的测量值；计算被控对象测量值及其设定值的偏差e以及偏差e对时间的一阶导数；构建以偏差e、偏差e对时间的一阶导数为元素的反馈向量；将反馈向量与反馈向量维数相同的响应指令向量的转置进行点积计算作为相应执行器的动作指令；根据预设的响应指令向量的自学习规则，动态调整响应指令向量各元素的值。本发明专利技术得到的响应指令具有自学习功能，可根据被控参数的反馈状态进行动态调整，使控制系统具有更优良的响应速度和响应精度，既适用于存在滞后特性对象的单变量控制系统，也适用于含有滞后特性对象的多变量耦合控制系统。

【技术实现步骤摘要】
一种针对滞后特性对象的火电机组控制方法、系统及介质
本专利技术涉及工业过程自动控制技术，具体涉及一种针对滞后特性对象的火电机组控制方法、系统及介质。
技术介绍
控制科学与技术以瓦特专利技术蒸汽机的飞球调速器为开端，历经了以Nyquist稳定性判据、Evans根轨迹法为代表的经典控制和以状态空间法、最优控制、最优滤波为代表的现代控制的发展阶段，目前正处于智能控制发展时期。关于智能控制，至今尚无公认的、统一的定义。一般而言，人们把模糊控制、神经网络控制、专家控制、分层递阶控制、学习控制、仿人智能控制等方法均算作智能控制的范畴。在火力发电控制领域，为降低发电成本，追求更高的经济效益，满足日益严格的排放标准，火电机组逐渐向大容量、高参数方向发展。超(超)临界机组占据火电机组的绝大部分。超临界参数机组的协调控制系统具有多变量输入与输出、非线性、耦合性强的特点。由于控制系统的平台限制作用，当前火电控制仍采用经典控制时代算法，涉及的闭环控制问题绝大部分仍依赖PID控制器，协调控制难以取得理想效果。随着火电机组运行年限的增加，主辅设备经过大小检修后，线性调节特性逐年下降，自动控制系统的调节品质进一步下降。很多电厂尤其是老旧机组，仍是手操机组，自动化水平较低。近年来，学者、工程技术人员从不同方面开展研究，试图提升火电机组的自动化和智能化水平，不断将不同的智能控制算法引入火力发电控制领域。但各种智能控制技术在工程应用中仍存在以下难题：第一、采用神经网络建立多变量、强耦合、非线性时变对象模型时，样本数据的准确性、有效性和广泛性对模型的建立和训练至关重要，需研究更先进的算法，解决样本数量有限的问题；第二、智能优化算法计算量大，搜索速度相对较慢，难以保证在有限的时间内找到全局最优解，对控制的实时性有不利影响；第三、智能优化算法常单独使用，未与传统PID控制有机融合，在精准响应特性方面还有待提高；第四、神经网络及智能优化算法的建模、寻优过程需要进行复杂的计算，很难利用DCS现有的组态工具完成，需进行独立系统的开发，限制了该项技术的推广应用。目前尚未见相关智能算法在火电机组控制中进行广泛应用，尤其对主汽压力、主汽温度等具有交叉耦合影响和滞后特性的控制对象，以及具有纯滞后特性的烟气中氮氧化物含量的控制还缺乏有效的智能控制手段。究其原因，主要在于被控对象复杂，非线性和滞后特征明显，工况千差万别，控制参数和控制回路缺乏自学习功能，无法动态调整，难于广泛适应所有工况。因此，有必要基于被控对象特性，研究控制系统和控制参数的自学习功能，使控制更加智能化。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种针对滞后特性对象的火电机组控制方法、系统及介质，本专利技术得到的响应指令具有自学习功能，可根据被控参数的反馈状态进行动态调整，使控制系统具有更优良的响应速度和响应精度，既适用于针对滞后特性对象的单变量控制系统，也适用于含有滞后特性对象的多变量耦合控制系统。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种针对滞后特性对象的火电机组控制方法，包括：1)针对具有滞后特性的被控对象，获取被控对象的测量值；2)计算被控对象测量值及其设定值的偏差e以及偏差e对时间的一阶导数；3)构建以偏差e、偏差e对时间的一阶导数为元素的反馈向量；4)首先将所述反馈向量与反馈向量维数相同的响应指令向量的转置进行点积计算，并将点积计算结果作为相应执行器的动作指令；然后根据预设的响应指令向量的自学习规则，动态调整响应指令向量各元素的值。可选地，所述被控对象为单个独立的被控对象，步骤3)中构建的反馈向量为其中e为被控对象测量值及其设定值的偏差，为偏差e对时间的一阶导数。可选地，步骤3)中与反馈向量维数相同的响应指令向量形式为[w1,w2]，其中w1,w2分别为响应指令向量中的元素，且元素w1,w2的初始取值满足：采用e·w1，作为动作指令驱动对应的执行器时，将使得偏差e向趋近于0的方向动作，其中e为被控对象测量值及其设定值的偏差，为偏差e对时间的一阶导数。可选地，步骤4)中的点积计算结果的函数表达式为：其中e为被控对象测量值及其设定值的偏差，为偏差e对时间的一阶导数，w1,w2分别为响应指令向量中的元素。可选地，所述被控对象为n个交叉耦合影响作用的被控对象中的一个，步骤3)中构建的反馈向量为其中e1～en分别为第1～n个被控对象的测量值及其设定值的偏差，分别为第1～n个被控对象的测量值及其设定值的偏差e1～en对时间的一阶导数。可选地，步骤4)中进行点积计算时，任意第i个被控对象的与反馈向量维数相同的响应指令向量为[wi1,wi2,……,wi2n]，其中wi1,wi2,……,wi2n分别为第i个被控对象的响应指令向量中的n个响应指令，且n个响应指令wi1,wi2,……,wi2n的初始取值满足：采用e1·wi1，作为动作指令驱动第i个执行器时，将使得偏差ei向趋近于0的方向动作。可选地，步骤4)中进行点积计算时，任意第i个被控对象的点积计算结果的函数表达式为：其中e1～en分别为被控对象测量值及其设定值的偏差，分别为偏差e1～en对时间的一阶导数，wi1,wi2,……,wi2n分别为第i个被控对象的响应指令向量中的n个响应指令。可选地，步骤4)中动态调整响应指令向量各元素的值时，针对响应指令向量任意第i个元素wi的处理步骤包括：判断元素wi是否满足预设的调整条件，若不满足调整条件，则保持元素wi的值不变；否则按照wi+1＝wi+Δw更新元素wi的值，并将更新后得到的新值wi+1进行限幅处理，其中Δw为该元素的预设调整步长。此外，本专利技术还提供一种针对滞后特性对象的火电机组控制系统，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行所述针对滞后特性对象的火电机组控制方法的步骤。此外，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行所述针对滞后特性对象的火电机组控制方法的计算机程序。和现有技术相比，本专利技术具有下述优点：1、本专利技术以被控变量设定值与测量值的偏差以及偏差对时间的一阶导数为反馈向量，可同时监测控制偏差的绝对值和变化趋势，使得以反馈向量为基础的控制器调节指令具有预测功能，能快速消除控制偏差，有效避免了对于滞后特性对象控制容易出现的超调或欠调现象。2、本专利技术中响应指令具有自学习功能，能根据被控变量的控制偏差和变化趋势进行动态调整，执行器的调节指令设计为相应指令向量与反馈向量的乘积，使得执行器的调节指令本质上是以二次非线性曲线的轨迹进行响应，与一般的线性调节相比，显著提升了响应速度和控制精度。当被控对象设定值与测量值偏差较大且有扩大趋势时，控制器大幅度输出使之向偏差减小方向动作的指令，具有快速性；当被控对象设定值与测量值偏差减小时，控制器超前输出防止超调的指令，具有预见性，这两种特性对具有滞后特性的非线性控制对象非常适用。3、本专利技术中响应指令向量的自学习规则设计有保护措施，确保动态调整始本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对滞后特性对象的火电机组控制方法，其特征在于，包括：/n1)针对具有滞后特性的被控对象，获取被控对象的测量值；/n2)计算被控对象测量值及其设定值的偏差e以及偏差e对时间的一阶导数；/n3)构建以偏差e、偏差e对时间的一阶导数为元素的反馈向量；/n4)首先将所述反馈向量与反馈向量维数相同的响应指令向量的转置进行点积计算，并将点积计算结果作为相应执行器的动作指令；然后根据预设的响应指令向量的自学习规则，动态调整响应指令向量各元素的值。/n

【技术特征摘要】
1.一种针对滞后特性对象的火电机组控制方法，其特征在于，包括：
1)针对具有滞后特性的被控对象，获取被控对象的测量值；
2)计算被控对象测量值及其设定值的偏差e以及偏差e对时间的一阶导数；
3)构建以偏差e、偏差e对时间的一阶导数为元素的反馈向量；
4)首先将所述反馈向量与反馈向量维数相同的响应指令向量的转置进行点积计算，并将点积计算结果作为相应执行器的动作指令；然后根据预设的响应指令向量的自学习规则，动态调整响应指令向量各元素的值。


2.根据权利要求1所述的针对滞后特性对象的火电机组控制方法，其特征在于，所述被控对象为单个独立的被控对象，步骤3)中构建的反馈向量为其中e为被控对象测量值及其设定值的偏差，为偏差e对时间的一阶导数。


3.根据权利要求2所述的针对滞后特性对象的火电机组控制方法，其特征在于，步骤3)中与反馈向量维数相同的响应指令向量形式为[w1,w2]，其中w1,w2分别为响应指令向量中的元素，且元素w1,w2的初始取值满足采用e·w1，作为动作指令驱动对应的执行器时，将使得偏差e向趋近于0的方向动作，其中e为被控对象测量值及其设定值的偏差，为偏差e对时间的一阶导数。


4.根据权利要求3所述的针对滞后特性对象的火电机组控制方法，其特征在于，步骤4)中的点积计算结果的函数表达式为：其中e为被控对象测量值及其设定值的偏差，为偏差e对时间的一阶导数，w1,w2分别为响应指令向量中的元素。


5.根据权利要求1所述的针对滞后特性对象的火电机组控制方法，其特征在于，所述被控对象为n个交叉耦合影响作用的被控对象中的一个；步骤3)中构建的反馈向量为其中e1～en分别为第1～n个被控对象的测量值及其设定值的偏差，分别为第1～n个被控对象的测量值及其设定值的偏差e1～en对...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锡辉，朱晓星，何洪浩，陈厚涛，刘武林，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司，国网湖南省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43