一种相位补偿与变结构复合预测控制方法技术

本发明专利技术公开了一种相位补偿与变结构复合预测控制方法，首先根据经典模型预测控制方法，融合鲁棒控制的启发约束和饱和约束方法，重新架构预测控制理论，形成新的预测控制方法理论；其次针对燃煤机组存在非探测性外环扰动与过程输出控制相位滞后，系统稳定性裕量不足等问题，耦合相位补偿算法，抑制扰动，提高稳定裕度；最后建立基于相位补偿和变结构复合预测算法为一体的复合预测控制方法，对过程控制的外环扰动和时变特性具有较好的适应性，进一步提升了现代经典模型预测控制方法在热工控制过程中应用的完备性。过程中应用的完备性。过程中应用的完备性。

【技术实现步骤摘要】
一种相位补偿与变结构复合预测控制方法


[0001]本专利技术涉及一种燃煤机组过程控制方法，具体涉及一种相位补偿与变结构复合预测控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，燃煤机组过程控制越来越多的采用先进控制理论，在热惯性和热迟延较大的控制环节，基于模型的预测控制方法逐渐占据主流，并对非时变的控制对象和控制问题具有较好的应用效果，然而在实际控制过程中，系统过程输出往往存在非探测性的扰动，传统的做法一般是根据扰动的类型寻找相应的扰动源并构建合适的前馈进行扰动直接抑制，然而在某些系统中，扰动源往往是复杂而多变的，无法构造完整的前馈抑制扰动，不仅如此，过程输出的变化相位往往和扰动源的变化相位重叠较大，构造的前馈往往对过程控制输出起不到很好的抑制扰动作用；为了解决这一控制难题，使系统的过程控制能够达到较好的水平，本专利技术提供了一种相位补偿和预测复合控制方法，构建阻尼网络对过程输出进行相位补偿，有效的对预测控制理论进行补充和修正，使系统能够较好的克服过程输出的外扰，达到良好的非时变系统和时变扰动系统扰动抑制作用。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于针对现有燃煤机组过程控制方法完备性的不足，提供了一种相位补偿与变结构复合预测控制方法。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案予以实现：
[0005]一种相位补偿与变结构复合预测控制方法，包括以下步骤：
[0006]1)根据经典模型预测控制方法，融合鲁棒控制的启发约束和饱和约束方法，重新架构预测控制理论，形成新的变结构预测控制方法理论；
[0007]2)提出过程控制输出相位离散补偿模型，将步骤1)中的变结构预测控制过程输出进一步引入到相位离散补偿模型中，形成新的过程输出值；
[0008]3)对步骤2)中的获得的新的过程输出值进一步引回至变结构预测控制模型中，实现相位补偿和变结构预测复合预测控制闭环，最终获得系统的控制量输出；
[0009]本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中，根据经典模型预测控制方法，融合鲁棒控制的启发约束和饱和约束方法，重新架构预测控制理论，形成新的预测控制方法理论，具体如下：
[0010]燃煤机组热工过程控制采用一阶惯性加迟延过程描述，其阶跃响应模型为：
[0011][0012]式中：Δu(t)＝u(t)
‑
u(t
‑
1)；y为过程输出；u为控制输入；t为离散采样时间；S
i
为过程的阶跃响应系数；n为正整数，为一次扰动下，连续控制空间至稳定所需要的时间除以采样时间步长；则未来计算过程中t+N的预测输出为：
[0013][0014]式中：为t+N时刻过程输出的预测值；为t+N时刻过程所受扰动的预测值；N为预测步数；上式表明，过程未来输出的预测值由四项组成；第一项取决于当前和未来的控制序列；假定未来各时刻所受的扰动不变，则未来时刻的扰动量预测值为由当前时刻的扰动量误差，其值为：
[0015][0016]式中：y
m
(t)为当前时刻过程输出的测量值；为当前时刻过程所受扰动的广义估计值，它包含系统的外部扰动，过程模型参数的摄动以及过程未建模的综合误差，取目标函数为：
[0017][0018]式中：
[0019]C(q
‑1)＝c0+c1q
‑1+
…
+c
nc
q
‑
nc
[0020][0021]其中，r(t)为过程输出的设定值；C(q
‑1)为稳定多项式，其表示的是过去的控制误差对未来控制的影响；假定当前和未来时刻的控制输出入恒定值，分别取u(t
‑
1)和u(t)，所对应的目标函数分别为和其中N为预测时域长度，则变结构预测控制的问题描述为，求当前的控制输入u(t)，建立如下约束条件：
[0022][0023]并满足如下饱和约束：
[0024]u
L
＜u(t)＜u
H
[0025]其中，u
L
和u
H
分别为过程控制输入的下限和上限，对于热工过程，取：
[0026]C(q
‑1)＝(1+λ)
‑
λq
‑1[0027]其中λ为低阶过程控制参数，进一步化简得：
[0028][0029]式中：
[0030][0031]假定当前及未来的控制序列为恒定值，其大小等于t
‑
1时刻的控制量，则有：Δu(t
‑
i+N)＝0，i＝1,
…
,N，由此可推得此时的目标函数值为：
[0032][0033]式中，N≤n
‑
2，假定当前控制输入为u(t)，而未来各时刻的控制量保持不变，则有：Δu(t
‑
i+N)＝0，i＝1,
…
,N，不难推得目标函数值为：
[0034][0035]当时，则：
[0036][0037]不失一般性，设S
N
≥S
N
‑1＞0，则有因此，当时，Δu(t)可取：
[0038][0039]考虑到约束条件式，上式可推导获得：
[0040][0041]本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中，对控制作用进行推导计算，具体如下：
[0042]当时，控制作用u(t)为：
[0043][0044][0045]式中，ε为可调整实数，其作用是加快系统收敛，起到饱和约束的作用，同样的推导，当时，控制作用u(t)为：
[0046][0047]其中：
[0048][0049]本专利技术进一步的改进在于，根据附图3所描述，将当前时刻过程输出的测量值x(t)引入相位补偿中，获得相位补偿后的过程输出值y
m
(t)，具体如下：
[0050]系统过程输出测量值x(t)至补偿后过程输出值y
m
(t)的相位补偿网络为二阶欠阻尼网络，具体如下：
[0051][0052]G'(s)为相位补偿网络传递函数，其中α1、α2和α3分别为补偿网络的系统增益、阻尼系数和补偿惯性时间；s为拉普拉斯算子，采用双线性变化公式对上式离散化：
[0053][0054]z为离散算子，则G(s)可表示为：
[0055][0056]令令
[0057]上式可简化为：
[0058][0059]将上式离散化，变为：
[0060][0061]由上述离散公式可得到过程输出测量值x(t)的相位补偿后的过程输出值y
m
(t)，其中y
m
(t
‑
1)，y
m
(t
‑
2)分别为y
m
(t)的时序值，x(t
‑
1)，x(t
‑
2)分别为过程输出测量值x(t)的时序值。
[0062]本专利技术进一步的改进在于，将上述步骤中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相位补偿与变结构复合预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据经典模型预测控制方法，融合鲁棒控制的启发约束和饱和约束方法，重新架构预测控制理论，形成新的变结构预测控制方法理论；2)提出过程控制输出相位离散补偿模型，将步骤1)中的变结构预测控制过程输出进一步引入到相位离散补偿模型中，形成新的过程输出值；3)对步骤2)中的获得的新的过程输出值进一步引回至变结构预测控制模型中，实现相位补偿和变结构预测复合预测控制闭环，最终获得系统的控制量输出。2.根据权利要求1所述的一种相位补偿与变结构复合预测控制方法，其特征在于，步骤1)中，根据经典模型预测控制方法，融合鲁棒控制的启发约束和饱和约束方法，重新架构预测控制理论，形成新的预测控制方法理论，具体如下：燃煤机组热工过程控制采用一阶惯性加迟延过程描述，其阶跃响应模型为：式中：Δu(t)＝u(t)
‑
u(t
‑
1)；y为过程输出；u为控制输入；t为离散采样时间；S
i
为过程的阶跃响应系数；n为正整数，为一次扰动下，连续控制空间至稳定所需要的时间除以采样时间步长；则未来计算过程中t+N的预测输出为：式中：为t+N时刻过程输出的预测值；为t+N时刻过程所受扰动的预测值；N为预测步数；上式表明，过程未来输出的预测值由四项组成；第一项取决于当前和未来的控制序列；假定未来各时刻所受的扰动不变，则未来时刻的扰动量预测值为由当前时刻的扰动量误差，其值为：式中：y
m
(t)为当前时刻过程输出的测量值；为当前时刻过程所受扰动的广义估计值，它包含系统的外部扰动，过程模型参数的摄动以及过程未建模的综合误差，取目标函数为：式中：C(q
‑1)＝c0+c1q
‑1+
…
+c
nc
q
‑
nc
其中，r(t)为过程输出的设定值；C(q
‑1)为稳定多项式，其表示的是过去的控制误差对未来控制的影响；假定当前和未来时刻的控制输出入恒定值，分别取u(t
‑
1)和u(t)，所对应的目标函数分别为和其中N为预测时域长度，则变结构预测控制的问题描述为，求当前的控制输入u(t)，建立如下约束条件：
并满足如下饱和约束：u
L
＜u(t)＜u
H
其中，u
L
和u
H
分别为过程控制输入的下限和上限，对于热工过程，取：C(q
‑1)＝(1+λ)
‑
λq
‑1其中λ为低阶过程控制参数，进一步化简得：式中：假定当前及未来的控制序列为恒定值，其大小等于t
‑
1时刻的控制量，则有：Δu(t
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王林，李军，高林，高海东，肖勇，周俊波，王明坤，侯玉婷，赵章明，高耀岿，王文毓，雷杨祥，郭彦君，查玲，
申请(专利权)人：西安西热控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：