一種微型燃?xì)廨啓C(jī)解耦控制方法
【專利摘要】本發(fā)明針對(duì)微型燃?xì)廨啓C(jī)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)可分解為兩個(gè)子系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了一種微型燃?xì)廨啓C(jī)解耦控制方法，采用效能相對(duì)增益矩陣準(zhǔn)確判斷輸入量與輸出量的配對(duì)方式，通過奇異值分解的解耦方法對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)。單元機(jī)組的協(xié)調(diào)控制的仿真結(jié)果表明，基于效能相對(duì)增益矩陣—奇異值分解解耦控制方法與傳統(tǒng)的PID控制方法相比可以減少調(diào)節(jié)時(shí)間，減弱耦合，降低超調(diào)量，使系統(tǒng)獲得良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性。與一般的解耦控制方法相比，消除耦合的效果好，計(jì)算簡(jiǎn)單，工程上易于實(shí)現(xiàn)。
【專利說明】
一種微型燃?xì)廨啓C(jī)解耦控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于分布式能源系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種微型燃?xì)廨啓C(jī)解耦控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微型燃?xì)廨啓C(jī)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(Micro Gas Turbine Based Combined Cooling Heating and Power system,以下簡(jiǎn)稱為MGT-CCHP系統(tǒng)）是一種具有代表性的分布式能源 的形式。該系統(tǒng)主要由一臺(tái)微型燃?xì)廨啓C(jī)和一臺(tái)吸收式制冷機(jī)組成，同時(shí)產(chǎn)出電能、冷水、 熱水。其中微型燃?xì)廨啓C(jī)用于供電，其排煙進(jìn)入吸收式制冷機(jī)后產(chǎn)出冷水、熱水。
[0003] MGT-CCHP系統(tǒng)的控制研究從微型燃?xì)廨啓C(jī)、雙效吸收式制冷機(jī)和集成系統(tǒng)三個(gè)方 面入手，分別研究微型燃?xì)廨啓C(jī)側(cè)、供熱制冷系統(tǒng)側(cè)和整體的動(dòng)態(tài)特性。燃?xì)廨啓C(jī)的控制比 較成熟，燃?xì)廨啓C(jī)的各重要設(shè)備廠商均為各自的設(shè)備提供了相對(duì)完善的控制系統(tǒng)，不少學(xué) 者嘗試采用先進(jìn)的控制方法如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、預(yù)測(cè)控制等來解決燃?xì)廨啓C(jī)控制 問題。然而對(duì)于微型燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的研究基本上是對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的橫向延伸，忽略了微 型然輪機(jī)中余熱利用需求、變轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀況以及回?zé)崞鲬T性等需求。吸收式制冷機(jī)控制系 統(tǒng)主要采用PID控制器。目前對(duì)于吸收式制冷機(jī)能量調(diào)節(jié)方面還不夠深入，主要是有以下原 因：一是大部分吸收式制冷機(jī)的負(fù)荷輸出單一(僅供冷或供熱），調(diào)節(jié)量少(僅熱源調(diào)節(jié)），控 制系統(tǒng)普遍為單輸入單輸出結(jié)構(gòu);二是吸收式制冷機(jī)內(nèi)耦合部件多，機(jī)理復(fù)雜。上述研究主 要針對(duì)各裝置獨(dú)立運(yùn)行，而各裝置組成MGT-CCHP集成系統(tǒng)是一個(gè)有多個(gè)輸出負(fù)荷需求(發(fā) 電、供熱、制冷)的強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，目前鮮有針對(duì)MGT-CCHP系統(tǒng)的控制規(guī)律和優(yōu)化特 性的深入研究。
[0004] MGT-CCHP系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的三輸入三輸出的系統(tǒng)，多變量之間存在復(fù)雜的關(guān)聯(lián)作 用，使用傳統(tǒng)的PID控制方法調(diào)節(jié)過程時(shí)間長，超調(diào)量大，各變量之間耦合嚴(yán)重，應(yīng)用常見的 解耦方法計(jì)算量大，同時(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工程上不易于實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種MGT-CCHP系統(tǒng)的快速解耦控制方法。包括如下步驟：
[0006] 步驟1，MGT-CCHP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是微型燃?xì)廨啓C(jī)和溴化鋰制冷機(jī)在能量的梯級(jí) 利用上是處于上下游分布，在開環(huán)條件下，下游設(shè)備焓溫同道的擾動(dòng)對(duì)上游設(shè)備的焓溫同 道基本不產(chǎn)生影響，可以將MGT-CCHP系統(tǒng)中三輸入三輸出結(jié)構(gòu)的控制問題，分解成兩個(gè)雙 輸入雙輸出結(jié)構(gòu)的控制問題，即微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)和溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)的獨(dú)立閉環(huán)控 制問題，通過機(jī)理建模方法或模型辨識(shí)方法獲取兩個(gè)子系統(tǒng)的傳遞函數(shù)(參考文獻(xiàn)張俊禮. 微型燃?xì)廨啓C(jī)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)集成優(yōu)化與動(dòng)態(tài)運(yùn)行規(guī)律研究[D].東南大學(xué)，2015);
[0007] 步驟2,對(duì)獲取的微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)和溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)的傳遞函數(shù)進(jìn)行降 階處理得到微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)和溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)降階后的傳遞函數(shù)；
[0008] 步驟3,根據(jù)微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)降階后的傳遞函數(shù)，計(jì)算得到穩(wěn)態(tài)增益矩陣Gi (0)及帶寬矩陣Ω i (Ο )，求解出效能增益矩陣Ei (Ο )和效能相對(duì)增益矩陣（Effective Relative Gain Array，簡(jiǎn)稱ERGA) Φι(0)，根據(jù)配對(duì)規(guī)則判斷變量的最佳配對(duì)方式；
[0009] 步驟4,根據(jù)溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)降階后的傳遞函數(shù)，計(jì)算得到穩(wěn)態(tài)增益矩陣G2 (〇)及帶寬矩陣ω2(0)，求解出效能增益矩陣e2(o)和效能相對(duì)增益矩陣Φ2(ο)，根據(jù)配對(duì)規(guī) 則判斷變量的最佳配對(duì)方式；
[0010] 步驟5,對(duì)微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)增益矩陣Gi(0)進(jìn)行奇異值分解（Singular Value Decomposition，簡(jiǎn)稱SVD)，得到微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果；
[0011] 步驟6,對(duì)溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)增益矩陣G2(0)進(jìn)行奇異值分解，得到溴化 鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果；
[0012] 步驟7,根據(jù)微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)和溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果，完成MGT-CCHP系統(tǒng)的控制。
[0013] 其中，步驟2包括:對(duì)獲取的微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)和溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)的傳遞函 數(shù)進(jìn)行降階，通過比較響應(yīng)曲線的方法，將傳遞函數(shù)中的高階慣性環(huán)節(jié)近似為一階慣性環(huán) 節(jié)加上純延遲環(huán)節(jié)，得到微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)和溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)降階后的傳遞函數(shù)。
[0014] 步驟3包括如下步驟：
[0015] 步驟3-1，根據(jù)微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)降階后的傳遞函數(shù)，得到穩(wěn)態(tài)增益矩陣GK0):
[0016]
Λ·^ / ·&η2η C^nn ^ /_
[0017]其中g(shù)lj(0)表示傳遞函數(shù)中第i行，第j列的穩(wěn)態(tài)增益，η為穩(wěn)態(tài)增益矩陣&(0)的行 數(shù)，η取值為自然數(shù)；
[0018] 步驟3-2，根據(jù)1%("心,,），求出帶寬矩陣Ω JO):
[0019]
[0020] 其中是使得第i行，第j列傳遞函數(shù)的穩(wěn)態(tài)增益glj(0)為;^倍時(shí)的頻率值，B代 表帶寬，帶寬是指在頻率特性上，使輸出為|q(o)/VJ|時(shí)的頻率值；
[0021] 步驟3-3,根據(jù)穩(wěn)態(tài)增益矩陣GK0)和帶寬矩陣ΩΚ〇)求解出效能增益矩陣ΕΚ0):
[0022]
[0023] 其中eij表示第i個(gè)輸入與第j個(gè)輸出之間的效能增益關(guān)系；
[0024] 步驟3-4,根據(jù)效能增益矩陣求出效能相對(duì)增益矩陣ΦΚ0):
[0025]
[0026] 其中表示第i個(gè)輸入與第j個(gè)輸出之間的效能相對(duì)增益關(guān)系；
[0027] 步驟3-5,根據(jù)效能相對(duì)增益矩陣?:^)的配對(duì)規(guī)則判斷微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)輸 入輸出之間的最佳配對(duì)方式。（兩個(gè)子系統(tǒng)中有兩個(gè)輸入，兩個(gè)輸出，一個(gè)輸入變化時(shí)，兩個(gè) 輸出會(huì)同時(shí)產(chǎn)生變化，解耦過程是使一個(gè)輸入對(duì)應(yīng)一個(gè)輸出，即一個(gè)輸入變化時(shí)只有一個(gè) 輸出變化，另一個(gè)輸出不產(chǎn)生變化或者變化很小，最佳的配對(duì)方式是指解耦后兩個(gè)輸入和 輸出如何對(duì)應(yīng)最佳。）
[0028] 步驟4中采用與步驟3相同的方法得到溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)輸入輸出之間的最佳 配對(duì)方式。
[0029] 步驟5包括:對(duì)微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)增益矩陣GK0)進(jìn)行奇異值分解，得到 左奇異值矩陣山、右奇異值矩陣％和主對(duì)角矩陣Σ:，將控制回路閉環(huán)，保持溴化鋰制冷機(jī)子 系統(tǒng)回路開環(huán)，調(diào)整PID或者PI控制器的參數(shù)，使得響應(yīng)曲線的過渡過程時(shí)間最小和超調(diào)量 最小，從而得到微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果。
[0030] 步驟6包括:對(duì)溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)增益矩陣G2(0)進(jìn)行奇異值分解，得到 左奇異值矩陣U2,右奇異值矩陣V 2,主對(duì)角矩陣Σ2，將控制回路閉環(huán)，保持微型燃?xì)廨啓C(jī)子 系統(tǒng)回路開環(huán)，調(diào)整PID或者ΡΙ控制器的參數(shù)，使得響應(yīng)曲線的過渡過程時(shí)間最小和超調(diào)量 最小，從而得到溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果。
[0031] 步驟7包括:根據(jù)微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)和溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)PID或ΡΙ控制器設(shè)計(jì) 的結(jié)果，得到MGT-CCHP系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分別對(duì)MGT-CCHP系統(tǒng)的負(fù)荷設(shè)定值r n、冷 水溫度rTc；1。和熱水溫度rThw。三個(gè)輸入量進(jìn)行階躍擾動(dòng)，對(duì)兩個(gè)子系統(tǒng)控制回路的控制器參 數(shù)進(jìn)行微調(diào)，使得響應(yīng)曲線的過渡過程時(shí)間最小和超調(diào)量最小，從而完成MGT-CCHP系統(tǒng)的 控制。
[0032] 有益效果：
[0033]本發(fā)明方法針對(duì)MGT-CCHP系統(tǒng)可分解為兩個(gè)子系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了一種效能相對(duì) 增益矩陣(ERGA)與奇異值分解(SVD)相結(jié)合的解耦方法，采用效能相對(duì)增益矩陣(ERGA)準(zhǔn) 確判斷輸入量與輸出量的最佳配對(duì)方式，通過奇異值分解(SVD)的解耦方法對(duì)控制對(duì)象進(jìn) 行控制器設(shè)計(jì)。單元機(jī)組的協(xié)調(diào)控制的仿真結(jié)果表明，基于ERGA-SVD解耦控制方法與傳統(tǒng) 的PID控制方法相比可以減少調(diào)節(jié)時(shí)間，減弱耦合，降低超調(diào)量，使系統(tǒng)獲得良好的動(dòng)態(tài)和 靜態(tài)特性。與一般的解耦控制方法相比，消除耦合的效果好，計(jì)算簡(jiǎn)單，工程上易于實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0034] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的說明，本發(fā)明的上述和/或 其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。
[0035] 圖1為MGT-CCHP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0036] 圖2為MGT-CCHP系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖。
[0037]圖3為微型燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速階躍下降10%解耦之前的控制效果和解耦后 的控制效果對(duì)比圖。
[0038]圖4為微型燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)排氣溫度階躍下降10%解耦之前的控制效果和解耦后的 控制效果對(duì)比圖。
[0039]圖5為溴化鋰制冷機(jī)系統(tǒng)冷水溫度設(shè)定值階躍下降10%解耦之前的控制效果和解 耦后的控制效果對(duì)比圖。
[0040]圖6為溴化鋰制冷機(jī)系統(tǒng)熱水溫度設(shè)定值階躍下降10%解耦之前的控制效果和解 耦后的控制效果對(duì)比圖。
[0041 ]圖7為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速階躍擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)后效果對(duì)比圖。
[0042] 圖8為冷水溫度設(shè)定值階躍擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)后效果對(duì)比圖。
[0043] 圖9為熱水溫度設(shè)定值階躍擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)后效果對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 本發(fā)明提出了一種微型燃?xì)廨啓C(jī)解耦控制方法，如圖1所示。此冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)在 輸出電能的同時(shí)還能提供60-80°C的生活熱水和7-12Γ的冷媒水（用來制冷）?？刂颇繕?biāo)是 實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶側(cè)供電、供熱以及制冷負(fù)荷的良好跟蹤。（參考文獻(xiàn)張俊禮.微型燃?xì)廨啓C(jī)冷熱 電聯(lián)供系統(tǒng)集成優(yōu)化與動(dòng)態(tài)運(yùn)行規(guī)律研究[D].東南大學(xué)，2015)
[0045]針對(duì)一臺(tái)80kW回?zé)嵛⑿腿細(xì)廨啓C(jī)以及一臺(tái)425kW雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)組成的 MGT-CCHP系統(tǒng)的仿真模型，MGT-CCHP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。本發(fā)明將三輸入三輸出的控 制結(jié)構(gòu)分解為兩個(gè)雙輸入雙輸出的控制結(jié)構(gòu)，使三個(gè)輸出變量汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速y n (r/mi η )、冷媒 水溫度°C)以及生活熱水溫度yThwc^C)能夠根據(jù)微型燃?xì)廨啓C(jī)側(cè)的燃料流量控制閥門 umbf和雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)側(cè)的再熱閥門開度Ura、高壓冷劑閥開度Uhg^變化做出快速 響應(yīng)，從而良好地追蹤用戶側(cè)的負(fù)荷指令，提尚調(diào)節(jié)品質(zhì)，
[0046] MGT-CCHP系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，包括80kW回?zé)嵛⑿腿細(xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)及 425kW雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)子系統(tǒng)。圖2中，Rn是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)定值，RQg是排煙溫度的 設(shè)定值，隊(duì)1。是冷水溫度的設(shè)定值，R Thw。是熱水溫度的設(shè)定值，Xmbf是燃料流量，Xr^汽輪機(jī) 轉(zhuǎn)速，ΧΦ煙氣熱量，X(fe是排煙溫度，Xuhgr是高壓冷劑閥，XTcd。是冷水溫度，XThw。是熱水溫度。 [0047] 包括如下步驟：
[0048] 1)MGT-CCHP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是微型燃?xì)廨啓C(jī)和溴化鋰制冷機(jī)在能量的梯級(jí)利用 上是處于上下游分布，在開環(huán)條件下，下游設(shè)備焓溫同道的擾動(dòng)對(duì)上游設(shè)備的焓溫同道基 本不產(chǎn)生影響，可以將MGT-CCHP系統(tǒng)中三輸入三輸出結(jié)構(gòu)的控制問題，分解成兩個(gè)雙輸入 雙輸出結(jié)構(gòu)的控制問題，即微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)和溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)的獨(dú)立閉環(huán)控制問 題，通過機(jī)理建模方法獲取兩個(gè)子系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。
[0049] 微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：
[0050]
[0051 ]溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：
[0052]
[0053] 2)對(duì)獲取的微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)和溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)的傳遞函數(shù)進(jìn)行降階，通 過比較響應(yīng)曲線的方法，將傳遞函數(shù)中的高階慣性環(huán)節(jié)近似為一階慣性環(huán)節(jié)加上純延遲環(huán) 節(jié)，得到微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)和溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)降階后的傳遞函數(shù)；
[0054]降階后的微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：
[0055]
[0056] 降階后的溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：
[0057]
[0058] 3)首先根據(jù)降階后的微型燃?xì)廨啓C(jī)的傳遞函數(shù)求出穩(wěn)態(tài)增益矩陣：
[0059]
[0060]根據(jù)％(/%#).，求出帶寬矩陣
[0061] 帶寬是指在頻率特性上，使輸出為|g(0>/VJ|時(shí)的頻率值。
[0062] 由穩(wěn)態(tài)增益矩陣與帶寬矩陣，求出效能增益矩陣：
[0063]
[0064] 根據(jù)效能增益矩陣求出效能相對(duì)增益矩陣：
[0065]
[0066] 效能相對(duì)增益矩陣(ERGA)的配對(duì)規(guī)則是：
[0067] 1)配對(duì)的ERGA元素盡量趨近于1.0;
[0068] 2)所有配對(duì)的ERGA元素都應(yīng)該為正；
[0069] 3)盡量避免很大的ERGA元素；
[0070] 4)NI 值為正（
[0071] 其中，|G(0)|是矩陣G(0)的行列式值，gll(0)是矩陣G(0)主對(duì)角線上的元素。
[0072] 根據(jù)效能相對(duì)增益矩陣?:與配對(duì)規(guī)則判斷出對(duì)角配對(duì)方式是微型燃?xì)廨啓C(jī)子系 統(tǒng)輸入與輸出之間的最佳配對(duì)方式。
[0073] 4)根據(jù)溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)降階后的傳遞函數(shù)，計(jì)算穩(wěn)態(tài)增益矩陣：
[0074]
[0075] 根據(jù)v,,) = g,;(0)/.ν/?，求出帶寬矩陣：
[0076] _ / / .；>
/ J J
[0077] 由穩(wěn)態(tài)增益矩陣與帶寬矩陣，求出效能增益矩陣：
[0078]
[0079] 根據(jù)效能增益矩陣可以求出效能相對(duì)增益矩陣：
[0080]
[0081] 根據(jù)求解出的效能相對(duì)增益矩陣02與配對(duì)規(guī)則判斷出對(duì)角配對(duì)方式是溴化鋰制 冷機(jī)子系統(tǒng)輸入與輸出之間的最佳配對(duì)方式。
[0082] 5)根據(jù) = 1，V/Vi: 1,6! = ^ Σ 可知 Σ : = Σ ，Σ :為對(duì)角矩陣， 對(duì)微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)增益矩陣Gi(0)進(jìn)行奇異值分解，
[0083]
[0084]
[0085]
[0086] 對(duì)于微型燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)而言，一般要求有較小的超調(diào)量、較快的過渡過程和無穩(wěn) 態(tài)誤差。微型燃?xì)廨啓C(jī)本身的慣性較小，使用PI控制器即可。將控制回路閉環(huán)，保持其他回 路開環(huán)，逐漸調(diào)整響應(yīng)曲線的過渡過程時(shí)間和超調(diào)量，使得過渡過程時(shí)間和超調(diào)量盡可能 的小，獲取PI控制器參數(shù)，
[0087] 圖3為微型燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速階躍下降10%解耦之前的控制效果和解耦后 的控制效果對(duì)比圖。圖4為微型燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)排氣溫度階躍下降10%解耦之前的控制效果 和解耦后的控制效果對(duì)比圖。其中虛線為解耦之前的控制效果，實(shí)線為解耦后的控制效果。 從圖3可以看出，在轉(zhuǎn)速設(shè)定值的階躍下降時(shí)，轉(zhuǎn)速控制回路解耦后的響應(yīng)變快，超調(diào)量也 較小，煙氣溫度的變化減小。從圖4中可以看出，在溫度設(shè)定值階躍下降時(shí)，耦合顯著減小， 轉(zhuǎn)速變化值減小，煙氣溫度解耦后的響應(yīng)加快。
[0088] 6)根據(jù)U2TU2 = I，V2TV2 = I，G2 = U2 Σ 2V2T可知 Σ 2 = U2T(U2 Σ 2V2T) V2，Σ 2為對(duì)角矩陣，
[0089] 對(duì)溴化鋰制冷劑子系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)增益矩陣G2(o)進(jìn)行奇異值分解，
[0090]
[0091]
[0092] 在溴化鋰制冷機(jī)系統(tǒng)中，熱水負(fù)荷只占總負(fù)荷很小的一部分，高壓冷劑蒸汽閥只 宜作為輔助調(diào)節(jié)作用。冷負(fù)荷的調(diào)節(jié)通過熱源參數(shù)的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)，熱水負(fù)荷的調(diào)節(jié)通過高 壓冷劑蒸汽閥的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)。將控制回路閉環(huán)，保持其他回路開環(huán)，逐漸調(diào)整響應(yīng)曲線的過 渡過程時(shí)間和超調(diào)量，使得過渡過程時(shí)間和超調(diào)量盡可能的小，獲取PI控制器參數(shù)，
[0093] 如圖5所示，為溴化鋰制冷機(jī)系統(tǒng)冷水出口溫度階躍下降10 %解耦之前的控制效 果和解耦后的控制效果對(duì)比圖。圖6為溴化鋰制冷機(jī)系統(tǒng)熱水出口溫度階躍下降10%解耦 之前的控制效果和解耦后的控制效果對(duì)比圖。其中虛線為解耦之前的控制效果，實(shí)線為解 耦后的控制效果。從圖5中可以看出，在冷水溫度設(shè)定值的階躍下降時(shí)，冷水溫度和熱水溫 度控制回路解耦后的響應(yīng)變快，耦合也基本消除，超調(diào)量較小。從圖6中可以看出，在熱水溫 度設(shè)定值階躍下降時(shí)，耦合減弱，系統(tǒng)能迅速達(dá)到穩(wěn)定，表明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是合理的。
[0094] 7)根據(jù)微型燃?xì)廨啓C(jī)和溴化鋰制冷機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)果，可得到微MGT-CCHP系 統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。分別對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，冷水出口溫度，熱水出口溫度進(jìn)行階躍擾動(dòng)， 對(duì)各個(gè)回路的控制器參數(shù)進(jìn)行微調(diào)。
[0095] 根據(jù)微型燃?xì)廨啓C(jī)和溴化鋰制冷機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)果，分別對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，冷 水出口溫度和熱水出口溫度進(jìn)行階躍擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果適當(dāng)調(diào)整PI或PID控制器參 數(shù)。
[0096] 圖7為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速階躍下降后效果對(duì)比圖，圖8為冷水出口溫度階躍下降后效果對(duì) 比圖，圖9為熱水出口溫度階躍下降后效果對(duì)比圖。
[0097]由上面的階躍試驗(yàn)可以看出，經(jīng)過解耦后的系統(tǒng)，主要的耦合已經(jīng)基本消除，已經(jīng) 可以較好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制。這也表明，本文提出的解耦控制策略是合理可行的，可以較好 地滿足MGT-CCHP系統(tǒng)對(duì)冷熱電負(fù)荷調(diào)節(jié)的需求。
[0098]本發(fā)明提出了一種微型燃?xì)廨啓C(jī)解耦控制方法，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普 通人員來說，在不脫離發(fā)明原理的前提下還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些也應(yīng)視為本發(fā) 明的保護(hù)范圍。另外，本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種微型燃?xì)廨啓C(jī)解耦控制方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1，將MGT-CCHP系統(tǒng)中三輸入三輸出結(jié)構(gòu)的控制問題，分解成兩個(gè)雙輸入雙輸出結(jié) 構(gòu)的控制問題，即微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)和溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)的獨(dú)立閉環(huán)控制問題，獲取 兩個(gè)子系統(tǒng)的傳遞函數(shù)； 步驟2,對(duì)獲取的微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)和溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)的傳遞函數(shù)進(jìn)行降階處 理得到微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)和溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)降階后的傳遞函數(shù)； 步驟3,根據(jù)微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)降階后的傳遞函數(shù)，計(jì)算得到穩(wěn)態(tài)增益矩陣GKO)及帶 寬矩陣Ω K0)，求解出效能增益矩陣EKO)和效能相對(duì)增益矩陣ΦΚΟ)，根據(jù)配對(duì)規(guī)則判斷 變量的最佳配對(duì)方式； 步驟4,根據(jù)溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)降階后的傳遞函數(shù)，計(jì)算得到穩(wěn)態(tài)增益矩陣G2(0)及帶 寬矩陣Ω 2(〇)，求解出效能增益矩陣E2(0)和效能相對(duì)增益矩陣Φ2(0)，根據(jù)配對(duì)規(guī)則判斷 變量的最佳配對(duì)方式； 步驟5,對(duì)微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)增益矩陣GKO)進(jìn)行奇異值分解，得到微型燃?xì)廨?機(jī)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果； 步驟6,對(duì)溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)增益矩陣G2(0)進(jìn)行奇異值分解，得到溴化鋰制冷 機(jī)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果； 步驟7，根據(jù)微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)和溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果，完成MGT-CCHP控 制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型燃?xì)廨啓C(jī)解耦控制方法，其特征在于，步驟2包括:對(duì) 獲取的微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)和溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)的傳遞函數(shù)進(jìn)行降階，通過比較響應(yīng)曲 線的方法，將傳遞函數(shù)中的高階慣性環(huán)節(jié)近似為一階慣性環(huán)節(jié)加上純延遲環(huán)節(jié)，得到微型 燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)和溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)降階后的傳遞函數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微型燃?xì)廨啓C(jī)解耦控制方法，其特征在于，步驟3包括如 下步驟： 步驟3-1，根據(jù)微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)降階后的傳遞函數(shù)，得到穩(wěn)態(tài)增益矩陣GKO):其中g(shù)ij (0)表示傳遞函數(shù)中第i行，第j列的穩(wěn)態(tài)增益，η為穩(wěn)態(tài)增益矩陣Gi (0)的行數(shù)； 步驟3-2，根據(jù)g,(mt,) = g/;.(0)Z VI，求出帶寬矩陣 Ω :(〇):其中wb^是使得第i行，第j列傳遞函數(shù)的穩(wěn)態(tài)增益glj(0)為^倍時(shí)的頻率值，B代表帶 寬，帶寬是指在頻率特性上，使輸出為|g(〇)/^|時(shí)的頻率值； 步驟3-3,根據(jù)穩(wěn)態(tài)增益矩陣GKO)和帶寬矩陣Ω Κ0)求解出效能增益矩陣ΕΚΟ):其中表示第i個(gè)輸入與第j個(gè)輸出之間的效能增益關(guān)系； 步驟3-4,根據(jù)效能增益矩陣求出效能相對(duì)增益矩陣ΦΚΟ):其中Φ ^表示第i個(gè)輸入與第j個(gè)輸出之間的效能相對(duì)增益關(guān)系； 步驟3-5,根據(jù)效能相對(duì)增益矩陣①:⑶)的配對(duì)規(guī)則判斷微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)輸入輸出 之間的最佳配對(duì)方式。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種微型燃?xì)廨啓C(jī)解耦控制方法，其特征在于，步驟5包括:對(duì) 微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)增益矩陣61(0)進(jìn)行奇異值分解，得到左奇異值矩陣山、右奇異 值矩陣Vi和主對(duì)角矩陣Σ:，將控制回路閉環(huán)，保持溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)回路開環(huán)，調(diào)整PID 或者PI控制器的參數(shù)，使得響應(yīng)曲線的過渡過程時(shí)間最小和超調(diào)量最小，從而得到微型燃 氣輪機(jī)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種微型燃?xì)廨啓C(jī)解耦控制方法，其特征在于，步驟6包括:對(duì) 溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)增益矩陣G2(0)進(jìn)行奇異值分解，得到左奇異值矩陣U 2,右奇異 值矩陣V2，主對(duì)角矩陣Σ 2，將控制回路閉環(huán)，保持微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)回路開環(huán)，調(diào)整PID或 者PI控制器的參數(shù)，使得響應(yīng)曲線的過渡過程時(shí)間最小和超調(diào)量最小，從而得到溴化鋰制 冷機(jī)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種微型燃?xì)廨啓C(jī)解耦控制方法，其特征在于，步驟7包括:根 據(jù)微型燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)和溴化鋰制冷機(jī)子系統(tǒng)PID或PI控制器設(shè)計(jì)的結(jié)果，得到MGT-CCHP 系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分別對(duì)MGT-CCHP系統(tǒng)的負(fù)荷設(shè)定值rn、冷水溫度rTc；i。和熱水溫度 rThw。三個(gè)輸入量進(jìn)行階躍擾動(dòng)，對(duì)兩個(gè)子系統(tǒng)控制回路的控制器參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，使得響應(yīng) 曲線的過渡過程時(shí)間最小和超調(diào)量最小，從而完成MGT-CCHP系統(tǒng)的控制。
【文檔編號(hào)】F02C9/00GK105863850SQ201610178952
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月25日
【發(fā)明人】劉彥翔, 張帆, 張俊禮, 周霞, 沈炯
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)