本發(fā)明屬于火電機(jī)組汽溫控制領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用在機(jī)組模型多變不確定領(lǐng)域的NMC(Non-Model-Based Control，即無(wú)模型控制)汽溫控制方法。

背景技術(shù)：

目前，公知的機(jī)組汽溫控制是基于串級(jí)控制的一種控制功能，其根本是根據(jù)汽溫的模型辨識(shí)，多采用內(nèi)模控制(IMC)及動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)測(cè)控制(DMC)方法；這兩種方式都是基于機(jī)組模型的，前者基于機(jī)組的汽水特性傳遞函數(shù)模型，后者基于了機(jī)組的動(dòng)態(tài)矩陣模型設(shè)計(jì)。隨著機(jī)組的硬件設(shè)備的改造和煤種的多變，出現(xiàn)了機(jī)組模型隨時(shí)間的不確定性給控制帶來(lái)了困擾，使機(jī)組的控制效果不理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有內(nèi)模控制(IMC)及動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)測(cè)控制(DMC)方法這兩種方式控制的不足，提供一種在機(jī)組模型多變不確定情況下的無(wú)固定模型汽溫控制方法。該方法不依賴(lài)于機(jī)組模型而進(jìn)行獨(dú)立控制，既保證了機(jī)組跟隨設(shè)定值的實(shí)時(shí)性又保證了機(jī)組控制變量的穩(wěn)定性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種應(yīng)用在機(jī)組模型多變不確定情況下的汽溫控制方法，其特征在于:

該氣溫控制方法采用下述算法公式實(shí)現(xiàn)：

(1)在機(jī)組模型多變不確定情況下的汽溫控制方法中，輸出方程的表達(dá)形式如公式(1)、(2)、(3)：

(2)在機(jī)組模型多變不確定情況下的汽溫控制方法中，輸入方程的表達(dá)形式即控制律算法如公式(4)；

其中：

u(k-1)是P維輸入向量；

k是離散時(shí)間；

y(k-1)是氣溫控制系統(tǒng)相應(yīng)于控制量u(k-2)的輸出，假定系統(tǒng)時(shí)滯是1；

y₀是氣溫控制系統(tǒng)中溫度輸出目標(biāo)值；

α為常數(shù)，它的作用是調(diào)節(jié)u(k-1)各分量占比；

λ_k為補(bǔ)償系數(shù)，稱(chēng)為控制參數(shù)；

y₁(k)是上一個(gè)時(shí)刻輸出與輸入變化值得到的輸出；

y₂(k)是上兩個(gè)時(shí)刻輸出與輸入變化值得到的輸出；

C₁，C₂是兩種輸出值的占比系數(shù)；

G(·)是一個(gè)函數(shù)，它是由一系列控制功能元經(jīng)適當(dāng)組合而成，所述的控制功能元通過(guò)以下算法公式表示：

Y(k-1)，Y(k-2)，…，Y(k-n)}

u(k-3)，…，u(k-m)}；

n、m是非負(fù)整數(shù)；θ(k)表示可能時(shí)變的功能組合系數(shù)向量，它由在線(xiàn)自適應(yīng)辨識(shí)算法來(lái)確定；是的估計(jì)值的模，滿(mǎn)足方程(1)(2)。

本發(fā)明進(jìn)一步包括以下優(yōu)選方案：

對(duì)于任意的一步時(shí)滯動(dòng)態(tài)系統(tǒng)S，如果u(k-2)≠u(mài)(k-1)，則對(duì)于系統(tǒng)S的任意兩個(gè)相鄰時(shí)刻的輸人輸出數(shù)據(jù)：{u(k-2)，Y(k-1)}、{u(k-1)，Y(k)}，必存在一個(gè)向量使得式(1)成立。

無(wú)模型控制率的算法步驟如下：

首先，關(guān)于的存在性是比較顯然的，當(dāng)公式(1)中的k＝2，3，…時(shí)稱(chēng)為系統(tǒng)s的泛模型，由此得到無(wú)模型控制律設(shè)計(jì)的基本出發(fā)點(diǎn)；

其次，由泛模型出發(fā)，導(dǎo)出無(wú)模型控制律的基本算法，

控制律的設(shè)計(jì)問(wèn)題是y(k)＝y(tǒng)(0)已給定，而u(k-1)未知，它是由控制律計(jì)算出來(lái)的；

最后，根據(jù)歷史觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù){y(k-1)，u(k-2)}，{y(k-2)，u(k-3)}，…，{y(1)，u(0)}，對(duì)泛模型中的時(shí)變參數(shù)用帶遺忘因子的遞推最小二乘法求出的估值再利用多層遞階預(yù)報(bào)方法對(duì)進(jìn)行預(yù)報(bào)，得出預(yù)報(bào)值

得出無(wú)模型控制律的算法步驟如下：

觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù){y(k-1)，u(k-2)}，{y(k-2)，u(k-3)}，…，{y(1)，實(shí)際系統(tǒng)---輸出y(k)--觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù){y(k-1)，u(k-2)}，{y(k-2)，u(k-3)}，…，{y(1)，u(0)}—重復(fù)上述步驟求出下一刻的輸入輸出。

該方法中，無(wú)模型預(yù)測(cè)控制的穩(wěn)定性分析如下：

首先分析無(wú)模型控制律的基本形式：

1)滿(mǎn)足方程：

其滿(mǎn)足的方程與上述公式(1)相同，

2)控制律算法

對(duì)于公式(5)具有如下引理：

引理1A)如果存在N，當(dāng)K≥N時(shí)，有

則系統(tǒng)的控制律(6)的控制變量u(k-1)所對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的輸出y(k)收斂于目標(biāo)值y₀，即其中

B)a)若β＞0使0＜Δ_k≤β，k＝N，N+1……；

b)

C)若β＞0使0＜Δ_k≤β，k＝N，N+1……；

有0＜α＜β，及Δ_k的子列Δ_ki使0＜α＜Δ_ki＜β，i＝1,2…；

如果條件B)或C)之一成立，則必存在一個(gè)常數(shù)λ，使當(dāng)λ＝λ_k時(shí)，系統(tǒng)的控制律(4)的控制變量u(k-1)歲對(duì)應(yīng)系統(tǒng)輸出y(k)收斂于目標(biāo)值y₀：

所述引理1中結(jié)論A)B)C)的論證如下：

證明證A)：由5)和6)可得：

因此式(8)等價(jià)于

由無(wú)窮乘積的相應(yīng)定理，由條件(7)可推出(10)結(jié)論(A)得證；

證B)：由條件B)，取λ_k＝λ＝1/β，有

因此，由無(wú)窮乘積相應(yīng)定理，式(10)成立，從而(8)成立，得證；

證明C)：顯然，如果Δ_K滿(mǎn)足條件C)則它一定滿(mǎn)足條件B)，因?yàn)闂l件C可得

所以結(jié)論成立。

對(duì)于控制率算法公式(6)的引理如下：

引理2對(duì)于控制律

其中滿(mǎn)足方程(5)，K＝2,3…..，如果，存在常數(shù)β＞0及N，使0＜Δ_K≤β，K＝N，N+1，….；存在常數(shù)M＞0使

0＜η(k)≤M，K＝N，N+1，….；

則必然存在一個(gè)常數(shù)λ，使得當(dāng)λ_k＝λ時(shí)，系統(tǒng)的控制律(11)的控制變量u(k-1)所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)的輸出y(k)收斂于目標(biāo)值y₀：

所述引理2的論證如下：

證明令則式(11)歸為基本形式(6)，于是根據(jù)(9)有

因?yàn)槭阶?12)等價(jià)于

取則由引理?xiàng)l件可得

由于(14)，應(yīng)用無(wú)窮乘積相應(yīng)的定理，即得(13)，可得系統(tǒng)穩(wěn)定。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是，可以通過(guò)(13)及(14)式表明系統(tǒng)是穩(wěn)定的，兼顧了調(diào)節(jié)特性和機(jī)組的輸出系統(tǒng)的穩(wěn)定性。該方法不依賴(lài)于機(jī)組模型而進(jìn)行獨(dú)立控制，既保證了機(jī)組跟隨設(shè)定值的實(shí)時(shí)性又保證了機(jī)組控制變量的穩(wěn)定性。一種脫離于PID控制既APC控制的另一種控制方法，脫離模型依賴(lài)，具有PID的普遍適應(yīng)性，同時(shí)又基于APC最優(yōu)化理論保證系統(tǒng)輸出跟隨設(shè)定值，又保證控制作用動(dòng)作最小的一種方法在應(yīng)用于機(jī)組汽溫控制可以起到良好效果。

附圖說(shuō)明

圖1 NMC汽溫控制方法之控制器方案原理圖；

圖2為本發(fā)明在機(jī)組模型多變不確定情況下的汽溫控制方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。自適應(yīng)控制器的設(shè)計(jì)首先要建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。就是說(shuō)自適應(yīng)控制器的設(shè)計(jì)必須依賴(lài)一個(gè)結(jié)構(gòu)確定的模型，這就限制了這種自適應(yīng)性的適用范圍。無(wú)模型控制器的設(shè)計(jì)，打破了參數(shù)自適應(yīng)的限制，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)自適應(yīng)，它的設(shè)計(jì)是以泛模型為基礎(chǔ)的。

引入泛模型的目的，是為了避免在自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)前的建模過(guò)程。泛模型也應(yīng)該在反饋過(guò)程中得到校正，所以它是與無(wú)模型控制律的基本形式同時(shí)存在。

無(wú)模型控制律的基本算法就是由泛模型式的辨識(shí)算法和基本控制算法在線(xiàn)交互進(jìn)行而組成的。經(jīng)過(guò)迭代計(jì)算得到值以后，即可以應(yīng)用控制律式進(jìn)行系統(tǒng)反饋控制，控制的結(jié)果將得到一組新的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，在已有數(shù)據(jù)中添加這一組新的數(shù)據(jù)，再對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。如此繼續(xù)下去，就可實(shí)現(xiàn)辨識(shí)與控制的一體化。

本實(shí)施例中提供的NMC汽溫控制方法，該方法采用的無(wú)模型律由下述算法組成：

附圖1是無(wú)模型控制律應(yīng)用于汽溫控制時(shí)的控制框圖，在反饋控制的基礎(chǔ)上，無(wú)模型控制律增加了對(duì)輸出方程的在線(xiàn)迭代修正。

附圖2是應(yīng)用無(wú)模型控制律進(jìn)行汽溫控制的時(shí)域流程框圖，每一次時(shí)域的控制循環(huán)都包含對(duì)輸出方程的預(yù)測(cè)、和對(duì)輸入向量u(k)的計(jì)算；通過(guò)對(duì)輸出向量y(k)的觀(guān)測(cè)，不斷的迭代修正輸出方程

算法詳述如下：

無(wú)模型控制律的一般形式由下述算法組成：

1)該NMC汽溫控制方法中，輸出方程的表達(dá)形式如公式(1)：

2)該NMC汽溫控制方法中，輸入方程的表達(dá)形式即控制律算法如公式(4)；

其中：u(k-1)是P維輸人向量；

k是離散時(shí)間；

y(k-1)是真實(shí)系統(tǒng)S相應(yīng)于控制量u(k-2)的輸出(假定系統(tǒng)時(shí)滯是1)；

u(k)作為主汽溫控制系統(tǒng)的輸入，相當(dāng)于各級(jí)減溫水的閥門(mén)開(kāi)度；

y₀是系統(tǒng)輸出目標(biāo)值；

α為適當(dāng)常數(shù)，它的作用是避免當(dāng)太小而使由算法得到的u(k-1)的某些分量非常大；

λ_k為補(bǔ)償系數(shù)，稱(chēng)為控制參數(shù)；

G(·)是一個(gè)適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)，它表示控制律的功能組合部分，功能組合部分是由一系列控制功能元經(jīng)適當(dāng)組合而成，所述的控制功能元是指表示一種控制功能的算法公式；

且n、m是適當(dāng)?shù)姆秦?fù)整數(shù)；θ(k)表示可能時(shí)變的功能組合系數(shù)向量，它由在線(xiàn)自適應(yīng)辨識(shí)算法來(lái)確定；是的估計(jì)值，滿(mǎn)足方程(1)。

需要補(bǔ)充說(shuō)明的是，對(duì)于任意的一步時(shí)滯動(dòng)態(tài)系統(tǒng)S，如果u(k-2)≠u(mài)(k-1)，則對(duì)于系統(tǒng)S的任意兩個(gè)相鄰時(shí)刻的輸人輸出數(shù)據(jù)：{u(k-2)，Y(k-1)}、{u(k-1)，Y(k)}，必存在一個(gè)向量使得式(1)成立。

無(wú)模型控制律的算法步驟如下：

關(guān)于的存在性是比較顯然的，當(dāng)公式(1)中的k＝2，3，…時(shí)稱(chēng)為系統(tǒng)s的泛模型，其為無(wú)模型控制律設(shè)計(jì)的基本出發(fā)點(diǎn)，由泛模型出發(fā)，可導(dǎo)出無(wú)模型控制律的基本算法；

控制律的設(shè)計(jì)問(wèn)題是y(k)＝y(tǒng)(0)已給定，而u(k-1)未知，它是由控制律計(jì)算出來(lái)的；根據(jù)歷史觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù){y(k-1)，u(k-2)}，{y(k-2)，u(k-3)}，…，{y(1)，u(0)}，對(duì)泛模型中的時(shí)變參數(shù)用帶遺忘因子的遞推最小二乘法求出的估值再利用多層遞階預(yù)報(bào)方法對(duì)進(jìn)行預(yù)報(bào)，得出預(yù)報(bào)值

得出無(wú)模型控制律的算法步驟如下：

觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù){y(k-1)，u(k-2)}，{y(k-2)，u(k-3)}，…，{y(1)，實(shí)際系統(tǒng)---輸出y(k)--觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù){y(k-1)，u(k-2)}，{y(k-2)，u(k-3)}，…，{y(1)，u(0)}—重復(fù)上述步驟求出下一刻的輸入輸出。

該NMC汽溫控制方法中，無(wú)模型預(yù)測(cè)控制的穩(wěn)定性分析如下：

首先分析無(wú)模型控制律的基本形式：

1)滿(mǎn)足方程公式(5)：

其滿(mǎn)足的方程與上述公式(1)相同，

2)控制律算法

進(jìn)一步的，對(duì)于公式(5)具有如下引理：

引理1A)如果存在N，當(dāng)K≥N時(shí)，有

則系統(tǒng)的控制律(6)的控制變量u(k-1)所對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的輸出y(k)收斂于目標(biāo)值y₀，即

其中

B)a)若β＞0使0＜Δ_k≤β，k＝N，N+1……；

b)

C)若β＞0使0＜Δ_k≤β，k＝N，N+1……；

有0＜α＜β，及Δ_k的子列Δ_ki使0＜α＜Δ_ki＜β，i＝1,2…；

如果條件B)或C)之一成立，則必存在一個(gè)常數(shù)λ，使當(dāng)λ＝λ_k時(shí)，系統(tǒng)的控制律(4)的控制變量u(k-1)歲對(duì)應(yīng)系統(tǒng)輸出y(k)收斂于目標(biāo)值y₀：

進(jìn)一步的，所述引理1中結(jié)論A)、B)和C)的論證如下：

證明證A)：由5)和6)可得：

因此式(8)等價(jià)于

由無(wú)窮乘積的相應(yīng)定理，由條件(7)可推出(10)結(jié)論(A)得證；

證B)：由條件B)，取λ_k＝λ＝1/β，

有

因此，由無(wú)窮乘積相應(yīng)定理，式(10)成立，從而(8)成立，得證；

證明C)：顯然，如果Δ_K滿(mǎn)足條件C)則它一定滿(mǎn)足條件B)，因?yàn)闂l件C可得所以結(jié)論成立。

進(jìn)一步的，對(duì)于控制律算法公式(6)的引理如下：

引理2對(duì)于控制律

其中滿(mǎn)足方程(5)，K＝2,3…..，如果，存在常數(shù)β＞0及N，使0＜Δ_K≤β，K＝N，N+1，….；存在常數(shù)M＞0使

0＜η(k)≤M，K＝N，N+1，….；

則必然存在一個(gè)常數(shù)λ，使得當(dāng)λ_k＝λ時(shí)，系統(tǒng)的控制律(11)的控制變量u(k-1)所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)的輸出y(k)收斂于目標(biāo)值y₀：

所述引理2論證如下：

證明令λ_k^*=λ_kη(k).則式(11)歸為基本形式(6)，于是根據(jù)(9)有

因?yàn)槭阶?12)等價(jià)于

取則由引理?xiàng)l件可得

由于(14)，應(yīng)用無(wú)窮乘積相應(yīng)的定理，即得(13)，可得系統(tǒng)穩(wěn)定。

從上述實(shí)施例中可知，通過(guò)(13)及(14)式表明系統(tǒng)是穩(wěn)定的，兼顧了調(diào)節(jié)特性和機(jī)組的輸出系統(tǒng)的穩(wěn)定性。該方法不依賴(lài)于機(jī)組模型而進(jìn)行獨(dú)立控制，既保證了機(jī)組跟隨設(shè)定值的實(shí)時(shí)性又保證了機(jī)組控制變量的穩(wěn)定性。一種脫離于PID控制既APC控制的另一種控制方法，脫離模型依賴(lài)，具有PID的普遍適應(yīng)性，同時(shí)又基于APC最優(yōu)化理論保證系統(tǒng)輸出跟隨設(shè)定值，又保證控制作用動(dòng)作最小的一種方法在應(yīng)用于機(jī)組汽溫控制可以起到良好效果。

本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下都可得出其他各種形式的產(chǎn)品，但不論在其形狀或結(jié)構(gòu)上作任何變化，凡是具有與本申請(qǐng)相同或相近似的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。