申请/专利权人：大连理工大学;中冶焦耐(大连)工程技术有限公司

申请日：2024-03-20

公开（公告）日：2024-06-14

公开（公告）号：CN118192234A

主分类号：G05B13/04

分类号：G05B13/04

优先权：

专利状态码：在审-公开

法律状态：2024.06.14#公开

摘要：本发明提供一种干熄焦系统余热锅炉鲁棒跟踪控制方法，属于信息技术领域，采用鲁棒跟踪控制的方法，设计了鲁棒控制器使得汽水系统在变约束的条件下能够保持较好的稳定性和鲁棒性，还涉及了预测控制器实现对液位参考轨迹的跟踪。步骤包括：建立汽水系统的数学模型，确定模型参数；预测汽水系统未来的状态变量及系统输出变量；设计鲁棒控制器并得到其控制律，进而计算系统输入变量；将控制律与数学模型形成闭环系统，并采用预测控制器控制；将系统输入序列作用于汽水系统并重复上述步骤。本发明依据模型预测控制策略的框架，实现对设定值的稳定跟踪，且具备较好的抗扰性质，控制系统能够根据运行状态变化实现对余热锅炉的变工况变约束控制。

主权项：1.一种干熄焦系统余热锅炉鲁棒跟踪控制方法，其特征在于，所述的鲁棒跟踪控制方法包括如下步骤：步骤1，采集干熄焦系统数据；步骤2，建立汽水系统的数学模型，并采用子空间辨识方法得到模型参数；定义汽水系统的数学模型如下： 其中，xk∈Rn、uk∈Rm和yk∈Rp分别是k时刻汽水系统的状态变量、系统输入变量和系统输出变量，其中系统输入变量为锅炉给水流量和锅炉蒸汽流量，输出变量为锅炉汽包液位，Rn、Rm和Rp分别为n维、m维和p维实数向量集合；Ak为系统矩阵，Bk为控制矩阵，C为输出矩阵，这三个矩阵即为该数学模型中的模型参数，通过子空间辨识方法得到模型参数；步骤3，预测汽水系统未来的状态变量及系统输出变量；汽水系统预测方程定义如下： 其中，xk+j|k、uk+j|k分别表示在k时刻预测得到的k+j时刻的状态变量和输入变量，Ak+j|k、Bk+j|k分别表示在k时刻预测得到的k+j时刻的系统矩阵和输入矩阵；依据式1所示数学模型及步骤1中采集得到的汽水系统当前状态数据，通过式3预测得到汽水系统未来状态变量及系统输出变量；步骤4，设计鲁棒控制器，并根据预测得到的汽水系统状态对鲁棒约束条件实时调整，得到鲁棒控制器的控制律，进而计算出系统输入变量；定义k时刻鲁棒性能指标如下所示： 其中，·T表示矩阵转置，Qx和Ru分别表示状态变量权重和输入变量权重，且R＝RT＞0；系统输入变量的求解根据公式4可转化为一个具有无穷变量的在线实时优化的Min-Max优化问题，定义该Min-Max优化问题的目标函数及等式约束如下： 定义式5中待求解的系统输入变量序列如下：Uk＝[uTk|k,uTk+1|k,…,uT∞|k]T6在式5的基础上引入鲁棒约束，得到鲁棒控制器的控制律：u＝SatFx21将步骤3得到的汽水系统未来状态变量，带入到式21中，求解得到式6所示的系统输入变量序列；步骤5，设计预测控制器，将步骤4中得到的控制律与步骤2中建立的汽水系统的数学模型结合形成闭环系统，并对该闭环系统采用预测控制器进行控制；定义预测控制器得到的系统输入变量为u1k，定义式21得到的鲁棒控制器的系统输入变量为u2k，将式1所示汽水系统的数学模型改写为如下模型： 定义预测控制器的优化目标函数为： 式中，mt为控制时域，pt为预测时域，Qy为输出误差权重系数，Rdu为控制量变化权系数，输出yk表示当前时刻系统输出变量，yrk为系统设定变量，Δu1k为系统输入变化量，即Δu1k＝u1k-u1k-1；预测控制器的边界约束如下： 其中，Sat.是关于向量的饱和函数，F为鲁棒控制器增益，u1,min、u1,max、ymin、ymax分别表示输入变量以及输出变量的最小值及最大值；k时刻，由式6得到的系统输入变量序列uk|k,…,uk+mt-1|k和式22所示的模型预测未来时刻系统输出变量序列yk+1|k,…,yk+pt|k,mt≤pt；依据k-1时刻系统输出变量以及步骤1中采集的k-1时刻系统实际输出的差值补偿模型预测输出，则预测的系统输出变量为：yk+i|k＝yk-yk-1|k+Cxk25其中yk表示k时刻汽水系统的实际输出，yk-1|k表示汽水系统k-1时刻的预测输出；则预测控制器的优化问题为： 求解式26得到预测控制器的系统输入序列u1k；步骤6，将步骤5所得的系统输入序列作用于汽水系统，并在下一个时刻重复步骤1—6；将步骤3预测得到的系统状态变量xk+i|k,i＝1,2,...∞带入式21得到鲁棒控制器的系统输入变量序列，并将序列中第一个值uk|k作为当前时刻鲁棒控制器的输入变量u2k，通过求解步骤5所示的预测控制器优化问题得到预测控制器的系统输入变量u1k，将二者线性加和得到最终的系统输入变量uk＝u1k+u2k；将最终的系统输入变量作用于汽水系统，返回步骤1，令k＝k+1，重复执行步骤1—6，最终实现对汽水系统的跟踪控制。

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