汽包锅炉‑汽轮机组的模糊跟踪控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107065538A(43)申请公布日2017.08.18(21)申请号201710116314.1(22)申请日2017.03.01(71)申请人青岛大学地址266000山东省青岛市崂山区香港东路7号青岛大学(72)发明人林崇陈健陈兵龚冠桦(74)专利代理机构北京中北知识产权代理有限公司11253代理人段秋玲(51)Int.Cl.G05B13/04(2006.01)权利要求书7页说明书16页附图8页(54)发明名称汽包锅炉-汽轮机组的模糊跟踪控制方法(57)摘要本发明公开了一种汽包锅炉-汽轮机组的模糊跟踪控制方法。针对于汽包锅炉-汽轮机系统的强耦合、非线性、严格的输入限制等问题，为了使整个系统能够快速跟踪设定值，提高控制系统的性能，并减少燃料的损耗，本发明基于前馈加反馈的控制思想，设计了一种模糊跟踪控制方法。前馈控制输入信号仅由跟踪目标决定，形式简单，易于实现，反馈控制输入环节加入一个处理器，得到了带时滞的模糊状态反馈控制器，提高了控制系统的实时性。该控制方法能够有效地提高机组的动态响应品质，快速地跟踪设定值，跟踪误差小，控制精度高，提高了经济效益。CN107065538ACN107065538A权利要求书1/7页1.一种汽包锅炉-汽轮机组的模糊跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1建立汽包锅炉-汽轮机燃油机组的数学模型：2式中，P，E，ρf为系统状态变量，分别表示蒸汽压力(kg/cm)，输出功率(MW)和锅炉流体3密度(kg/cm)；三个控制输入，u1(t)，u2(t)，u3(t)分别代表燃料阀执行开度、节流阀执行开度和给水阀执行开度，单位为pu；P，E和L代表系统的输出，L表示锅炉水位；αcs(t)和qe(t)分别为质量系数和蒸发率，且满足控制输入为阀门，其上下限和变化率须满足如下条件：锅炉汽轮机的动态模型转化为：其中，步骤2设计前馈控制输入信号：2CN107065538A权利要求书2/7页定义跟踪误差变量：其中，y1ref(t)，y2ref(t)，y3ref(t)为给定的跟踪信号，且y3ref(t)≡0；则x1ref(t)＝y1ref(t)，x2ref(t)＝y2ref(t)，x3ref(t)为待求量；设将(6)代入(4)可得：其中，为反馈控制输入信号；为前馈控制输入信号，且满足比较(7)和(4)，求出前馈控制输入信号为：步骤3设计反馈控制输入信号：3CN107065538A权利要求书3/7页1)假设在锅炉流体密度达到稳态值时，系统输入信号u(t)，输出信号y(t)都达到稳态值，也就是将(8)，(9)代入(7)的最后一个表达式，并整理，可得关于x3ref(t)的一个一元二次方程：2λ1x3ref(t)+λ2x3ref(t)+λ3＝0，(10)其中，λ1＝0.1307，求解方程(10)，并舍弃较小解，可求得同样的，在处理器中采样y1(t)，y2(t)，y3(t),我们可求出x3(t)其中，4CN107065538A权利要求书4/7页通过处理器计算，可输出任意时刻的状态2)设计带有时滞的模糊状态反馈控制器控制器设为：使得其中，0≤τ(t)≤τ；模型(14)是一个非线性模型，将其模糊化，可得含有两个线性子系统的T-S模糊模型：其中，隶属度函数为：模糊状态反馈控制器可表示为：其中，Ki，i＝1，2，为待求量，综上模糊闭环系统可表示为：5CN107065538A权利要求书5/7页基于上述模型，定义如下Lyapunov-Krasovskii泛函：其中，P，Q，R为正定矩阵，对(18)求导，可得：根据Wirtinger-based积分不等式和倒立凸不等式，将上述公式中的积分项扩大为其中，定义：并假设ei＝[0n×(i-1)nIn×n0n×(i+1)n],i＝1,2,...,6；由于：根据(19)，(20)，(21)，得6CN107065538A权利要求书6/7页其中，Ξ＜0可满足此时闭环系统是稳定的；-1T令G1＝εG2,X＝G2，(23)式左右两端同乘以diag{X,X,X,X,X,X}及其转置，得：其中，若要满足条件(24)，只需求解如下条件：其中，-1若条件(25)成立，则状态反馈控制增益矩阵可由Ki＝YiX求出；3)根据不同的给定的采样周期T，得到不同的时滞上限τ，求出控制器增益矩阵Ki,i＝1,7CN107065538A权利要求书7/7页2，从而得到状态反馈控制信号：步骤4求出最终的控制输入信号u(t)：根据步骤2和步骤3所述的前馈控制信号和状态反馈控制信号根据公式最终求出的控制信号。2.根据权利要求1所述的汽包锅炉-汽轮机组的控制方法，其特征在于：所述的方法还包括基于李雅普诺夫稳定理论对控制器设计的数值仿真验证；应用数值仿真来验证由于采