[发明专利]一种在火电厂协调系统中鲁棒控制器的标准化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在火电厂协调系统中鲁棒控制器的标准化设计方法，它应用于火电厂热工系统控制,属于自动控制技术领域。

背景技术

工业过程控制中存在大量不确定性因素，鲁棒控制器是针对不确定性系统设计的,有人认为鲁棒控制器的设计方法是选择加权函数的艺术，鲁棒控制理论需要比较高深的数学知识，这些问题限制了鲁棒控制理论的推广应用。

火电厂单元发电机组负荷协调系统是一个多变量控制系统。多变量控制系统现在有多种设计方法，例如，交换控制器设计方法(Macfarlane A.G.J)，并矢控制设计方法(Owens D.H),逆奈奎斯特阵列(INA)方法(Resenbrock.H.H)和顺序设计方法(Mayne D.Q)。这些设计方法是适应现代工业控制系统向多变量，复杂控制系统发展而出现的频域设计方法，它们的共同特点是把多变量控制系统分解到单回路系统来设计，逆奈奎斯特阵列方法应用于系统解耦，消除系统的互作用，并矢控制设计方法不要求系统解耦，相对其它方法来说，其设计方法和控制器(如果设计合理)要简单。另外，多变量控制系统的设计也应用状态空间设计方法，例如，极点配置和二型优化的方法，状态空间设计方法需要被控制对象的状态空间模型。

这些设计方法都是对确定性系统设计的，对系统的不确定性(系统的内外扰动)适应能力较差。但是系统的不确定性是普遍存在的，这些都限制了这些设计方法的应用，鲁棒控制理论是针对系统的不确定性的设计方法，因此鲁棒控制现在是控制理论和应用的热门研究专题，鲁棒控制器的设计能够使得控制系统的不确定影响降低到最小，从而克服系统的内外扰动能力较强。

单元发电机组负荷被控对象的模型可以表示为：

其中N,P,u,b分别是汽机功率，锅炉主汽压，汽机调门开度，锅炉燃烧率(锅炉负荷指令)。

这个模型如图1所示：

单元发电机组负荷协调系统是一个具有互作用和不确定性的多变量控制系统，例如负荷的变化，机组运行工况的改变，煤种的变化等不确定性因素是经常出现的。单元发电机组负荷协调系统正常运行中并不需要实现系统解耦，而需要其输出保持一些动态耦合，利用系统的互作用影响。适当的汽压变化可以使得锅炉的蓄能得到利用，从而加快功率相应。而使用系统解耦的设计方法会减少这种利用锅炉的蓄能的互作用，例如，在要求增加机组功率N时，为保持汽压稳定，而限制调门u的开度和速率，这会导致功率N响应过于缓慢；另外，如果过分的增强锅炉的燃烧率b，以保持汽压稳定，会增加能耗。所以从节能减排的观点分析，使用系统解耦的方法(例如，INA)设计单元发电机组负荷协调系统，不是合理的选择。

综上所述，应用鲁棒控制理论设计单元发电机组负荷协调系统，则系统的控制品质可能会更好,同时达到节能减排的目标。

发明内容

本专利申请发明了适应于大多数学工业过程中鲁棒控制器标准化设计程序,特别是应用了混合灵敏度加权和希望的闭环系统特性对鲁棒控制器设计中3个加权函数进行了标准化设计程序，通过优化指标使得鲁棒控制器的设计简单化，通用化。

鲁棒控制器的标准H_∞设计目标是：设计一个镇定控制器K(s)(见说明书附图1所示的鲁棒控制器的典型双端子结构)，使得最优H_∞设计目标是

通过加权函数的选择，鲁棒控制器的最优设计使闭环系统的误差，控制量，和系统输出与输入之间传递函数的H_∞范数最小，从而使系统的不确定影响降低到最小。

在获得标称模型G的情况下，鲁棒控制器(H_∞和μ综合)设计的关键是需要设计图1中的3个加权函数W₁(s),W₂(s),W₃(s)。对于不同的被控对象，现在还没有一种通用的计算方法来设计加权函数W₁(s),W₂(s),W₃(s)，只有依赖设计者的理论水平和经验来设计这些加权函数，这种设计方法具有技巧性、艺术性和试验性，所以有人认为鲁棒控制器的设计方法是选择加权函数的艺术，但由于鲁棒控制理论需要比较高深的数学知识，这些问题限制了鲁棒控制理论的推广应用。

综上所述，本发明一种在火电厂协调系统中鲁棒控制器的标准化设计方法，该方法具体内容如下：

根据上面说明的对鲁棒控制系统性能指标的要求，