[发明专利]单元机组协调控制主控系统解耦补偿控制方法

权利要求书

1.单元机组协调控制主控系统解耦补偿控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)构建遗传辨识算法；具体实现方法如下：

1.1)将以时间序列排列的，需要辨识模型的输入和输出分别记为u(t)和y(t)，将u(t)，y(t)按时间排列进行离散化处理，得到离散时间长度t，离散数据长度N；确定k、T₁、T₂和τ的搜索计算上限分别为k_max、T_1max、T_2max和τ_max，下限分别为k_min、T_1min、T_2min和τ_min；

1.2)利用差分进化算法完成程序辨识主体，建立搜索下限矩阵如下：

MINX＝[k_min,T_1min,T_2min,τ_min]

建立搜索上限矩阵如下：

MAXX＝[k_max,T_1max,T_2max,τ_max]

在4维空间内随机产生满足约束条件的M＝30个个体，实施措施如下：

1.2.1)生成初始群体

x_ij(0)＝rand_ij(0,1)(MAXX(i)-MINX(i))+MINX(i)

其中，下标i表示第i个个体，MAXX(i)和MINX(i)分别是第i个个体第j条染色体的上界和下界，rand_ij(0,1)是[0,1]之间的随机小数，其中1≤i≤4，1≤j≤M；

1.2.2)变异操作

从群体中随机选择3个个体x_p1、x_p1和x_p3，其中p1、p2和p3为随机整数，且i≠p1≠p2≠p3，则

h_ij(t+1)＝x_p1j(t)+F(x_p2j(t)-x_p3j(t))

其中，x_p2j(t)-x_p3j(t)为差异化向量，此差分操作是差分进化算法的关键，F＝0.95，为变异因子，h_ij(t+1)是第i个向量的第j条染色体变异量；

1.2.3)交叉操作

交叉操作是为了增加群体的多样性，具体操作如下：

其中为rand l_ij是[0,1]之间的随机小数，CR为交叉概率，CR∈[0,1]，v_ij(t+1)是第i个向量的第j条染色体的交叉量；

1.2.4)选择操作

为了确定x_i(t)是否成为下一代的成员，试验向量v_i(t+1)和目标向量x_i(t)对目标函数f进行比较：

令y'(t+1)＝f(x_i(t+1))，则y'(t+1)为主蒸汽压力离散时间序列y(t+1)的最优期望输出值；

反复执行步骤1.2.1)至1.2.4)，执行次数为G＝100，输出x_i(t+1)，故

k＝x₁(t+1)

T₁＝x₂(t+1)

T₂＝x₃(t+1)

τ＝x₄(t+1)

由此通过G_D1(s)传递函数进行阶跃时间相应得到给煤量离散时间序列u(t)和主蒸汽压力离散时间序列y(t)，通过差分进化算法将u(t)—y(t)离散时间系统进行二阶惯性带迟延传递函数模型辨识，匹配出最优模型参数；

2)通过阶跃实验，利用遗传辨识算法，分别构建给煤量，汽轮机高压调门对机组主蒸汽压力和机组负荷的传递函数模型，如下：

2.1)保持汽轮机高压调节阀门开度不变，将机组给煤量作阶跃扰动，记录锅炉主汽压力的变化和机组负荷变化趋势；

以给煤量作为输入，主蒸汽压力作为输出，通过遗传算法得到给煤量相对于主蒸汽压力的传递函数G₁₁(s)如下：

其中，k₁₁为主蒸汽压力相对于给煤量增益，T₁₁为主蒸汽压力相对于给煤量环节惯性时间，τ₁₁为主蒸汽压力相对于给煤量环节迟延时间，s为拉普拉斯算子；

以给煤量为输入，机组负荷为输出，通过遗传算法，得到给煤量相对于机组负荷的传递函数G₂₁(s)如下：

其中，k₂₁为机组负荷相对于给煤量增益，T₂₁为机组负荷相对于给煤量环节惯性时间，τ₂₁为机组负荷相对于给煤量环节迟延时间；

2.2)保持给煤量不变，将汽轮机高压调门作阶跃扰动，记录锅炉主汽压力的变化和机组负荷的变化；

以汽轮机高压调门为输入，主蒸汽压力为输出，利用遗传算法，得到汽轮机高压调门相对于主蒸汽压力的传递函数G₁₂(s)如下：

其中，k₁₂₁，k₁₂₂为汽轮机高压调门相对于主蒸汽压力增益，T₁₂为汽轮机高压调门相对于主蒸汽压力环节惯性时间；

以汽轮机高压调门为输入，机组负荷为输出，利用遗传算法，得到汽轮机高压调门相对于机组负荷的传递函数G₂₂(s)如下：

其中，k₂₂为汽轮机高压调门相对于机组负荷增益，T₂₂₁和T₂₂₂分别为汽机调门第一时间常数和汽机调门第二时间常数；

3)建立传递函数矩阵模型，如下：

通过上述传递函数，得到系统耦合传递函数矩阵如下：

4)通过传递函数模型建立系统解耦矩阵模型，如下：

构造解耦控制矩阵K(s)如下：

其中

K₁₁(s)＝K₂₂(s)＝1

5)根据系统解耦模型和传递函数模型推导系统广义过程传递函数；建立广义过程模型传递函数如下：

广义过程传递函数G_m(s)为：

取广义传递函数G_m(s)的对角项得：

其中，G_m11(s)为煤量对主蒸汽压力广义传递函数；

进一步得：

6)根据广义传递函数进行补偿控制对象模型辨识与简化。

2.根据权利要求1所述的单元机组协调控制主控系统解耦补偿控制方法，其特征在于，步骤6)中，补偿控制对象模型辨识与简化如下：

以给煤量时间数据序列为u(t)，主蒸汽压力根据G_m11(s)传递函数所得数据时间序列为y(t)；以u(t)为输入，根据G_D1(s)传递函数得到y(t)为输出，进行模型辨识与简化，其具体方法如下：

以单位阶跃为输入，通过G_m11(s)传递函数，进行时间间隔为1s的离散采样，得到输出，利用前述遗传算法，将输入和输出辨识为如下形式传递函数：

简化模型的构建与应用

在单元机组主控中，锅炉主控调节主蒸汽压力，其输出为给煤量需求值，其简化模型传递函数如下：

则补偿传递函数模型如下：

将该补偿传递函数模型通过组态方式放入锅炉主控当中。