[发明专利]双反馈鲁棒自适应控制方法及其控制系统结构

说明书

本发明公开了一种双反馈鲁棒自适应控制方法及其控制系统结构，继承了L₁自适应控制方法强大的处理不确定性因素的能力，但通过在控制器内置受控对象动态纯时滞模型，利用模型的预测功能，克服了L₁自适应控制器时滞裕量小、不能适用于大纯时滞过程的缺点；同时本发明利用L₁自适应控制处理不确定因素的能力，采用一种新的双闭环反馈策略的自适应律，降低了对内置动态纯时滞模型精度的要求。与其它基于模型的控制方法相比，本发明能够使用动态特性和时滞特性均有较大建模误差的内置动态纯时滞模型，在鲁棒性和稳定性方面更具优越性。因而本发明可直接适用于大纯时滞不确定性热工和化工过程控制，包括不具有明显的纯时滞和不确定性的受控过程。

技术领域

本发明属于热能动力工程和自动控制领域，具体涉及一种适用于大纯时滞不确定性过程的双反馈鲁棒自适应控制方法及其控制系统结构。

背景技术

目前，以火电机组为代表的热工系统运行面临越来越多的挑战，如快速负荷跟踪、大范围变工况运行、由燃料热值变化引起的未知不确定性、由烟气排放控制引起的不可测扰动等。为处理这些问题，火电机组控制应当具备快速、自适应和鲁棒稳定性能。L₁自适应控制是一类新兴的快速鲁棒自适应控制方法，与预测控制等其它先进控制相比，它在处理非线性、不可测扰动、模型不匹配等不确定性问题方面具有很强的能力，因而在承担电网调峰和调频任务的火电机组中具有应用前景。但是，L₁自适应控制器的时滞裕量较小，在控制大纯时滞对象时易发散，而热工、化工过程中存在大量纯时滞现象，因此L₁自适应控制器目前还不能适用于大量此类过程中。

发明内容

技术问题：本发明为解决现有的控制方法难以同时处理大纯时滞、非线性和未知扰动这三方面问题，提供了一种能够对大纯时滞不确定性过程实施快速、鲁棒、自适应和稳定控制的双反馈鲁棒自适应控制方法，该方法能够在具有大纯时滞不确定性的连续时间受控过程中取得良好的控制效果，包含热工和化工过程控制。

技术方案：本发明公开了一种双反馈鲁棒自适应控制方法，包括以下步骤：

步骤1：初始化双反馈鲁棒自适应控制器的结构、参数和变量，包括对期望参考系统、状态估计器和内置动态纯时滞模型进行初始化，该内置动态纯时滞模型初始化包括对无纯时滞的动态模型和纯时滞模型进行初始化；

步骤2：在每个采样时刻，双反馈鲁棒自适应控制器对作为设定值的有界参考输入向量r(t)、从无纯时滞的动态模型输出的不带纯时滞的状态向量从纯时滞模型输出的带纯时滞的状态向量从状态估计器输出的状态向量估计量和从受控过程输出的可测状态向量x(t)进行采样，通过双反馈回路计算状态预测偏差

步骤3：将状态预测偏差输入自适应律，计算出受控过程不确定性估计量

步骤4：将不确定性估计量送入串联的低通滤波器和控制律模块，计算出当前时刻的控制量u(t)；

步骤5：将控制量u(t)送入受控对象执行机构，驱动受控对象沿期望参考系统的输入和输出轨迹跟踪设定值；同时将控制量u(t)送入内置动态纯时滞模型，在下一个采样周期进行内置动态纯时滞模型计算；同时也将控制量u(t)送入状态估计器，在下一个采样周期进行状态估计；回到步骤2，进行下一个采样周期的控制。

进一步的，为实现步骤1，对受控过程进行描述、设计期望参考系统和状态估计器，步骤如下：

步骤1-1：将大纯时滞不确定性受控过程描述为带输出纯时滞的非线性状态空间方程；该方程由不可测状态方程、内部未建模状态方程、纯时滞后的可测状态方程及输出方程组成：