[发明专利]火力发电锅炉主汽压力最优控制系统及其控制方法

权利要求书

1.火力发电锅炉主汽压力最优控制系统的控制方法，所述的火力发电锅炉主汽压力最优控制系统，包括锅炉主汽压力控制信号处理子系统、最优控制信号执行子系统、系统状态更新子系统；

所述的锅炉主汽压力控制信号处理子系统，包括过热蒸汽出口压力检测变送装置、过热蒸汽出口压力控制器和线性模型化处理器；

所述的最优控制信号执行子系统，包括最优控制输入计算器、燃料流量控制器和空气流量控制器；

所述的系统状态更新子系统，包括状态更新器；

所述的过热蒸汽出口压力检测变送装置的输出端与过热蒸汽出口压力控制器输入端连接，过热蒸汽出口压力控制器的输出端与线性模型化处理器的输入端相连接，线性模型化处理器的输出端与最优控制输入计算器的输入端连接，最优控制输入计算器的输出端分别与燃料流量控制器、空气流量控制器和状态更新器连接；

所述的控制方法，包括以下步骤：

锅炉主汽压力控制信号处理子系统的过热蒸汽出口压力检测变送装置对锅炉的主汽压力信号进行测量和记录；测量出的信号通过过热蒸汽出口压力控制器传递给线性模型化处理器，通过内置的仿真计算软件，根据具体的锅炉的主汽压力设置系统参数，把锅炉的主汽压力模型进行线性化，得到一定范围内的主蒸汽压力的线性化模型，进而得出最优控制输入信号；将最优控制输入信号传递给锅炉主汽压力控制信号处理子系统，进行燃料流量和空气流量控制器，实现主汽压力的控制效果；

其特征在于，所述的最优控制输入信号的获得方法为：

最优控制信号执行子系统首先通过最优控制输入计算器，根据最优控制理论，对于以状态空间形式：x(t₀)＝x₀，表示的锅炉主汽压力控制信号处理子系统，控制器的性能指标函数表示为系统状态和控制输入的线性二次型函数；所述的线性二次型函数的最优解表示成最小化性能指标函数的解析表达式，实现求解过程的规范化，并计算出最优控制参数K和最优控制输入u＝Kt,然后将最优输入信号传递给燃料流量控制器和空气流量控制器进行控制，构成闭环控制系统；

系统状态更新子系统，在当前时刻，将根据初始状态计算得出的最优控制输入信号传递给最优控制信号执行子系统，到了下一时刻，用状态更新器将下一时刻的状态更新作为初始状态，进而计算得出下一时刻的最优控制输入传递给最优控制信号执行子系统，以此往后类推，形成了一个状态反馈闭环系统；

锅炉主汽压力控制信号处理子系统中，由过热蒸汽出口压力检测变送装置测量过热蒸汽出口的压力值,然后由线性模型化处理器根据主汽压力控制的具体参数进行设置，得到在各种不同主汽压力下的线性系统状态空间模型：

x(t_o)＝x_o

x(t)∈Rⁿ，为状态向量；u(t)∈R^m为控制向量，且在[t₀,t_f]上分段连续；初始状态为x(t₀),末态为x(t_f)；

最优控制信号执行子系统中，由最优控制输入计算器4对建立起的线性系统的状态空间模型，定义二次函数：

和L(·)为连续可微的标量函数；称为末值项，后面的称为过程项；

作为性能指标函数，目的是通过该性能指标函数计算出最优控制输入，来减小系统输出误差，以达到系统误差和控制能量综合最优的目的；性能指标函数下x(t)∈Rⁿ,为状态变量；u(t)∈R^m，为控制向量，且在[t₀,t_f]上分段连续；f(·)∈R^m，为连续向量函数，且对x(t)和t连续可微；

设置状态调节器：

e(t)＝z(t)-y(t)为跟踪误差，是性能指标；

式中，F＝F^T≥0,Q＝Q^T≥0,R＝R^T＞0,称为加权矩阵；

权阵F,Q和R取为对角阵，u为最优控制输入，矩阵R为根据控制输入要求设定的正定矩阵；e^T(t)Qe^T(t)表示控制过程中的偏差；u^T(t)Ru(t)表示控制过程中消耗的控制能量e^T(tf)Fe(tf)表示控制过程结束时的末态偏差，1/2是为了便于进行二次型函数运算而加入的标量因子；

最优控制输入表示为最小化性能指标函数:

当系统是可控的时候，由于性能指标函数的所包括的时间范围是从零时刻开始到无穷大，根据贝尔曼最优理论，该最优控制输入存在并且唯一，最优控制输入为:u＝Kt；

此时最优控制参数K通过公式：

K＝-(B^TSB+R)^-1B^TSA

计算得出，其中S为黎卡提方程：A^TSA-S-A^TSB(B^TSB+R)^-1B^TSA+C^TC＝0的唯一正定对称解，该最优控制输入u包含了当前时刻的最优控制输入以及在当前时刻对未来时刻最优控制输入的估计。