[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

摘要

一种在火电厂协调系统中鲁棒控制器的标准化设计方法，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，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)，使得 最优H∞设计目标是0＜λ＜1；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。在本发明中，不需要控制工程师设计这3个加权函数Wi(i＝1,2,3)，只需要其确定被控对象的标称模型G(s)，本设计方法就会自动生成这3个加权函数，给出鲁棒控制器(H∞和μ‑综合)的结构和参数。这种设计方法与同普通的PID设计方法一样，因此这种设计方法会推广鲁棒控制器在过程控制系统的应用，具有实用价值。

主权项

一种在火电厂协调系统中鲁棒控制器的标准化设计方法，其特征在于：该方法具体内容如下：根据对鲁棒控制系统性能指标的要求，min||Ty1u1(s)||∞=min||W1SW2KSW3T||∞<λ,0<λ<1]]>如果对象模型G(s)是稳定的，且没有不稳定的零点，给出设计加权函数Wi(s)的一种通用简单的方法，这种方法适合大多数热工被控对象的加权函数的通用形式,其中，i＝1,2,3，具体步骤如下：步骤一：根据标称对象模型G(s)，设置期望的闭环系统传递函数H(s)，令补灵敏度函数T(s)＝H(s)，计算灵敏度函数S(s)＝1‑T(s)和Gc(s)S(s)＝T(s)G‑1(s)：计算S‑1,T‑1,(GcS)‑1，如果它们是非正则的，需要将它们分别乘以d(s)＝1/(ζs+1)k，其中ζ是任意小的正数，k是它们的相对阶次，使得它们是正则的；步骤二：令|W1|≤|S‑1|；|W2|≤|(KS)‑1|＝|T‑1G|和|W3|≤|T‑1|；步骤三：把Wi简化为Wi(s)＝ki(mis+1)/(nis+1)的形式，i＝1,2,3；W1(s)是一个滞后环节，应该满足m1＜n1，W3(s)是一个超前环节，应该满足m3＞n3；Wi(s)＝(mi1s+mi2)/(ni1s+ni2)，i＝1,2,3；选择W1(s)＝k1(m1s+1)/(n1s+1)要求m1＜n1，W1(s)是一个滞后环节；选择W2(s)＝m2，m2是一个常数，m2≤|G|/|T|；W3(s)＝k3(m3s+1)/(n3s+1)，要求m3＞n3，W3(s)是一个超前环节；步骤四：把Wi和标称对象模型G(s)代入增广系统P，利用Matlab软件中的hinf()、hinfopt()和musyn()函数,得到系统的H∞控制器K(s)；其中，i＝1,2,3；其中，hinf()函数是基于Loop Shift技术的2—Riccati方程计算系统的H∞控制器；其中，hinfopt()函数是基于γ迭代方法计算H∞控制器；其中，musyn()函数是基于D‑F迭代的μ‑综合控制器设计；如果对象模型G(s)是不稳定的，且没有不稳定的零点，按照下面的步骤来设计满足||W1(s)S(s)||∞＜1的鲁棒控制器；步骤一：将对象模型G(s)的传递函数进行互质分解(N,M,X,Y)；步骤二：选择d(s)＝1/(ζs+1)k，其中ζ是任意小的正数，k是对象模型G(s)的传递函数的相对阶次，使其满足||W1(s)MY(1‑d)||∞＜1；步骤三：选择Q＝YN‑1d；步骤四：设计出鲁棒控制器Gc(s)＝(X+MQ)/(Y‑NQ)；如果对象模型G(s)是非最小相位的，则按照下面的步骤来设计满足||W1(s)S(s)||∞＜1的鲁棒控制器；步骤一：将对象模型G(s)的传递函数进行互质分解((N,M,X,Y)；步骤二：设计一个稳定的Q0,使得||W1(s)M(Y‑NQ0)||∞＜1；步骤三：设计d(s)＝1/(ζs+1)k,使得||W1(s)M(Y‑NQ0)d||∞＜1；步骤四：设计Q＝Q0d；步骤五：设计出鲁棒控制器Gc(s)＝(X+MQ)/(Y‑NQ)；该设计方法即考虑了系统的动态品质即通过设置期望的闭环系统H(s)，又考虑了系统的鲁棒稳定性，具有理论上的先进性。