[发明专利]一种燃烧后CO2捕集系统的多模型预测控制方法

摘要

本发明公开了一种燃烧后CO₂捕集系统的多模型预测控制方法，该预测控制方法以基于化学吸附的燃烧后CO₂捕集系统为被控对象，贫液阀门开度和汽轮机低压缸抽汽阀门开度为系统控制输入量，CO₂捕集率和再沸器温度为系统输出量；首先基于子空间辨识方法，利用系统运行产生的数据，在不同工况点处建立系统的局部状态空间模型；接着使用间隙度量的方法调研被控对象的非线性分布；进而在合适的局部工况点处建立预测控制器，并设计隶属度函数将其加权组合，建立燃烧后CO₂捕集系统多模型预测控制系统。本发明的方法具有良好的全局非线性控制能力，能够有效适应系统大范围变工况的需求，快速追踪CO₂捕集率设定值，提高CO₂捕集系统深度快速灵活运行的水平。

主权项

1.一种燃烧后CO₂捕集系统的多模型预测控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将燃烧后CO₂捕集系统切换到手动状态，在不同捕集率工况点附近，以贫液流量阀门开度u_a和汽轮机低压缸抽汽阀门开度信号u_b为输入，对CO₂捕集系统进行激励，获取CO₂捕集率y_a和再沸器温度y_b的开环响应数据；(2)选定采样周期Ts，以为输入，为输出，利用子空间辨识方法，构建不同捕集率工况点处CO₂捕集系统局部状态空间模型；(3)使用间隙度量的方法，分析各相邻局部模型间的差异，调研CO₂捕集系统的非线性分布；(4)在合适的局部工作点处建立模型预测控制器；在每一采样时刻，分别利用各子模型预估在未来一定时间内系统的CO₂捕集率和再沸器温度通过优化计算得到局部最优的贫液流量阀门开度uⁱ_a‑op和汽轮机低压缸抽汽阀门开度信号uⁱ_b‑op；采用公式(1)预估在未来一段时间内系统的CO₂捕集率和再沸器温度其中，预测矩阵ψ_x、ψ_u、ψ_y分别为：u_k,y_k分别为k时刻CO₂捕集系统的估计状态、输入和输出，F为观测器增益，u_f为未来Nu个时刻的输入数据，是未来N_y时刻系统的预估输出，采用如下公式计算性能指标函数J：其中，Q_f和R_f是调节输入输出控制品质的权值矩阵，r_f是未来N_y时刻系统CO₂捕集率和再沸器温度设定值序列，分别表示k+1时刻到k+N_y时刻系统CO₂捕集率r_a和再沸器温度r_b设定值，是未来N_y时刻系统CO₂捕集率和再沸器温度预估值序列，分别表示k+1时刻到k+N_y时刻系统CO₂捕集率y_a和再沸器温度y_b预估值，Δu_f是未来N_u时刻的贫液流量阀门开度信号u_a和低压缸抽汽阀门开度信号u_b序列的增量；其中CO₂捕集系统贫液流量阀门和低压缸抽汽阀门开度信号u的幅值约束(u_min,u_max)和增量约束(Δu_min,Δu_max)为：其中，u_min,u_max分别表示贫液流量阀门和低压缸抽汽阀门开度信号u的最小值与最大值，Δu_min,Δu_max分别表示贫液流量阀门和低压缸抽汽阀门开度信号u的最小增量与最大增量；每一采样时刻，将公式(1)代入公式(2)，并在满足公式(3)和(4)的情况下最小化性能指标函数J，得到最优的控制增量序列u_f：提取最优控制增量序列u_f中的第一块u_k+1，作为最优的贫液流量阀门和低压缸抽汽阀门开度信号(5)设计最终适宜的隶属度函数，将各控制器输出加权组合，得到最终的贫液流量阀门开度u_a‑op和汽轮机低压缸抽汽阀门开度信号u_b‑op并作用于CO₂捕集系统；其中ω_i为第i个控制器对应的隶属度函数，其为调度变量，捕集率CR的函数，uⁱ_a‑op和uⁱ_b‑op为第i个控制器计算出的最优控制信号；(6)固定各局部控制器中来输出的预测矩阵ψ_x、ψ_u、ψ_y，重复步骤(3)‑(4)实现连续控制。