主蒸汽压力的无模型自适应预测控制

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1、主蒸汽压力的无模型自适应预测控制冯玉昌，史冬琳，白佳文东北电力大学自动化工程学院，吉林吉林市１３２０１２［摘要］针对火电机组主蒸汽压力被控对象的大惯性、大迟延等特点，采用伪梯度向量的概念，对被控对象进行动态化处理，得到预测模型。提出了１种新型的无模型自适应预测控制（ＭＦＡＰＣ）算法，将ＭＦＡＰＣ算法用于主蒸汽压力串级控制系统的主调节器中，副调节器采用常规ＰＩ控制器。仿真结果表明，ＭＦＡＰＣＰＩ串级控制系统较常规ＰＩＤＰＩ串级控制系统响应速度快、抗干扰性能强，对系统参数时变具有较好的鲁棒性。［关键词］火电机组；

2、主蒸汽压力；ＭＦＡＰＣ算法；预测控制；串级控制系统［中图分类号］ＴＫ３２１；ＴＰ２７３＋．２［文献标识码］Ａ［文章编号］１００２３３６４（２０１２）０８００３７０４［ＤＯＩ编号］１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２３３６４．２０１２．０８．０３７ＭＯＤＥＬＦＲＥＥＡＤＡＰＴＩＶＥＰＲＥＤＩＣＴＩＶＥＣＯＮＴＲＯＬＦＯＲＭＡＩＮＳＴＥＡＭＰＲＥＳＳＵＲＥＳＹＳＴＥＭＦＥＮＧＹｕｃｈａｎｇ，ＳＨＩＤｏｎｇｌｉｎ，ＢＡＩＪｉａｗｅｎＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔＤｉ

3、ａｎｌｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｌｉｎ１３２０１２，ＪｉｌｉｎＰｒｏｖｉｎｃｅ，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｍａｉｎｓｔｅａｍｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｏｂｊｅｃｔｓｕｃｈａｓｌａｒｇｅｉｎｅｒｔｉａａｎｄｄｅ－ｌａｙ，ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｍｏｄｅｌｆｒｅｅａｄａｐｔｉｖｅｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＦＡＰＣ）ｓｃｈｅｍｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｐｓｅｕｄｏｐａｒｔｉａｌｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙｔｏｌｉｎｅａｒ

4、ｉｚｅａｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｓｙｓｔｅｍａｎｄｂｕｉｌｄａｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｎｅｗｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｍａｉｎｓｔｅａｍｐｒｅｓｓｕｒｅｃａｓｃａｄｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗｈｉｃｈｉｓａｔｙｐｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｐｒｏｃｅｓｓｗｉｔｈｌａｒｇｅｔｉｍｅｃｏｎｓｔａｎｔａｎｄｌａｒｇｅｔｉｍｅｄｅｌａｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎａｔｈｅｒｍａｌｐｏｗｅｒｐｌａｎｔ．ＴｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｌｏｏｐｉｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｂｙｔｈｅＭＦＡＰＣ

5、ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ａｎｄｔｈｅｉｎｎｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌｏｏｐｂｙａｃｏｎ－ｖｅｎｔｉｏｎａｌＰＩｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｃｏｎｖｉｎｃｅｔｈａｔ，ｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＰＩＤＰＩｃａｓｃａｄｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅＭＦＡＰＣＰＩｓｙｓｔｅｍｈａｓｈｉｇｈｅｒｒｅｓｐｏｎｓｅｓｐｅｅｄ，ｓｔｒｏｎｇｅｒａｎｔｉｊａｍｍｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍ－ａｎｃｅ，ａｎｄｂｅｔｔｅｒｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｆｏｒｔｉｍｅｖａｒｉａｂｌｅｏｆｓｙｓｔｅｍｐａｒ

6、ａｍｅｔｅｒｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍａｌｐｏｗｅｒｕｎｉｔｓ；ｍａｉｎｓｔｅａｍｐｒｅｓｓｕｒｅ；ＭＦＡＰＣａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｍｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ；ｃａｓ－ｃａｄｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ火电机组主蒸汽压力不仅具有大惯性、大迟延特性，而且还存在强非线性和时变性，常规串级ＰＩＤ主蒸汽压力控制系统由于控制参数难于整定，往往不能取得良好的控制效果［１３］。文献［２］将内模串级ＰＩＤ收稿日期：２０１１１１２８作者简介：冯玉昌（１９７７），男，毕业于华北电力大学，硕士，讲师，主要从

7、事发电厂热工过程控制、智能控制、预测控制等技术的教学与研究。Ｅｍａｉｌ：ｆｅｎｇｙｕｃｈａｎｇ＿ｆｙｃ＠１６３．ｃｏｍ３７控制方法用于主蒸汽压力控制系统，取得了较好的动态性能。文献［３］在基于无模型自适应控制（ＭＦＡＣ）的基础上，提出了１种无模型自适应控制和ＰＩＤ串级控制的方法。为了预测对大迟延、大惯性对象控制的有效性，文献［４］提出了１种稳定自适应预测函数控制策略，并应用于主蒸汽温度控制系统中，得到了系统闭环稳定的条件。文献［５］将ＴＳ模糊建模与预测函数控制相结合，提出了模糊自适应预测函数控制策略，由式（

8、２）可得到式（１）的状态空间模型［１１］：ｘ（ｋ＋１）＝Ａｘ（ｋ）＋ＢΔｕ（ｋ）（３）Δｙ（ｋ）＝ｃＴ（ｋ）ｘ（ｋ）（４）式中：ｘ（ｋ）＝［Δｕ（ｋ－１），Δｕ（ｋ－２），…，Δｕ（ｋ－Ｌ）］Ｔ；熿００…００燄１０…００Ａ＝０１…００；…００对工况的变化具有较好的适应性。文献［６］将状态变燀００…１０燅量预测控制方法用于控制锅炉再热蒸汽温度，有效地Ｂ＝［１００…００］；Ｔ控制了大惯性、大