[发明专利]多变量广义预测控制优化的循环流化床锅炉燃烧过程控制方法

权利要求书

1.一种多变量广义预测控制优化的循环流化床锅炉燃烧过程控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤1、初始化循环流化床锅炉燃烧过程控制器设计参数：床温、主蒸汽压力和炉膛出口烟气含氧量预测步数P₁,P₂,P₃，床温、主蒸汽压力和炉膛出口烟气含氧量控制加权系数r₁,r₂,r₃，床温、主蒸汽压力和炉膛出口烟气含氧量参考轨迹系数β₁,β₂,β₃，多变量渐消记忆递推最小二乘法辨识初值P(0)，遗忘因子μ；

步骤2、根据采集的循环流化床锅炉燃烧过程的过程变量数据，通过多变量渐消记忆递推最小二乘法辨识建立燃烧过程的模型；

步骤3、根据多变量广义预测控制的特性对PID₁、PID₂、PID₃控制器参数进行优化整定，并将整定结果解耦；

步骤4、根据步骤3得到的PID₁、PID₂、PID₃控制器参数，分别构成控制量控制给煤量、一次风量和二次风量，进而控制床温、主蒸汽压力和炉膛出口烟气含氧量；

步骤5、进入下一个时刻，返回步骤2，重复进行步骤2到步骤5的过程。

2.根据权利要求1所述的一种多变量广义预测控制优化的循环流化床锅炉燃烧过程控制方法，其特征是，所述的步骤3的具体过程是：

3-a、根据丢番图方程组计算后移算子q^-1的多项式(i＝1,2,3)；

3-b、建立循环流化床锅炉燃烧过程k+j时刻床温预测值y_1p(k+j)、k+j时刻主蒸汽压力预测值y_2p(k+j)和k+j时刻炉膛出口烟气含氧量预测值y_3p(k+j)；

3-c、建立床温多步预测值Y₁，主蒸汽压力多步预测值Y₂，炉膛出口烟气含氧量多步预测值Y₃；

3-d、建立床温、主蒸汽压力和炉膛出口烟气含氧量的目标函数J₁(k)、J₂(k)、J₃(k)，床温、主蒸汽压力和炉膛出口烟气含氧量的控制步数M₁、M₂、M₃值取1；

3-e、将给煤量增量Δu₁(k)、一次风量增量Δu₂(k)、二次风量增量Δu₃(k)形式进行变换，代入目标函数J₁(k)、J₂(k)、J₃(k)中进行优化，并将优化结果进行解耦处理，得到公式：

V1V2V3=I1-L1G12e^2-L1G13e^3-L2G21e^1I2-L2G23e^3-L2G31e^1-L3G32e^2I3-1L1(h1e~1+f1-Y1r)L2(h2e~2+f2-Y2r)L3(h3e~3+f3-Y3r)]]>

其中，

L1=[(r1+G11TG11)e^1Te^1]-1e^1TG11T]]>

L2=[(r2+G22TG22)e^2Te^2]-1e^2TG22]]>

L3=[(r3+G33TG33)e^3Te^3]-1e^3TG33T]]>

f₁＝F¹¹y₁(k)+H¹¹Δu₁(k-1)+H¹²Δu₂(k-1)+H¹³Δu₃(k-1)

f₂＝F²²y₂(k)+H²¹Δu₁(k-1)+H²²Δu₂(k-1)+H²³Δu₃(k-1)

f₃＝F³³y₃(k)+H³¹Δu₁(k-1)+H³²Δu₂(k-1)+H³³Δu₃(k-1)

Y_1r＝[y_1r(k+1),y_1r(k+2),…,y_1r(k+P₁)]^T

y_1r(k+j)＝β₁^jy_1r(k+j-1)+(1-β₁^j)y_1s(k),j＝1,…,P₁

Y_2r＝[y_2r(k+1),y_2r(k+2),…,y_2r(k+P₂)]^T

y_2r(k+j)＝β₂^jy_2r(k+j-1)+(1-β₂^j)y_2s(k),j＝1,…,P₂

Y_3r＝[y_3r(k+1),y_3r(k+2),…,y_3r(k+P₃)]^T

y_3r(k+j)＝β₃^jy_3r(k+j-1)+(1-β₃^j)y_3s(k),j＝1,…_,P₃

h1=[1,1,...,1]P1×1T,]]>h2=[1,1,...,1]P2×1T,]]>h3=[1,1,...,1]P3×1T]]>

e^1=[e1(k),e1(k-1),e1(k-2)],]]>e^2=[e2(k),e2(k-1),e2(k-2)],]]>e^3=[e3(k),e3(k-1),e3(k-2)]]]>

e₁(k)、e₁(k-1)、e₁(k-2)分别是k时刻、k-1时刻、k-2时刻床温参考轨迹值和实际值之间的误差；e₂(k)、e₂(k-1)、e₂(k-2)分别是k时刻、k-1时刻、k-2时刻主蒸汽压力参考轨迹值和实际值之间的误差；e₃(k)、e₃(k-1)、e₃(k-2)分别是k时刻、k-1时刻、k-2时刻炉膛出口烟气含氧量参考轨迹值和实际值之间的误差；r₁,r₂,r₃为控制加权系数；是k时刻床温预测误差，是k时刻主蒸汽压力预测误差，是k时刻炉膛出口烟气含氧量预测误差；h₁、h₂、h₃为床温、主蒸汽压力和炉膛出口烟气含氧量预测误差校正矩阵；f₁、f₂、f₃为床温、主蒸汽压力和炉膛出口烟气含氧量自由运动项；P₁、P₂、P₃为床温预测步数、主蒸汽压力预测步数和炉膛出口烟气含氧量预测步数，P₁、P₂、P₃取值不同；M₁、M₂、M₃为床温、主蒸汽压力和炉膛出口烟气含氧量的控制步数；r₁、r₂、r₃为床温、主蒸汽压力和炉膛出口烟气含氧量的控制加权系数；Y_1r、Y_2r、Y_3r为床温、主蒸汽压力和炉膛出口烟气含氧量不同时刻参考轨迹值组成的矩阵；y_1r(k+j)、y_2r(k+j)、y_3r(k+j)为k+j时刻床温、主蒸汽压力和炉膛出口烟气含氧量参考轨迹的值；β₁、β₂、β₃为床温、主蒸汽压力和炉膛出口烟气含氧量参考轨迹系数；k时刻床温设定值为y_1s(k)、y_2s(k)、y_3s(k)分别为k时刻床温、主蒸汽压力、炉膛出口烟气含氧量设定值；y₁(k)表示k时刻床温的实际输出，y₂(k)表示k时刻主蒸汽压力的实际输出，y₃(k)表示k时刻炉膛出口烟气含氧量的实际输出；I₁，I₂，I₃为单位矩阵；Δu₁(k-1)、Δu₂(k-1)、Δu₃(k-1)分别表示k-1时刻的给煤量增量、一次风量增量和二次风量增量；

3-f、利用步骤3-e公式计算k时刻PID₁、PID₂、PID₃控制器的参数：

kd1(k)=ν12(k)kp1(k)=-ν11(k)-2ν12(k)ki1(k)=ν10(k)+ν11(k)+ν12(k)]]>kd2(k)=ν22(k)kp2(k)=-ν21(k)-2ν22(k)ki2(k)=ν20(k)+ν21(k)+ν22(k)]]>kd3(k)=ν32(k)kp3(k)=-ν31(k)-2ν32(k)ki3(k)=ν30(k)+ν31(k)+ν32(k)]]>

其中，V₁(k)＝[ν₁₀(k),ν₁₁(k),ν₁₂(k)]^T，V₂(k)＝[ν₂₀(k),ν₂₁(k),ν₂₂(k)]^T，V₃(k)＝[ν₃₀(k),ν₃₁(k),ν₃₂(k)]^T；k_p1(k)、k_i1(k)、k_d1(k)是k时刻给煤量的PID₁控制器的比例、积分、微分系数；k_p2(k)、k_i2(k)、k_d2(k)是k时刻一次风量的PID₂控制器的比例、积分、微分系数；k_p3(k)、k_i3(k)、k_d3(k)是k时刻二次风量的PID₃控制器的比例、积分、微分系数。