[发明专利]一种基于多目标优化的过热汽温自抗扰串级控制方法

权利要求书

1.一种基于多目标优化的过热汽温自抗扰串级控制方法，其特征在于：该控制方法采用双回路控制，内回路为PI控制器，外回路为多目标优化的自抗扰控制器；所述多目标优化的自抗扰控制器分别以过热汽温系统的阀门开度和出口温度为输入和输出，根据保证系统稳定的计算方法得到频率稳定区域，采用多目标智能优化算法在频率稳定区域内优化寻找扩增状态观测器的频率，通过扩增状态观测器观测扰动状态，实现快速消除扰动。

2.根据权利要求1所述基于多目标优化的过热汽温自抗扰串级控制方法，其特征在于，得到频率稳定区域的方法如下：

自抗扰控制器的传递函数：

其中，s为拉布拉斯算子，b₀为预设模型参数，ω_c,ω_o为扩张状态观测器的可调频率；

自抗扰控制器的频率特性：

其中，G_C表示控制器的传递函数，N、D分别为分子、分母上的传递函数多项式，j表示复数坐标轴，ω表示频率；

令

G_C(jω)P(jω)＝-1

其中，P(jω)表示对象的频率特性；

则

其中，a,b为实数；

让上式实部和虚部均等于0，有：

通过求解正实数解的(ω_o,ω_c)组获得频率稳定区域的边界。

3.根据权利要求2所述基于多目标优化的过热汽温自抗扰串级控制方法，其特征在于，多目标智能优化算法考虑如下的多目标优化问题：

其中，在优化区域Ω中代表决定矢量，为约束项，是两个优化性能指标，e(t)为参考值与被控对象之间的误差，L(jω)为闭环控制系统的开环传递函数。

4.根据权利要求3所述基于多目标优化的过热汽温自抗扰串级控制方法，其特征在于，所述多目标智能优化算法为粒子群优化算法。

5.根据权利要求4所述基于多目标优化的过热汽温自抗扰串级控制方法，其特征在于，采用多目标智能优化算法在频率稳定区域内优化寻找扩张状态观测器的频率的步骤如下：

(1)将求得的频率稳定区域作为优化区域Ω，设置粒子数目M、最大迭代次数N，迭代次数k＝1；

(2)设计两个性能指标：和

(3)将粒子群带入模型进行仿真计算，并根据性能指标最小以及约束条件：

将所有粒子群的解根据性能指标分为主导解和非主导解；

(4)主导解与历史解通过性能指标的对比更新第k+1次迭代的个体最优解非主导解在评估后选择部分解与主导解计算得到全局最优解g_best；

(5)根据如下公式更新第i+1次迭代的粒子群：

其中，下标i表示第i个粒子，上标k、k+1表示第k次、第k+1次迭代，为速度矢量，x为粒子当前位置，w、c₁和c₂分别代表运动惯性、个体分量和群体记忆的权重；

(6)如果i<N，则重复执行步骤(4)～(5)；否则重复执行步骤(2)～(6)，直到解(ω_o,ω_c)的性能指标最优为止。

6.根据权利要求5所述基于多目标优化的过热汽温自抗扰串级控制方法，其特征在于，采用多目标智能优化算法在频率稳定区域内寻找到的最优频率建立扩增状态观测器：

其中，z₁,z₂和z₃为状态量的估计值，β₁＝3ω_o,y为对象输出，b₀为预设模型参数，控制律u₀＝k₁(r-z₁)-k₂z₂，k₂＝2ω_c，r为过热汽温设定值。