[发明专利]一种针对板式换热器时滞的灰狼预测控制方法

权利要求书

1.一种针对板式换热器时滞的灰狼预测控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)板式换热器建模；(2)Smith预估器时滞补偿；(3)基于Smith预估器的灰狼模型预测控制计算和优化；(4)仿真验证；

所述步骤(1)中板式换热器建模方法为：

板式换热器的数学模型依据换热过程的非稳态能量平衡方程建立，在冷凝板与热凝板的能量平衡方程中，换热系数被视为常数，经过拉式变换后，将板式换热器的时滞因素等效为延迟环节e^-τs，得到板式换热器的传递函数式：

式中，传递函数式的输入、输出分别为热液体质量流率m_h(s)，冷凝板出口温度T_co(s)，K是比例系数，μ是时间常数；

所述传递函数式通过添加一阶滞后环节来反映滞后特性；

所述步骤(2)中Smith预估器时滞补偿方法为：针对板式换热器存在的时间滞后，Smith预估器利用在反馈回路中添加的补偿模块将滞后环节移出系统控制通道；

所述Smith预估器对于板式换热器时滞的估计与实际时滞大小一致；

所述步骤(3)中基于Smith预估器的灰狼模型预测控制计算和优化方法为：模型预测控制对于非线性，含时滞的板式换热器具有较强的鲁棒性，但当预测控制器的预测时域小于板式换热器时滞时，预测模型对板式换热器未来的预测输出仍然存在滞后，因此利用Smith预估器先进行时滞补偿，再进行预测控制器设计；

在预测控制器的滚动优化中，利用灰狼优化算法进行控制量的实时优化，在每次控制步长中，灰狼优化算法按照种群初始化、猎物寻找、确定最优个体步骤优化求解，将控制量实施后再进行下一步控制量的求解，完成迭代过程；

所述预测模型不含时滞环节；

所述优化方法为：

a、给定系统初始值，将初始控制量分别传递给实际系统模型以及预测模型；

b、在反馈通道中，系统实际模型与预测模型输出在经过预估补偿器模块后，将时滞影响移除，得到超前预测的系统输出值；

c、超前预测的系统输出值与系统指令输出信号比较，得到输出误差值后，传递给控制器模块；

d、控制器模块中的灰狼优化算法根据适应度值大小，优化出当前最优控制序列，并将第一个控制量实施到系统当前步骤；

e、重复b-d步骤，滚动地优化出系统的控制量，直到系统达到指令输出并稳定；

所述步骤(4)中仿真验证方法为：在MATLAB仿真平台上，基于板式换热器模型，进行验证。