[发明专利]一种基于NSGA-Ⅱ遗传算法的自抗扰控制的串级燃气轮机功率控制方法

权利要求书

1.一种基于NSGA-Ⅱ遗传算法的自抗扰控制的串级燃气轮机功率控制方法，其特征是：包括外环、内环、NSGA-Ⅱ遗传算法优化；

所述NSGA-Ⅱ遗传算法优化为：

(1)确定所选的优化工况及模型初始输入参数，模型输入的初始参数包括：可转导叶角度，控制器参数，运行环境，工况负载；

(2)进行多目标优化方法初始参数设置，包括迭代次数、种群大小、目标个数、模拟二进制交叉参数、多项式变异参数、交叉概率、变异概率；

(3)产生初始种群，种群变量包括可转导叶角度，控制器参数，运行环境，工况负载；

(4)进行自变量约束判断：判断条件包括可转导叶角度限制、油门调节速度限制、可转导叶角度调节速度限制、进气压力温度限制，油门调节速度限制、可转导叶角度调节速度限制通过约束控制器参数实现，若满足约束则进行步骤(5)，若不满足返回步骤(3)重新产生新种群；

(5)调用燃气轮机模型将种群中变量赋值计算，得出燃气轮机性能指标，其中优化的目标为污染物排放量、燃油消耗量、高低压转子转速；目标约束包括排温约束限制、燃料量约束限制、喘振约束限制、高低压转子转速约束限制；

(6)判断约束目标是否满足约束限制，若满足进行步骤(7)，不满足返回步骤(3)重新产生新种群进行计算；

(7)进行快速非支配排序操作及拥挤度计算；

(8)根据交叉变异概率执行种群交叉变异操作；

(9)根据步骤(7)计算出的拥挤度进行精英保留策略，依据非支配排序优先级，淘汰较差的解，将保留下来的解与交叉变异解产生新的种群；

(10)判断是否满足设定的迭代次数，若满足则输出当前解集为帕累托最优解集，若不满足则返回步骤(3)将新种群再次进行步骤(4)-(10)多目标优化操作，直到满足迭代次数，输出可转导叶角度、外环二阶控制器参数b₀和内环一阶控制器参数β₁，β₂，的帕累托最优解集；

外环为二阶线性自抗扰控制器，内环为一阶线性自抗扰控制器，外环二阶线性自抗扰控制器包括比例微分控制器Kp_out，Kd_out与扩张状态观测器ESO_out，所述内环一阶线性自抗扰控制器包括比例控制器Kp_in与扩张状态观测器ESO_in；

低压轴扭矩表示为：其中t₂为时间，T_g为低压轴扭矩，d₂为外部干扰，W_f为燃油流量，为内环系统总扰动，总扰动包括高阶动态扰动、模型误差和外部干扰；

内环一阶线性自抗扰控制器中扩张状态观测器ESO_in设计为：其中，z₁＝T_g，C＝[1 0]，L＝[β₁ β₂]T，

控制器Kp_in控制率设计为控制器输出为其中T_g，r为低压轴设定输入扭矩即内环一阶线性自抗扰控制器的设定输入。

2.根据权利要求1所述的一种基于NSGA-II遗传算法的自抗扰控制的串级燃气轮机功率控制方法，其特征是：外环二阶线性自抗扰控制器设计包括以下步骤：

燃气轮机动力涡轮功率表示为：其中t₁为时间，N_p为燃气轮机动力涡轮功率，d₁为外部干扰，T_g，r为低压轴扭矩的设定值，为外环系统总扰动；

外环二阶线性自抗扰控制器中扩张状态观测器ESO_out设计为：

其中，

控制器Kp_out控制率设计为控制器输出为其中N_p，r为燃气轮机动力涡轮功率即外环二阶线性自抗扰控制器的设定输入。

3.根据权利要求1所述的一种基于NSGA-II遗传算法的自抗扰控制的串级燃气轮机功率控制方法，其特征是：外环扩张状态观测器ESO_out第一输入为燃气轮机低压轴扭矩的参考设定值，第二输入为动力涡轮功率测量值；内环扩张状态观测器ESO_in输入为燃气轮机执行机构燃油流量测量值，第二输入为低压轴扭矩的测量值。

4.根据权利要求1所述的一种基于NSGA-II遗传算法的自抗扰控制的串级燃气轮机功率控制方法，其特征是：外环控制反馈值为扩张状态观测器ESO_out输出的动力涡轮功率观测值、动力涡轮功率导数观测值和外环总扰动f₁的观测值，内环控制反馈值为扩张状态观测器ESO_in输出的低压轴扭矩的观测值和内环总扰动f₂的观测值。