[发明专利]一种基于数据驱动的单元机组锅炉汽轮机控制方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于数据驱动的单元机组锅炉汽轮机控制方法，包括，建立单元机组非线性模型，采用动态线性化技术得到线性数据模型，估计数据模型中的伪雅各比矩阵，设计基于数据的自适应控制算法及选择控制器参数并验证算法稳定性等五步。本发明不依赖单元机组的模型信息，避免了复杂工况和运行环境下单元机组的建模问题，同时对于单元机组未建模动态等因素具有较强的鲁棒性。算法设计简单，计算量小，易于实际运行，本发明所述的技术方案可以被推广应用于其他难以建立系统复杂模型的工业过程被控对象。

主权项

1.一种基于数据驱动的单元机组锅炉汽轮机控制方法，其特征在于，所述的基于数据驱动的单元机组控制方法包括如下步骤：第一步，建立单元机组非线性模型，针对单元机组运行工况，建立以锅炉汽轮机燃油调节阀开度、燃气调节阀开度和给水调节阀开度为控制输入量，汽包压力、功率输出和液位高度变化量为系统输出量的三输入三输出非线性模型；其表达式为：y(k+1)＝f(y(k),u(k)),其中：y＝[y₁,y₂,y₃]^T,u＝[u₁,u₂,u₃]^T；y₁表示汽包压力；y₂表示功率输出；y₃表示水位高度变化量；f(y(k),u(k))为未知非线性函数；第二步，采用动态线性化技术得到线性模型，针对第一步中建立的三输入三输出非线性模型，采用动态线性化技术将其转化成如下线性数据模型：△y(k+1)＝Φ(k)△u(k),式中△y(k+1)＝y(k+1)‑y(k),△u(k)＝u(k)‑u(k‑1)，Φ(k)为伪雅各比矩阵：且满足||Φ(k)||≤b，b为一个正的常数；第三步，估计数据模型中的伪雅各比矩阵，定义估计准则函数，根据最优化原理得到伪雅各比矩阵的递推估计算法，设定雅各比矩阵估值的初值，根据单元机组实际运行输入输出数据依次更新伪雅各比矩阵的估计值；估计准则函数为：式中μ>0为权重因子；为Φ(k)的估计值；雅各比矩阵估计算法：η∈(0,1]为步长因子；为预先设定初始值；第四步，设计基于数据的自适应控制算法，定义控制输入准则函数，根据最优化原理得到控制输入量的更新算法，设定控制输入量的初始值，根据单元机组实际运行输入输出数据以及第三步中得到的雅各比矩阵估计值依次更新控制输入；其中控制输入准则函数为：J(u(k))＝||y^*(k+1)‑y(k+1)||²+λ||u(k)‑u(k‑1)||²,λ>0为权重因子；控制输入量更新算法为：ρ∈(0,1]为步长因子；为Φ(k)估计值；u(0)为预先设定的控制输入初始值；第五步，选择控制器参数并验证算法稳定性，首先定义跟踪误差，然后将跟踪误差代入到第一步建立的单元机组非线性模型和第四步的自适应控制算法函数中，并得到跟踪误差的递推关系，其中：跟踪误差为：e(k)＝[e₁(k) e₂(k) e₃(k)]；为汽包压力跟踪误差；为功率输出跟踪误差；为液位高度变化跟踪误差；为期望的汽包压力；为期望的功率输出；为期望的液位高度变化量；跟踪误差的递推关系为：