多模型控制及其在火電機組熱工過程控制中的應(yīng)用研究.pdf

1、實際中存在的物理系統(tǒng)大都是非線性系統(tǒng)。對于非線性控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計，至今尚未形成統(tǒng)一的理論和方法。雖然線性系統(tǒng)理論已經(jīng)發(fā)展得很充分，但是線性系統(tǒng)是在局部對非線性系統(tǒng)的逼近。工作區(qū)域分解方法架起了局部線性化和全局非線性之間的橋梁，其核心思想是，劃分系統(tǒng)的工作區(qū)域來求解建模和控制問題。即使是非線性控制器，也存在有限的適用范圍，超出了這一范圍，控制性能就會降低甚至失效。對于非線性控制器的局部有效性與全局需要之間的矛盾，工作區(qū)域分解方法也是一

2、種有效解決問題的手段。 以工作區(qū)域分解為基礎(chǔ)的多模型控制方法，通過建立多個局部模型來實現(xiàn)對被控對象的模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)不確定性的覆蓋及非線性的逼近，并根據(jù)每個局部模型設(shè)計相應(yīng)的局部控制器，通過多模型的權(quán)值函數(shù)或切換指標函數(shù)，將這些局部模型/控制器合成為系統(tǒng)的全局模型/控制器。多模型控制能夠有效地改善控制系統(tǒng)的性能，滿足實際中對控制系統(tǒng)的暫態(tài)、靜態(tài)性能指標的要求，近年來，已在理論和實踐上取得了令人矚目的成果。 在過程控制中，火

3、電機組的熱工過程控制是一個典型的問題。火電機組熱工過程控制，廣泛采用基于常規(guī)PI或PID算法單輸入單輸出(SISO)反饋控制回路的分散型多環(huán)結(jié)構(gòu)，并在預(yù)先規(guī)定的假設(shè)接近恒定負荷條件的運行點(即，基本負荷)整定控制器的參數(shù)。在當前電網(wǎng)負荷大范圍變動的形勢下，這種方案受到挑戰(zhàn)?？梢钥紤]將機組負荷的運行范圍劃分成若干個工作區(qū)域，在每個工作區(qū)域內(nèi)的特定工作點設(shè)計局部控制器，而在整個運行范圍內(nèi)工作的全局控制器則由這些局部控制器合成來獲得。以工作區(qū)

4、域分解方法為理論基礎(chǔ)的多模型控制正適合于這樣的特點。本課題以火電機組熱工過程控制為背景，對多模型控制若干問題進行研究。 構(gòu)建多模型和全局模型/控制器合成算法，是多模型控制研究中兩個主要的方面。本論文分別從構(gòu)建多模型角度和合成算法角度各提出兩種多模型控制算法。論文的主要內(nèi)容如下：針對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在建立工作范圍很大的非線性系統(tǒng)全局模型時存在的困難，根據(jù)工作區(qū)域分解方法，提出在若干個工作點采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造局部模型的多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測控制系

5、統(tǒng)，并附有應(yīng)用于火電機組過熱蒸汽溫度控制的仿真算例。 結(jié)合多模型控制與狀態(tài)觀測器-狀態(tài)變量控制的特點，提出并設(shè)計多觀測器模型控制系統(tǒng)，并附有應(yīng)用于火電機組過熱蒸汽溫度控制的仿真算例。此方案中，狀態(tài)觀測器具有雙重功能，既提供過程的內(nèi)部信息，又充當辨識模型。 針對參考輸入和外部擾動是階躍信號的輸出跟蹤和外擾抑制問題，基于T-S模糊模型，采用并行分布補償方法，將線性系統(tǒng)理論中的MIMO積分控制和狀態(tài)觀測器用于非線性系統(tǒng)，提出并

6、設(shè)計模糊積分控制器和模糊觀測器，得出了閉環(huán)模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件，以及與在線性系統(tǒng)理論中關(guān)于觀測器設(shè)計的分離定理相似的結(jié)論。應(yīng)用上述結(jié)果設(shè)計單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的仿真算例，通過求解線性矩陣不等式，驗證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 借鑒混雜系統(tǒng)(hybridsystem)中的切換系統(tǒng)(switchedsystem)的成果，提出并設(shè)計基于切換邏輯多模型的MIMO積分控制器以及狀態(tài)觀測器，來處理參考輸入和外部擾動是階躍信號的非線性系統(tǒng)的輸出跟