一種基于自適應(yīng)逆控制的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種針對汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)具有時滯、非線性、動態(tài)特性隨工況顯著變化和難以精確建模等特點(diǎn),采用自適應(yīng)逆控制理論并結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),提出了一種基于自適應(yīng)逆控制的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法。該方案利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線辨識獲得對象模型、逆模型和擾動消除控制器,對給定轉(zhuǎn)速信號和外部擾動分別進(jìn)行控制,使兩者同時達(dá)到最佳控制效果,無需在兩者之間進(jìn)行折衷;與現(xiàn)有技術(shù)中的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速PID串級控制方法相比,本發(fā)明所提供的自適應(yīng)逆控制方法能很好地適應(yīng)汽輪機(jī)調(diào)速對象特性的變化,有效克服對象的慣性和非線性,并有效抑制外部擾動,能夠明顯改善了汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制品質(zhì)。
【專利說明】一種基于自適應(yīng)逆控制的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于熱工過程自動控制領(lǐng)域,尤其涉及對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行自適應(yīng)逆控制的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是對汽輪機(jī)進(jìn)行控制的主要系統(tǒng),其動態(tài)性能直接影響到機(jī)組的經(jīng)濟(jì)型和安全性。然而調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)的慣性、擾動、參數(shù)時變、死區(qū)和飽和等環(huán)節(jié)使得對象特性呈現(xiàn)出嚴(yán)重的非線性和時變性,使得常規(guī)PID控制系統(tǒng)難以取得理想的控制效果。
[0003]為克服常規(guī)PID的不足,許多研究者嘗試將智能控制方法引入PID控制,形成了各種改進(jìn)型PID調(diào)節(jié)系統(tǒng),諸如模糊優(yōu)化PID、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID、遺傳算法PID等。然而在將上述改進(jìn)型PID控制應(yīng)用于汽輪機(jī)調(diào)速控制時,需要引入汽輪機(jī)功率信號作為負(fù)反饋信號,構(gòu)成功率控制內(nèi)回路,形成串級控制結(jié)構(gòu)。然而,由于汽輪機(jī)功率信號比較難以測量,實際應(yīng)用中常用發(fā)電機(jī)功率信號代替汽輪機(jī)功率信號,但是二者對控制系統(tǒng)動態(tài)特性的影響差異很大。
[0004]自適應(yīng)逆控制是由美國斯坦福大學(xué)著名教授B.Widrow于1986年首次提出來的,其基本思想就是要用一個來自控制器的信號去驅(qū)動對象,而該控制器的傳遞函數(shù)就是該對象本身傳遞函數(shù)的逆。與傳統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)相比,自適應(yīng)逆控制系統(tǒng)可以對對象給定信號的控制和對象擾動的控制分別做自適應(yīng)控制處理達(dá)到最優(yōu)而無需在兩者之間做出折衷。
因此,將自適應(yīng)逆控制應(yīng)用于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制中,已經(jīng)是一個值得研究的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為克服現(xiàn)有的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速PID串級控制方法所存在的不足,本發(fā)明提供了一種能很好適應(yīng)汽輪機(jī)調(diào)速對象動態(tài)特性變化,有效克服對象的慣性和非線性,并有效抑制外部擾動,明顯改善汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制品質(zhì)的自適應(yīng)逆控制方法。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
一種基于自適應(yīng)逆控制的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法,包括如下步驟:
[0007]汽輪機(jī)調(diào)速對象模型在線辨識。
[0008]汽輪機(jī)調(diào)速對象是具有死區(qū)、慣性和參數(shù)時變的非線性對象,其差分方程可表示為:
y (k+1) =g [u (k),u (k-1),Lu (k-m+1), y (k), y (k-1) L, y (k-n+1) ] (I)
式中,u和y分別是汽輪機(jī)調(diào)速對象的控制輸入信號和汽輪機(jī)輸出轉(zhuǎn)速ω,m和n分別是其相應(yīng)階次。
[0009]為實現(xiàn)汽輪機(jī)調(diào)速對象這種非線性時變對象模型的在線辨識,本文選用徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Radial Basis Function, RBF)作為辨識工具,RBF網(wǎng)絡(luò)是一種局部逼近網(wǎng)絡(luò),已證明它能以任意精度逼近任意連續(xù)函數(shù),多輸入單輸出RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
[0010]根據(jù)圖1中對汽輪機(jī)調(diào)速對象模型Pm辨識結(jié)構(gòu)要求,可確定RBF網(wǎng)絡(luò)I的輸入層為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于自適應(yīng)逆控制的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法,由于汽輪機(jī)功率信號比較難以測量,實際應(yīng)用中常用發(fā)電機(jī)功率信號代替汽輪機(jī)功率信號,但是二者對控制系統(tǒng)動態(tài)特性的影響差異很大;本方法特征在于不再簡單沿用發(fā)電機(jī)功率信號代替汽輪機(jī)功率信號構(gòu)成負(fù)反饋的控制框架,把發(fā)電機(jī)功率信號作為負(fù)荷擾動信號引入汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng);同時考慮到調(diào)速系統(tǒng)非線性和參數(shù)時變的特點(diǎn),提出一種基于自適應(yīng)逆控制的汽輪機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自適應(yīng)逆控制的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法,其特征在于其控制方法,具體步驟如下:首先利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線辨識獲得汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的逆模型,作為逆控制器構(gòu)成自適應(yīng)逆控制系統(tǒng)實現(xiàn)動態(tài)特性控制;然后,再利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線辨識獲得一個自適應(yīng)對象擾動消除控制器實現(xiàn)對象擾動消除控制,包括如下步驟: [1]汽輪機(jī)調(diào)速對象模型在線辨識:汽輪機(jī)調(diào)速對象是具有死區(qū)、慣性和參數(shù)時變的非線性對象,其差分方程可表示為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自適應(yīng)逆控制的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法,其特征在于:本發(fā)明不需要事先知道汽輪機(jī)調(diào)速對象對象的精確模型,首先采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識方法在線辨識對象的動態(tài)特性(Jacobian信息),然后采用另一個RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線辨識出對象的逆模型作為自適應(yīng)逆控制器,連接在調(diào)速對象前面控制對象動態(tài)響應(yīng);最后為抑制對象擾動響應(yīng),再采用一個RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線構(gòu)建一個自適應(yīng)擾動消除控制器,在不改變對象動態(tài)特性的條件下,抑`制擾動響應(yīng)(使對象擾動功率最小)。
【文檔編號】F01D21/00GK103557037SQ201310533169
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】王萬召, 劉恩海, 崔秋娜, 宋艷蘋, 蔣建飛 申請人:河南城建學(xué)院