火电机组输煤顺控解读.pptx

基于动态矩阵预测控制的锅炉汽包水位控制研究 学院：自动化工程学院 姓名：韦永妙 班级：自动卓越121 学号：2012307010108 导师：吕漫丽 1 课题研究的背景和意义 2 锅炉汽包水位研究现状 3 锅炉汽包水位系统 4 动态矩阵预测控制基本原理 5 DMC-PID控制系统仿真 6 结论 主要内容 课题研究的背景和意义 01 研究背景 锅炉汽包水位是锅炉运行的重要参数，维持汽包水位平衡是保证锅炉运行的重要条件。随着锅炉容量和参数的提高，应用传统控制方法很难达到理想的控制效果。因此，急需一种鲁棒性强、算法简单的快速控制方法。 研究意义 动态矩阵预测控制算法具有很强的鲁棒性，可以及时有效地校正因模型失配、时变和环境干扰等因素引起的不确定性。因此，对汽包水位控制具有很大的意义。 锅炉汽包水位的研究现状 02 锅炉汽包水位的几种先进控制方案 1 神经网络控制 2 无模型自适应控制 3 灰色广义预测控制 4 DMC-PID控制 神经网络控制 该控制算法在响应快速性、调节平稳性及抗干扰能力方面均优于常规PID控制系统。 无模型自适应控制 该控制算法可以适应给水过程中大的、不确定滞后和实现无静差控制。 灰色广义预测控制 该控制算法系统响应速度快，稳态效果好，其控制性能更为优越，具有很好的实用价值。 DMC-PID控制 该控制算法充分发挥了PID抗干扰性强和DMC对惯性、延迟适应能力强的优点。 锅炉汽包水位系统 03 汽包水位系统的组成 主要由汽包、给水调节阀、省煤器、下降管、下联箱、水冷壁和过热器组成。 汽包水位系统结构图 锅炉汽水循环的过程 水经过给水泵送出后进入省煤器使其温度提高后再进入汽包，然后汽包中的水沿着下降管进入下联箱，再向上进入水冷壁，在水冷壁中被加热成饱和蒸汽与水的混合物又一起进入汽包。在汽包内汽水混合物被分离成饱和水和饱和蒸汽，饱和水继续参与循环，饱和蒸气则由汽包上部进入过热器被进一步加热。 给水扰动下的汽包水位动态特性 当给水增加，给水量大于蒸发量，给水温度低于汽包内水温度，会吸收一部分温度，导致汽包内水温下降，蒸汽量减少，水面下气泡数量减少，此时水位不会立即上升。 当水面下气泡容积变化趋于平衡时，汽包水位开始迅速上升。 蒸汽扰动下的汽包水位动态特性 当蒸汽量增加时，汽包内压力下降，导致水沸腾加剧，水面下气泡体积增大，此时水位上升。 当气泡容积变化趋于平衡时，由于蒸汽量大于给水量，此时水位直线下降。 汽包水位数学模型 本文的汽包水位数学模型采用向贤兵的《360MW机组汽包水位仿真控制模型改进与研究》硕士论文里的数学模型。 给水流量扰动下的传递函数: 蒸汽流量扰动下的传递函数: 动态矩阵预测控制 04 预测模型 1 滚动优化 2 反馈校正 3 动态矩阵预测控制的组成 ——输入输出预测 ——假设未来输入预测未来输出 ——以滚动方式对未来有限时域进行优化 ——在线计算并实现当前控制作用 ——每一时刻检测输出 ——以预测误差补偿对未来输出的预测 综合利用信息 1 对模型精度要求低 2 实时性好 3 动态矩阵预测控制的特点 4 有效处理约束问题 动态矩阵预测控制的基本原理 DMC算法是基于被控对象单位阶跃响应非参数模型的预测控制算法。通过反馈校正和滚动优化当前和未来时刻的控制量，使得输出响应符合预先设定的轨迹。动态矩阵控制主要由三个部分组成，即预测模型、滚动优化和反馈校正。 预测模型 根据阶跃响应+比例叠加原理→预测输出 预测模型 在DMC中，首先需要测定对象单位阶跃响应的采样值为： 。 为建模时域。 近似等于阶跃响应的稳态值。向量 称为模型向量。 在稳态启动时，可取初始预测值 ，则当时刻控制有一增量 时，在其作用下未来时刻的输出值为： 滚动优化 滚动优化 如果有 个控制增量 在 时刻加到对象上，使被控对象在其作用下未来 个时刻的输出预测值： 时刻的优化性能指标可取为： 式中： ， 是权系数，分别表示对跟踪误差及控制量变化的抑制。 反馈校正 反馈校正 在DMC中，到下1个采样时刻时，首先要检测对象的实际输出 ，并与模型预测输出 相比较，构成输出误差： 。 采用对 进行加权来修正未来输出的预测： 式中： 为 时刻经误差校正后的预测输出。 为误差校正向量。 1.校正误差 时刻：把控制作用 加于对象，利用预测模型可知其作用下未