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(duì)汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)具有時(shí)滯、非線性、動(dòng)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(shí)獲得對(duì)象模型、逆模型和擾動(dòng)消除控制器，對(duì)給定轉(zhuǎn)速信號(hào)和外部擾動(dòng)分別進(jìn)行控制，使兩者同時(shí)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(jí)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(duì)象特性的變化，有效克服對(duì)象的慣性和非線性，并有效抑制外部擾動(dòng)，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(dòng)控制領(lǐng)域，尤其涉及對(duì)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(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行控制的主要系統(tǒng)，其動(dòng)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(dòng)、參數(shù)時(shí)變、死區(qū)和飽和等環(huán)節(jié)使得對(duì)象特性呈現(xiàn)出嚴(yán)重的非線性和時(shí)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(shí)，需要引入汽輪機(jī)功率信號(hào)作為負(fù)反饋信號(hào)，構(gòu)成功率控制內(nèi)回路，形成串級(jí)控制結(jié)構(gòu)。然而，由于汽輪機(jī)功率信號(hào)比較難以測(cè)量，實(shí)際應(yīng)用中常用發(fā)電機(jī)功率信號(hào)代替汽輪機(jī)功率信號(hào)，但是二者對(duì)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響差異很大。
[0004]自適應(yīng)逆控制是由美國(guó)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(gè)來自控制器的信號(hào)去驅(qū)動(dòng)對(duì)象，而該控制器的傳遞函數(shù)就是該對(duì)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(duì)對(duì)象給定信號(hào)的控制和對(duì)象擾動(dòng)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(gè)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(jí)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(duì)象動(dòng)態(tài)特性變化，有效克服對(duì)象的慣性和非線性，并有效抑制外部擾動(dòng)，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(shí)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(duì)象模型在線辨識(shí)。
[0008]汽輪機(jī)調(diào)速對(duì)象是具有死區(qū)、慣性和參數(shù)時(shí)變的非線性對(duì)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(duì)象的控制輸入信號(hào)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(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)調(diào)速對(duì)象這種非線性時(shí)變對(duì)象模型的在線辨識(shí)，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(shí)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(duì)汽輪機(jī)調(diào)速對(duì)象模型Pm辨識(shí)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(hào)比較難以測(cè)量，實(shí)際應(yīng)用中常用發(fā)電機(jī)功率信號(hào)代替汽輪機(jī)功率信號(hào)，但是二者對(duì)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響差異很大；本方法特征在于不再簡(jiǎn)單沿用發(fā)電機(jī)功率信號(hào)代替汽輪機(jī)功率信號(hào)構(gòu)成負(fù)反饋的控制框架，把發(fā)電機(jī)功率信號(hào)作為負(fù)荷擾動(dòng)信號(hào)引入汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)；同時(shí)考慮到調(diào)速系統(tǒng)非線性和參數(shù)時(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)特性控制；然后，再利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線辨識(shí)獲得一個(gè)自適應(yīng)對(duì)象擾動(dòng)消除控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)象擾動(dòng)消除控制，包括如下步驟: [1]汽輪機(jī)調(diào)速對(duì)象模型在線辨識(shí):汽輪機(jī)調(diào)速對(duì)象是具有死區(qū)、慣性和參數(shù)時(shí)變的非線性對(duì)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(duì)象對(duì)象的精確模型，首先采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)方法在線辨識(shí)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性(Jacobian信息)，然后采用另一個(gè)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線辨識(shí)出對(duì)象的逆模型作為自適應(yīng)逆控制器，連接在調(diào)速對(duì)象前面控制對(duì)象動(dòng)態(tài)響應(yīng)；最后為抑制對(duì)象擾動(dòng)響應(yīng)，再采用一個(gè)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線構(gòu)建一個(gè)自適應(yīng)擾動(dòng)消除控制器，在不改變對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的條件下，抑`制擾動(dòng)響應(yīng)(使對(duì)象擾動(dòng)功率最小)。
【文檔編號(hào)】F01D21/00GK103557037SQ201310533169
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)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(qǐng)人:河南城建學(xué)院