[发明专利]基于双层结构预测控制的工业循环水节能优化控制方法

权利要求书

1.一种基于双层结构预测控制的工业循环水节能优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据工业循环水系统的配置，建立循环水系统的动态模型和稳态模型；

步骤2：根据生产过程的工艺要求，设置被控变量的优先级、操作变量的优先级、操作变量的效益方向以及操作变量与被控变量之间的相关性方向；

步骤3：以最小的能量消耗为目标建立目标函数，根据工艺条件和稳态模型构建约束条件；

所述目标函数为：

min J＝f(Δu_ss(k),Δy_ss(k))

Δu_ss(k)＝u_ss(k+1)-u_ss(k)

Δy_ss(k)＝y_ss(k+1)-y_ss(k)

其中，f(Δu_ss(k),Δy_ss(k))为目标函数，表示生产过程中的运营成本；u_ss(k)和y_ss(k)为k时刻的操作变量和被控变量的稳态优化值，Δu_ss(k)为稳态输入的增量，Δу_ss(k)为稳态输出的增量；

步骤4：判断约束条件是否具有可行域，如果具有可行域，则采用操作变量的多优先级优化策略，得到最优操作点；否则采用针对被控变量的多优先级优化策略，对被控变量的约束条件适当放松，得到最优操作点；

所述采用操作变量的多优先级优化策略，得到最优操作点包括以下步骤：

步骤41：对操作变量的操作方向进行判断；

步骤42：对操作变量的操作顺序进行判断；

步骤43：以该操作顺序为新的优先级，通过被控变量的多优先级优化策略进行升序策略的操作变量优先级目标优化，得到最优操作点；

所述对操作变量的操作方向进行判断为：

在当前状态下，为满足优化和控制需求，判断被控变量的调节方向，并根据被控变量与操作变量的相关性，判断操作变量的调节方向；其判断规则为：同号为正，异号为负；

所述对操作变量的操作顺序进行判断为：

同一优先级、不同效益方向的操作变量，当操作方向为正时，操作顺序为：最大化效益操作变量优先于最小化效益操作变量；反之，当操作方向为负时，操作顺序为：最小化效益操作变量优先于最大化效益操作变量；

具有不同优先级的最大化效益的操作变量，当操作方向为正时，其操作顺序与其优先级排序相同；反之，当操作方向为负时，其操作顺序与其优先级排序相反；

步骤5：将得到的最优操作点做为设定值，建立模型预测控制器，并实施控制作用；所述的模型预测控制器包括预测模型和滚动优化目标函数：

预测模型为所述动态模型；

滚动优化目标函数如下：

其中，u_M(k),Δu_M(k)分别表示为被控变量的预测值、操作变量预测值和操作变量增量值，P和M分别表示预测时域和控制时域；Q,R,T分别为误差权矩阵、控制权矩阵和控制增量权矩阵，y^*＝y(k)+Δy^*和u^*＝u(k-1)+Δu^*分别为最优的被控变量值和操作变量值，y(k)为当前时刻被控变量的输出值，Δy^*为当前时刻最优被控变量增量值，u(k-1)为上一时刻操作变量值，Δu^*为当前时刻最优操作变量增量值。

2.根据权利要求1所述的基于双层结构预测控制的工业循环水节能优化控制方法，其特征在于：在工业循环水系统中工频泵的两端并联设置一个变频泵。

3.根据权利要求1所述的基于双层结构预测控制的工业循环水节能优化控制方法，其特征在于：所述动态模型和稳态模型的建立过程为：

首先，建立循环水系统的水力模型和热力模型；

其次，通过试验数据，修正模型参数，建立循环水系统的动态模型；

最后，由修正后的动态模型模型，建立循环水系统的稳态模型。