[发明专利]亚临界火电机组协调控制系统参数寻优方法

权利要求书

1.一种亚临界火电机组协调控制系统参数寻优方法，其特征在于：首先通过特征轨迹法确定控制器的形式及部分必要参数，来保证控制系统的稳定性，具体设计步骤如下：

(1)亚临界机组协调系统被控对象传递函数矩阵为G(s)，在高频ω_h计算实阵K_h≈G^-1(jω_h)，以补偿特征轨迹及失配角，降低高频关联；

式中G_PB(s)、G_NB(s)分别为以u_B为输入，P_t、N_E为输出的传递函数模型；G_PT(s)、G_NT(s)分别为以u_t为输入，P_t、N_E为输出的传递函数模型(u_B保持不变)；G(s)为对象的传递函数模型矩阵；u_B、u_t分别指代锅炉燃烧率指令、汽机调门指令；P_t、N_E分别指代主汽压力、实发功率；由模型形式可知，主汽压力调节回路和功率调节回路之间具有较强的耦合关系；

(2)判断高频补偿后系统稳定性，若不稳定或稳定裕量不足，在中频ω_m≤ω_h设计控制器K_m(s)补偿系统中频特征轨迹，经过高频补偿后系统矩阵为G(s)K_h，计算其中频ω_m对偶特征值矩阵和特征向量矩阵，通过方向排列法近似得到对偶特征向量矩阵的近似实标架A_m和B_m，则

式中为标量传递函数，若系统稳定性、关联程度不符合要求，则需重新设计；

(3)判断中频补偿后系统低频关联及稳态精度，若不满足，在低频ω_l≤ω_m设计控制器K_l(s)补偿系统低频特征轨迹，经过高、中频补偿后系统矩阵为G(s)K_hK_m(s)，计算其对偶特征值矩阵，并求得近似实标架A₁和B₁，则

式中是满足增益平衡要求的实数，于是低频控制器为

式中是影响控制器效果的关键参数，

(4)合并各高、中、低频补偿控制器，有总的控制器

K(s)＝K_hK_m(s)K_l(s) (5) 。

2.根据权利要求1所述的一种亚临界火电机组协调控制系统参数寻优方法，其特征在于：通过特征轨迹法确定控制器的形式及部分必要参数后，结合逐步降步长的天牛须搜索算法寻优得到最佳控制器参数，优化控制系统性能，对于一个多维空间的优化问题，记X_left为天牛左侧触角的空间坐标，记X_right为天牛右侧触角的空间坐标，X_center为质心的空间坐标，d_length为天牛两侧触角之间的直线距离；默认天牛在飞行时，头是任意朝向的，故从天牛右侧触角指向左侧触角向量的方向P_direction也是不确定的，对其归一化有：

p_dir＝P_direction/norm(P_direction) (6)

于是有X_left-X_right＝d_length*p_dir (7)

同时，X_left及X_right可由质心描述：

X_left＝X_center+d_length*p_dir/2 (8)

X_right＝X_center-d_length*p_dir/2 (9)

对于待寻优的目标函数f(x)，左右两侧触角接收到的值分别为：

f_left＝f(X_left) (10)

f_right＝f(X_right) (11)

比较两者大小，确定天牛下一步要走的位置：

X_center-next＝X_center+step*p_dir*Sign(f_left-f_right) (12)

式中Sign为符号函数，即f_left＜f_right，为了寻找到气味的最大值，则天牛向右飞行长度为step的距离；f_left＞f_right，则天牛向左飞行长度为step的距离。最终确定目标函数最大值的位置；

引入小于1的步长系数σ，每次迭代时的步长则为：

step＝step*σ (13)

由上式可知天牛飞行步长以一定比例不断减小；

基于特征轨迹设计原理，可以得到形如式(14)的系统控制器

其中K_h及K_l由计算准确求得，而K_m(s)无需补偿，重点是优化关键参数

对形如式(15)的ITAE误差积分准则作合理调整，考虑到被控量负荷和压力具有不同数量级，在计算误差积分准则前，首先将负荷及压力作归一化处理最终计算式可修改为：

式中和分别为归一化后机侧压力偏差与负荷偏差，γ₁及γ₂为相应偏差的权重系数，用以调整不同指标评价数值大小，实现不同的控制目标，得到优化关键参数

将基于变步长天牛须搜索算法寻优得到的关键参数带入式(14)，即得到最终的协调系统控制器。