[发明专利]一种基于预测算法的串级主蒸汽温度控制系统及其方法

权利要求书

1.一种基于预测算法的串级主蒸汽温度控制系统，其特征在于，包括主预测控制器、副预测控制器和被控对象，其中被控对象包括导前区和惰性区；

主预测控制器的输入端连接主蒸汽温度指令接收模块和主蒸汽温度测量模块，副预测控制器的输入端分别连接主预测控制器的输出端和导前汽温测量模块，副预测控制器的输出端连接导前区，导前区的输出端分别连接惰性区和导前汽温测量模块的输入端，且经导前汽温测量模块连接至副预测控制器，形成副预测控制器回路，惰性区的输出端经主蒸汽温度测量模块连接至主预测控制器，形成主预测控制器回路；

主预测控制器接收主蒸汽温度指令接收模块的信号指令以及主蒸汽温度测量模块所输出的测量数据后，基于状态空间模型预测算法后输出导前汽温操作变量至副预测控制器；

副预测控制器接收主预测控制器输出的导前汽温操作变量以及导前汽温测量模块所输出的测量数据后，基于状态空间模型预测算法后输出喷水减温执行值至导前区。

2.根据权利要求1所述的一种基于预测算法的串级主蒸汽温度控制系统，其特征在于，主蒸汽温度指令接收模块所接收的指令信号为主蒸汽温度给定值，主蒸汽温度测量模块所输出的测量数据为主蒸汽温度测量值。

3.根据权利要求1所述的一种基于预测算法的串级主蒸汽温度控制系统，其特征在于，导前汽温测量模块所输出的测量数据为导前汽温测量值。

4.根据权利要求1所述的一种基于预测算法的串级主蒸汽温度控制系统，其特征在于，主预测控制器和副预测控制器中基于状态空间模型预测算法，具体包括如下步骤：

状态空间模型预测；

滚动优化。

5.根据权利要求4所述的一种基于预测算法的串级主蒸汽温度控制系统，其特征在于，状态空间模型预测为被控对象经过线性化、无量纲化的基础上对于下一时刻输出值进行预测，线性化、无量纲化后的预测模型应具有如下线性离散时间系统的状态空间形式：

x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)；

y(k)＝Cx(k)；

其中，x(k)为状态变量；u(k)为控制输入变量；y(k)为被控变量输出；A为系统矩阵；B为输入矩阵；C为输出矩阵；

输入、输出无量纲化采用的无量纲因子取为1；

主预测控制器和副预测控制器的预测模型在如下导前区与惰性区模型设计得出：

其中，G₁(s)为被控对象导前汽温的传递函数；G₁(s)为被控对象主蒸汽温度的传递函数；s为复频率。

6.根据权利要求4所述的一种基于预测算法的串级主蒸汽温度控制系统，其特征在于，滚动优化为：

串级预测控制下，主控制器的目标函数为：

其中，J为目标函数；Γ_θy1,i为往后第i个时刻预测的主蒸汽温度控制偏差的加权因子；Γ_θu1,i为往后第i个时刻预测控制增量的加权因子；θ_c1(k+i|k)为主蒸汽温度预测值；k+i|k为k时刻对k+i时刻的预测；θ_r1(k+i)为k+i时刻的主蒸汽温度给定值；Δθ₂(k+i-1)为k+i-1时刻的导前汽温给定值的变化量；

副控制器的目标函数为：

其中，J为目标函数；Γ_θy2,i为往后第i个时刻预测的导前汽温控制偏差的加权因子；Γ_θu2,i为往后第i个时刻预测控制增量的加权因子；θ_c2(k+i|k)为导前汽温预测值；k+i|k为k时刻对k+i时刻的预测；θ₂(k+i)为k+i时刻的导前汽温给定值，即由主控制器输出决定；ΔW_b(k+i-1)为k+i-1时刻的减温水变化量。