[发明专利]一种DSG槽式太阳能集热器出口蒸汽温度控制方法

摘要

本发明涉及一种DSG槽式太阳能集热器出口蒸汽温度控制方法，属于太阳能热利用领域。本方法把整个非线性工作空间划分为若干子空间，每个子空间采用一个精确的固定模型描述，针对这些子模型分别设计相应的子控制器；并设计一个切换器，用以选择与对象最为适配模型的相对应控制器的输出作为系统实际控制量。本方法具有响应速度快、无稳态偏差、系统输出波动小、降低模型失配影响的优点。

主权项

1.一种DSG槽式太阳能集热器出口蒸汽温度控制方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1，由先验知识得到典型工况参数变化范围，在典型工况参数变化范围内选取若干典型工作点，通过实验获得典型工作点的传递函数，建立各典型工作点的CARIMA模型：A(z^-1)Δy(t)＝B(z^-1)Δu(t-1)+C(z^-1)·w(t)其中，z^-1为后移算子，Δ＝1-z^-1表示差分算子，u(t)为喷水减温装置的开度，y(t)为集热器出口蒸汽温度，w(t)为互不相关的随机序列信号，A(z^-1)，B(z^-1)，C(z^-1)为关于z^-1的多项式；所述t为采样时间，t为正自然数；所述各CARIMA模型具有相同的结构，不同的参数；步骤2，分别为典型工作点的子模型建立受限增量广义预测控制器，具体包括如下步骤：步骤2-1，采用经典的二次函数作为预测控制的性能指标函数：J＝[Y-Y_R]^T[Y-Y_R]+λΔU^TΔU其中，Y＝[y(t+N₁)，L，y(t+N₂)]^T，ΔU＝[Δu(t)，L，Δu(t+Nu-1)]^T，Y_R＝[y_r(t+N₁)，L，y_r(t+N₂)]^T，yr(t)=y(t)yr(t+j)=α·yr(t+j-1)+(1-α)·ω,j=1,2,Λ,N2,]]>Y为CARIMA模型输出幅值的预测值，ΔU为t，t+1，Λ，t+N_u-1时刻的控制增量的预测值，Y_R为t+N₁，t+N₁+1，Λ，t+N₂时刻所述集热器出口蒸汽温度幅值的期望值，N₁和N₂分别为预测时域的初值和终值，Nu为控制时域，λ是控制加权系数；ω为输出设定值，α∈[0，1)为输出柔化系数，y(t)为t时刻的集热器出口蒸汽温度，y_r表示集热器出口蒸汽温度的参考轨迹；步骤2-2，引入丢番图方程，得到步骤2-1中所述J值最小时的预测控制律：ΔU＝(G^TG+λI)^-1G^T[Y_R-F·y^f(t)-H·Δu^f(t-1)]其中，G、F、H为由丢番图方程求解得到系数矩阵，y^f(t)＝y(t)/T(z^-1)，Δu^f(t)＝Δu(t)/T(z^-1)，T(z^-1)为选定的滤波器多项式；步骤3，整定各子控制器的参数，具体包括如下步骤：步骤3-1，选取最小预测时域N₁为集热器出口蒸汽温度的延迟时间，选取覆盖集热器出口蒸汽温度动态响应时间为最大预测时域N₂，步骤3-2，调节控制加权系数λ，控制时域Nu，输出柔化系数α使集热器出口蒸汽温度具有良好的动态性能；步骤4，设置约束条件，判别子控制器的输出是否满足约束条件；当子控制器的输出不满足约束条件时，启动基于二次规划的受限预测控制方法，重新计算子控制器的输出，具体实施如下：步骤4-1，设置三个约束条件：u_min≤u(t+j-1)≤u_max  j＝1，2，Λ，N_u；Δu_min≤Δu(t+j-1)≤Δu_max  j＝1，2，Λ，N_u；y_min≤y(t+j)≤y_max  j＝N₁，N₁+1，Λ，N₂；综合三个约束条件得到总约束条件：AA·ΔU≤BB；其中，u_max、u_min是控制量的上、下限幅值，Δu_max、Δu_min是控制增量Δu(t)的上、下限值，y_max、y_min分别为输出幅值的上、下限值，AA=I-IL-LG-G,]]>BB=ΔUmax-ΔUminUmax-UminYmax-F·yf(t)-H·Δuf(t-1)-Ymin+F·yf(t)+H·Δuf(t-1),]]>Nu×Nu维下三角矩阵L=10Λ0110MMOOM1111]]>U_max＝[u_max-u(t-1)，Λ，u_max-u(t-1)]^T，U_min＝[u_min-u(t-1)，Λ，u_min-u(t-1)]^T，ΔU_max＝[Δu_max，Λ，Δu_max]^T，ΔU_min＝[Δu_min，Λ，Δu_min]^T，Y_max＝[y_max，Λ，y_max]^T，Y_min＝[y_min，Λ，y_min]^T；步骤4-2，利用广义预测控制方法计算各子控制器的控制作用，当所得控制作用同时满足步骤4-1所述的总约束条件时，进入步骤5，否则，进入步骤4-3；步骤4-3，结合二次规划标准式，启动基于二次规划的受限预测控制方法，在总约束条件下计算控制作用的最优解；步骤5，采用具有平滑滤波作用的输入增量加权控制律计算控制器输出，计算控制器输出的表达式如下：Δu(t)=Σj=1Nuη(j)Δu(t|t-j+1)/Σj=1Nuη(j)]]>其中，Δu(t|t-j+1)为系统在t-j+1时刻对t时刻控制增量的估计值；η(j)为加权系数；步骤6，利用各CARIMA模型传递函数计算各子模型输出，采用模糊推理的隶属度概念来评判CARIMA模型的匹配程度，从而选择配适的模型和相应的控制器，具体实施如下：步骤6-1，采集集热器出口温度y，并利用各CARIMA模型传递函数计算各CARIMA模型输出y_i，i为CARIMA模型标号，i＝1，2，L，n，n为CARIMA模型个数；步骤6-2，将所得各CARIMA模型的输出带入高斯隶属度函数μi2(y)=exp(-12(y-yi)2/σ2)]]>得到μ_i²(y)，σ²为各个CARIMA模型输出的方差；步骤6-3，将μ_i(y)分别带入记k＝arg max[v_i(y)]，k为最接近系统输出的子模型的编号，切换器选用k代表的CARIMA模型以及子控制器模拟和控制整个集热器出口蒸汽温度，v_i表示第i个CARIMA模型的输出占所有CARIMA模型输出的权重；步骤7，到达下一采样时间，返回步骤4-2。