[发明专利]基于多变量PID-PFC的锅炉燃烧系统控制方法

摘要

本发明公开了基于多变量PID‑PFC的锅炉燃烧系统控制方法，本发明将多变量PID和预测函数控制相结合，得到一种可应用于多输入多输出系统的新型控制方法，将该方法引入到锅炉燃烧控制系统中来替代传统的PID控制器，提供一种新型的控制策略。本方法克服了传统PID控制器存在的跟踪性能差、超调量大、受干扰后速降大的缺点，同时本方法相对传统PFC控制，克服了其稳态误差大和多个基函数造成的计算量大的不足。本方法不仅能够在锅炉燃烧系统稳态运行中提高系统运行效率，也可以在进行效率优化的同时提高系统的响应速度，使得锅炉燃烧系统在整个运行过程中都能兼顾效率与响应性能。在实际应用上，本发明针对锅炉燃烧系统提供了一种新型有效的控制策略。

主权项

1.基于多变量PID‑PFC的锅炉燃烧系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将基于锅炉燃烧系统的数学模型转化为状态空间方程，得出系数矩阵Am、Bm、Cm；步骤2、根据下式计算控制量向量u(n)：u(n)＝(Rp+Ri+Rd)Tfn(0)其中：Rp＝(KiGTQG+fTRf)‑1(Kp+Ki+Kd)DTQGRi＝(KiGTQG+fTRf)‑1(‑Kp‑2Kd)(q‑1DTQG)Rd＝(KiGTQG+fTRf)‑1Kd(q‑2DTQG)f＝[fn1(0),fn2(0),…,fnJ(0)]TGnj(i)＝CmAmi‑1Bmfnj(0)+CmAmi‑2Bmfnj(1)+…+CmBmfnj(i‑1)其中，上标T是矩阵转置，fn(0)表示基函数在时间为0时的值，Kp、Ki、Kd分别为广义比例项系数、积分项系数和微分项系数；fnj(i)为选定的基函数，i是整数且1≤i≤ns，f为基函数的值构成的矩阵，j为1到J之间整数，J是基函数的阶数；Q和R分别表示误差加权矩阵和控制加权矩阵；q‑1和q‑2为延时算子；ns为优化时域拟合点的个数，hi为第i个拟合点上的数值；yP(n)为当前时刻该锅炉燃烧系统的三个输出量构成的向量，三个输出量分别为：主蒸汽压力、氧含量和炉膛负压；C(n)为工程中设定的该锅炉燃烧系统的三个输出量构成的向量，三个输出量分别为主蒸汽压力、氧含量和炉膛负压；To是采样时间，Tr是参考轨迹的期望响应时间，I是单位矩阵，xm(n)是第n时刻模型状态值；步骤3、将控制量u(n)以可执行文件的形式加载到DSP的RAM中，DSP的CAP口捕获单元读取位置信号，控制量经过多变量PID‑PFC控制器后得到锅炉燃烧系统的三个输出量的实际值，这三个输出量分别为：主蒸汽压力、氧含量和炉膛负压；将这三个输出量的实际值与预设的这三个输出量的参考值进行比较得到偏差，通过其偏差反馈调整控制量，从而控制锅炉燃烧系统的运行。