具有对负荷变化前馈补偿的过热汽温系统预测函数控制

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第!"卷第!期

计算机仿真

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具有对负荷变化前馈补偿的过热汽温

系统预测函数控制

王国玉，王东风，韩璞，翟永杰，周黎辉

（华北电力大学动力工程系，河北保定"+#""&）

摘要：提出了具有对负荷变化前馈补偿的过热汽温系统预测函数控制策略，控制算法简单，易于工程实现，具有很高的实际应用价值。仿真结果表明，采用该新型控制策略的系统的动态品质明显优于采用,-.串级控制策略的系统，而且系统克服负荷扰动的能力比采用,-.串级控制策略和未加对负荷变化前馈补偿的,/0$,-.串级控制策略的系统有了明显的提高。关键词：预测函数控制；过热汽温控制系统；前馈补偿；最小二乘拟合中图分类号：1,!+&

文献标识码：2

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引言

#(+*年，3456789:等首次详细阐述了建立在脉冲响应基

础上的模型预测启发控制（;,<0）或称模型算法控制

（;20）［!］产生的动因、机理及在工业过程中的应用。0=8:9>

于#(*"年提出了建立在阶跃响应基础上的动态矩阵控制

（.;0）［&］。*"年代初，随着对自适应控制的深入研究发展起

来一类新的基于参数模型的预测控制算法，其中最具代表性的是087>?9的广义预测控制（@,0）。

预测函数控制（,/0）［%，’］

是第三代模型预测控制算法，它

是由3456789:和A=B:C9等人在*"年代中后期提出，并成功地应用于工业机器人的快速高精度控制。,/0把控制输入的结构视为关键问题，可以克服其他模型预测控制可能出现规律不明的控制输入问题，同时具有良好的跟踪能力及较强的鲁棒性。

火电厂锅炉过热汽温对火电厂安全经济运行有着重要影响，通常要求它保持在D %E 范围内。而汽温调节过程是典型的大时延热工过程，由于大时延的存在，使过程可控指数很低，受控对象为多容、大惯性系统，受控系统存在严重的非线性和时变特性，且影响汽温变化的扰动因素很多，如蒸汽负荷、烟气温度和流速、火焰中心位置、减温水量、给水温度等，这就给汽温调节带来很大的困难。采用常规的,-.串级控制策略，大都难以取得良好的控制效果。本文将,/0应用到过热汽温控制系统，并考虑负荷变化对过热汽温的影响，将蒸汽流量信号引入到,/0的预测模型中，提出了具有对负荷变化前馈补偿的过热汽温系统预测函数控制策略，仿真结果表明，采用该新型控制策略的系统的动态品质明显优于采用,-.串级控制策略的系统，而且系统克服负荷扰动的能力比采用,-.串级控制策略和未加对负荷变化前馈补偿的,/0$,-.串级控制策略的系统有了明显的提高。

"预测函数控制的基本原理

预测函数控制是第三代预测控制算法，仍属于预测控制

的范畴，因此它具有预测控制的三个基本特征：预测模型，滚动优化和反馈校正。"#!

预测模型

预测控制的预测模型输出!"（#）由两部分组成，一部分为模型自由响应输出!#（#），它仅仅依赖于过去时刻的控制量及输出量，与当前时刻及将来的控制量无关。

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（&（#））（#）

其中，&（#）为#时刻已知的信息，%是对象预测模型的数学表达式，可以取线性差分方程、卷积公式等不同形式。另一部分为模型函数输出!’（#），它是当前时刻起加入控制作用后新增加的模型响应。与其他的预测控制不同，预测函数控制认为控制输入的结构是确保控制性能的关键。在预测函数控制中，新加入的控制作用被表示为若干已知函数’(（($#，!，

)）的线性组合*

（#+,）$")

($#

"(’(（

,），,$"，!，

-.#（!）

其中，’(（($#，!，)）称为基函数，’(（,）

表示基函数在/$,01时的值，01为采样周期，-为预测优化时域长度，"(为线性组合系数。基函数的选择取决于受控对象和设定值的特性，例如可取阶跃、斜坡、指数函数等。

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")

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"(2(（

,），,$#，!，

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其中，2(（,）为在’(（,）作用下的模型输出，可以离线计算出。因此，模型输出

!"（#）$!#（#）+!’（#）

（)）

"#"

滚动优化

预测函数控制的参考轨迹可以取多种形式，对于一个稳

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