基于仿射模糊模型的復雜熱工過程跟蹤控制方法研究.pdf

1、許多復雜非線性熱工過程被控對象都具有多變量耦合、時滯、參數變動等動態(tài)特性，傳統的PID控制方法在遇到工況大范圍快速變動時，閉環(huán)系統的控制效果往往較差，自適應能力較弱。而目前許多先進控制算法在熱工過程中的成功應用，都需要建立在被控對象較精確模型的基礎之上，其中保證閉環(huán)控制系統穩(wěn)定，是進行控制系統設計的必要前提。Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型具有良好的非線性逼近能力，模糊控制器是通過將每個局部控制器的輸出進行加權“聚合”而成，

2、從而系統在進行大范圍工況變動時，控制器的輸出能夠實現平滑無抖振，容易保證閉環(huán)系統的控制性能。
　　T-S模糊模型根據后件部分是否含有仿射項，可分為“仿射模糊模型”和“齊次模糊模型”兩大類。相較于常規(guī)的齊次模糊模型，仿射模糊模型由于仿射項的存在，可以表達更多的模型動態(tài)信息，因此可以更好地描述原非線性被控對象的特性。論文針對復雜非線性熱工對象的特點，基于被控對象的仿射模糊模型研究了保穩(wěn)定跟蹤控制器的設計方法，主要研究內容如下:

3、　　1、分別針對近似線性化和數據辨識兩種方法，探討了仿射模糊模型研究的意義。得出:當對非線性對象的數學機理模型進行近似線性化得到T-S模糊模型時，只有先將所有局部子模型都置于同一坐標基底下，才能通過隸屬度函數進行平滑連接，而此時在非坐標原點，即便是平衡點，模糊子模型中一般也是含有仿射項的。另外通過對一過熱汽溫系統的數據辨識得知，當采用相同辨識方法和模糊規(guī)則時，仿射模糊模型的精度要比齊次模糊模型的高。
　　針對目前連續(xù)/離散仿射模糊

4、模型穩(wěn)定性分析的兩種常見方法，即是否將模型后件部分中的仿射項處理進系數矩陣中，基于模糊Lyapunov函數進行自治系統的穩(wěn)定性分析。為減少穩(wěn)定性判據中線性矩陣不等式(LMIs)的個數，提出了“仿射最大交疊規(guī)則組”和“仿射有效規(guī)則組集”的概念，并通過算例對所得判據的保守性進行對比。其中，采用將仿射項擴增進系數矩陣的方法而得到的判據的保守性較強，不利于保穩(wěn)定控制器的設計。
　　2、針對非線性對象的離散仿射模糊模型，不采用將仿射項處理進

5、系數矩陣的方法，利用并行分配補償(PDC)技術設計保穩(wěn)定控制器?；谀：齃yapunov函數進行閉環(huán)控制系統的穩(wěn)定性分析，并引入S-procedure減小判據的保守性。得到的穩(wěn)定性判據是一系列雙線性矩陣不等式(BMIs)，借鑒迭代求解法的思想，提出了BMI方程的求解算法。
　　在此基礎上，針對大型發(fā)電機組在跟蹤電網AGC指令時，存在外部干擾因素較多會影響控制效果的問題，設計了一套H∞跟蹤控制系統。并將H∞跟蹤控制問題歸結于一個最優(yōu)

6、化問題的求解，在保證閉環(huán)系統穩(wěn)定的同時，達到對外部有界擾動的有效抑制，提出了相應的BMI求解算法。將設計的模糊跟蹤控制器用于機爐協調系統的目標值跟蹤，仿真結果表明:閉環(huán)控制系統能夠最終逼近設定目標值，但如果系統存在控制量的升降速率限制，那么在跟蹤過程中容易造成調節(jié)時間變長，超調量變大，控制閥門的動作幅度和頻率也變大，且不易通過調整控制器設計參數來改變控制效果，說明所得穩(wěn)定性判據的保守性相對較大。
　　3、針對火電機組運行過程中，因

7、機組用煤品質多變、設備老化磨損等原因，容易造成對象參數發(fā)生較大變動的問題，基于對象的仿射模糊不確定參數模型設計保穩(wěn)定跟蹤控制器。首先將一般的仿射模糊模型處理成廣義系統形式，然后基于廣義模糊Lyapunov函數進行閉環(huán)系統的穩(wěn)定性分析，并引入，-procedure來減小判據的保守性，得到了LMI形式的穩(wěn)定性判據，這樣就避免上述難以處理的BMI求解問題，從而可以直接利用LMI工具箱進行求解。在上述基礎上設計保穩(wěn)定保性能跟蹤控制器，選用了一類

8、能夠得到較弱保守性判據的跟蹤控制器形式，并對二次性能指標和模糊Lyapunov函數的形式進行改進，得到滿足跟蹤性能指標的閉環(huán)控制系統穩(wěn)定性判據。將上述跟蹤控制器設計方法用于Bell-(A)str(o)m機爐協調系統的AGC指令跟蹤過程中，仿真算例表明:可通過選取合適的跟蹤控制器增益來得到較好的跟蹤效果，穩(wěn)定性判據的保守性大大減弱。
　　4、針對控制過程中的執(zhí)行器約束問題，采用預測控制方法來進行處理。首先基于上述廣義系統方法，得到離