《大型直流锅炉机组预测控制方法应用研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
．％／：，ｉ，—＇巧；ｔ；’＇ｌ．。．ｔ—Ｖ：‘＇■－也＇．４；ＴＰ２７３；，：：单位代码：１〇４２２号分类号：：双滅猪一巧＇—２〇１引３０２６密级ｆ：公开．学号：片啼’．灵＇ｒ－＊？■－，坊＇、？’－＇－‘－．為異夺：，＿：＇．．＇巧专巧八化顯囑．硕±学位论文《－－’－…气Ｔｈ、；ｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒＤｅｇｒｅｅ；：达＾＾‘讀’巧（专业学位）弯貧乃‘ｉｆｃｆｃ题目：大型直流锅炉机组预测控制方法应用研究，■；Ｉ＼‘ＴｈｅＬａｒｅｎｃｅ－ｔＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＯｈｒｏｕｈＢｏｉｌｅｒＭｏｄｅｌｒｇｇ占＇＂，，Ｕ１＇■，ｙ；请ＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅＣｏｎｔｒｏｌＡｌｇｏｒｉｔｈｍ；＊，．？？？，，？？．■．ｒ？Ｖ．：．＜４一＇一‘．．．寺＇＇－Ｖ，与ｙ，＇＇看是＾，＼每言扭苗ｊ，缔—六。＾與：个＾；作者姓名王会卿＼＾＇＾ｔ％培养单位控制科学与ｖ工程学院０＊Ｔ＇．．■，■，■■■■—：业＾Ｖ专名称控制工程—ｋ—．ｉ＇Ｖ：—＇聲疋指导教师刘红波教授ｙ７Ａ听＿皆皆合作导师＾＞，＇—．－．至巧１＿龄．‘―－；．．－；．辨产－輯去：ＶＫ：若护马’＾ｒ．’２０巧１６．年５月曰．義觀；苗才Ｙ編－－■‘ｊｆ＇．：．．，＼－Ｖ：Ｖ．＇■．ｓ？＊■守．ｒ、‘■，．扛．■？？－？广．－电．－－－＾、－－地＇■－＾－－：〇＼４：ｉ：．．；：、占－一＇－＇＇一己亏ｒ：中； 分类号：胖巧３单位代码：１０４２２密级：公开学号：２０１２１３０２６ｍ山ｔｉ、ｉ硕±学位论文论文题目：大型直流锅炉机组预测控货騰应用研究ＴｈｅＯｎｃｅ－化ｒｏｕＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＬａｒｇｅｇｈＢｏ化ｒＭｏｄｅｌＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅＣｏｎｔｒｏｌＡｌｏｒｉｔｈｍｇ作者巧名王会卿王会１巧学院名務控制科学与工程学院专业名称控制工程指导教师刘红波教授皮合作导师２０巧年５月１６日 原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。ｆ日期、Ｕ论文作者签名：＾＾徊：２＾盼Ｓ关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。（保密论文在解密后应遵守此规定）Ｌ如论文作者签名；至会银Ｐ导师镶名：拖期；名起 山东大学硕±学位论文目录喊ＩＣＯＮＴＥＮＴＶ巧要ＩＸＡＢＳＴＲＡＣＴＸＩ一章織第１１．１课题背景及意义１１．２预测控制的应用研究现状２１．２．１预测控制发展现状２１．２．２预测控制在大型直流锅炉控制系统的应用研究现状４１．３本文主要工作５第二章大型直流巧炉机组拴制《统脱７２．１大型直流锅炉工作原理７２．２超８（超）临界直流锅炉机组协调控制系统２．２．１超超临界直流锅炉单元机组协调控制系统８（）２．２．２超（超）临界直流锅炉机組协调控制系统模型１０２．２．３超超）临界直流锅炉机組协调控制策略１１（２．３大型直流锅炉主巧湿度控制系统１２２．３．１影响主汽温度的因素１２２．３．２主汽温度控系统模型１３２．３．３主汽温度控制策略１４２．４本章小结１７第呈章直流巧炉ｍ巧ＳＯ《统有約束预测拴制１９３．１预测控制方法基本原理１９３．２ＳＩＳＯ系统预测控制算法２０３．２．１ＳＩＳ０系统模型２１３．２．２ＳＩＳＯ系统预测控制算法原理２２３．２．３基于拉盖尔函数的预测控制算法２７Ｉ 山东大学硕±学位论文３．３基于拉盖尔函数的预测控制算法实现及参数整定３６３．３．１算法设计步骤％３３２３８．．参数整定方法３．４仿真研巧３９３．４．１给水流量控制主汽温度方案概述３９３．４．２大型直流锅炉机组单变量系统模型３９３．４．３预测控制与常规ＰＩＤ方法仿真４１３４３．４．４抗干扰性能３．４．５基于拉盖尔函数的有约束预测控制仿真４４６３．５本章小结４巧四章大型直流巧炉的ＭＩＭＯ有钓束预抑拴制４７４．１多变量模型预测控制算法４７４丄１ＭＩＭＯ系统模型４７４．１．２ＭＩＭＯ系统预测控制算法４９４．２基于拉盖尔函数的多变量模型预测控制的设计５０４．２．１基于拉盖尔函数的ＤＭＰＧ扩展到ＭＩＭＯ系统５０４．２．２采用拉盖尔函数的多变量有约束模型预测控制５３４５４．３基于拉盖尔函数的预测控制算法的实现及参数整定４．３．１算法设计步骤５４４．３．２参数整定方法５６４．４仿真研巧５６４．４．１大型直流锅炉机沮多变量系统模型％４．４．２预测控制与常规Ｐ５９ＩＤ方法仿真４．４．３抗干扰性能比较．６０４．４．４ＭＩＭＯ系统有约束预测控制仿真６１４．５本章小结６２第五章应用软件包做与开发份５．１概述６３５６３．２软件框架ＩＩ 山东大学硕±学位论文５．３软件的特点和功能６５５．４软件应用实例６５５．５本章小结６６第六章结与巧望６７６．１工作总结６７６．２研巧展望６８＃＃文狀６９績７３ＩＩＩ 山东大学硕±学位论文ＣＯＮＴＥＮＴＣｈｉｎｅｓｅＣｏｎｔｅｎｔ．ＩＣＯＮＴＥＮＴＶＣｈｉｎｅｓｅＡｂｓｔｒａｃｔＩＸＡＢＳＴＲＡＣＴＸＩＣｈａｔｅｒ１Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ１ｐ１．１Ｂａｃｋｒｏｕｎｄａｎｄｍｏｔｉｖａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈ１ｇ１．２Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｅｒｄｉｃｔｃｏｎｔｒｏｌ２ｐ１．２．１Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｅｒｄｉｃｔｃｏｎｔｒｏｌ２ｐ＊１．２．２ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｅｓｅａｒｃｈｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｅｒｄｉｃｔｃｏｎｔｒｏｌｉｎｌａｒｅｐｇＤＣｂｏｉｌｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ４１．３Ｍａｉｎｏｂｏｆｔｈｉｓａｅｒ５ｊｐｐＣｈａｐｔｅｒ２ＯｖｅｒｖｉｅｗｏｆｌａｒｇｅＤＣｂｏｉｌｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｓｔｅｍ７ｙ．ｔｉｎｒｎｃｌｅｆｒｅｂｅｒｓｍ２１ＯｐｅｒａｇｉｉｏｌａＤＣｏｉｌｓｔｅ．７ｐｐｇｙ２－．２ＣｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｕｌｔｒａｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＤＣｂｏｉｌｅｒｕｎｉｔ．．．．８２ｌｔｅｒ－ｉｔ．２．１ＣｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｕｒａｓｕｐｃｒｉｔｉｃａｌＤＣｂｏｉｌｅｒｕｎ８ｒｏ－２ｌｍｏｄｅｌｏｆｈｅｕｌｒａｓｕｅｒｃｒｉｃａｂｏｉｌｅｕｎｉ．２．２ＣｏｎｔｔｔｐｔｉｌＤＣｒｔ１０２２３Ｃｏｎ－ｔｒｏｌｓｔｔｔｈｌｔｒｃｒｉｔｉｃａｌＤＣｉｌｅｒｉｔ１１．．ｒａｅｇｙｏｆｅｕｒａｓｕｅｂｏｕｎｐ２．３ＴｈｅｍａｉｎｓｔｅａｍｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｌａｒｇｅＤＣｂｏｉｌｅｒ１２ｐ２．３．１Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃ化ｒｓｏｆｔｈｅｍａｉｎｓ化ａｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ１２２．３．２Ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｍａｉｎｓｔｅａｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ１３２．３．３Ｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆ化ｅｍａｉｎｓｔｅａｍｔｅｍｅｒａｔｕｒｅ１４ｐ２ｓｉｔｉ．４Ｃｏｎｃｌｕｏｎｓ１７Ｃｈａｔｅｒ－ｐ３ＬａｒｇｅｏｎｃｅｔｈｒｏｕｇｈｂｏｉｌｅｒＳＩＳＯｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄｍｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ１９３．１Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｏｆｒｅｄｉｃｔｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄ１９ｐ３ｉｎｌｅｖａｒｉａｂｌｅｌｒｅｄｉｃｔｃｏｎｒｏｌａｌｏｒｉｈｍ２０．２Ｓｇｍｏｄｅｔｔｐｇ３．２．１ＳＩＳＯｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌ２１Ｖ 山东大学硕古学位论文３．２．２ＳＩＳＯｓｙｓｔｅｍｒｅｄｉｃｔｃｏｎｔｒｏｌａｌｏｒｉｔｈｍ２２ｐｇ３．２．３Ｐｒｅ出ｃｔｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎＬａｇｕｅｒｒｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓ２７３．３ＩｍｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎＬａｇｕｅｒｒｅｐｆｌｍｃｔｉｏｎｓａｎｄａｒａｍｅｔｅｒｔｕｎｉｎ３６ｐｇ３．３．１Ａｌｏｒｉｔｈｍｄｅｓｉｎｓｔｅｓ３６ｇｇｐ３．３．２Ｐａｒａｍｅｔｅｒｔｕｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄ３８３．４Ｓｉｍｕｌｉｎｋｒｅｓｅａｒｃｈ３９３．４．１Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｆｏｒｌａｎｔｏｔｈｅｍａｉｎｓｔｅａｍｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｅｄｂｐｐｙｗａｔｅｒｆｌｏｗ３９３．４．２ＭｏｄｅｌｏｆｌａｒｇｅＤＣｂｏｉｌｅｒＳＩＳＯｃｏｎｔｒｏｌｓｓｔｅｍ．．．＂３９ｙ３Ａ３ＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｎｏｒｍａｌＰＩＤｓｉｍｕｌｉｎｋ４１３－ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｅｒｆｏｒｍｅｎｃｅ．４．４Ａｎｔｉ４３ｐ３Ａ５ＳＩＳＯｓｓｔｅｍｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ４４ｙｐ３．５Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ４６ｎｃｅ－ｒｏｕｏｅｒｓｓＣｈａｐ化ｒ４ＬａｒｅｏｔｈｇｈｂｉｌＭＩＭＯｙｔｅｍｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄｍｏｄｅｌｇｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ４７４－ｌｅｍｅｌｒｅｄｉｃｔｃｏｎｒｏｌａｌｏｒｉｈｍ．１Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｂｏｄｔｔ４７ｐｇ４．１．１ＭＩＭＯｓｓｔｅｍｍｏｄｅｌ４７ｙｒｅｄｉｃｃｏｎｌａｌｏｒｉｈｍｏｆＭｓｔｅｍ４．１．２ＰｔｔｒｏｇｔＩＭＯｓｙ４９４－ｔ．２ＤｅｓｉｇｎｏｆｄｉｓｃｒｅｔｅｍｕｌｔｉｖａｒｉａｂｌｅｍｏｄｅｌｒｅｄｉｃｔｃｏｎｒｏｌｂａｓｅｄｐｏｎＬａｇｕｅｒｒｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓ５０４．２．１ＬａｇｕｅｒｒｅｆｔｉｎｃｔｉｏｎａｄｏｐｔｅｄＤＭＰＣｅｘｔｅｎｄｓｔｏＭＩＭＯｓｙｓｔｅｍ…５０４．２．２Ｌａｕｅｒｒｅｆｔｍｃｔｉｏｎａｄｏｔｅｄｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄｍｏｄｅｌｒｅｄｉｃｔｃｏｎｔｒｏｌ．．５３ｇｐｐ４．３Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏ打ｏｆＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎＬａｇｕｅｒｒｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｎｄａｒａｍｅｔｅｒｔｕｎｉｎ５４ｐｇ４．３．１Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｄｅｓｉｇｎｓｔｅｐｓ５４４．３．２Ｐａｒａｍｅｔｅｒｔｕｎｉｎｍｅｔｈｏｄ５６ｇ４．４ＳｉｍｕｌｉｎｋＲｅａｓｅｒｃｈ５６４ｌｏｆａｒ．４．１ＭｏｄｅｌｇｅＤＣｂｏｉｌｅｒＭＩＭＯｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ５６ＶＩ 山东大学硕±学位论文４．４．２ＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｎｏｒｍａｌＰＩＤｓｉｍｕｌｉｎｋ５９４－．４．３Ａｎｔｉｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｅｒｆｏｒｍｅｎｃｅ６０ｐ４．４．４ＭＩＭＯｓｙｓ化ｍｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ６１４．５Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ６２Ｃｈａｐｔｅｒ５Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅ凸ｔｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅ６３５．１Ｏｖｅｒｖｉｅｗ６３５．２Ｓｏｆｔｗａｒｅｆｒａｍｅｗｏｒｋ６３５．３Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅ６５５．４Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅ６５５．５Ｓｕｍｍａｒｙ６６Ｃｈａｐｔｅｒ６ＳｕｍｍａｒｙａｎｄＯｕｔｌｏｏｋ６７６．１Ｗｏｒｋｓｕｍｍａｒｙ６７６２Ｒｅｓｅａｒｃｈｒｏｓｅｃｔ．６８ｐｐＲｅｆｅｒｅｎｃｅｓ６９Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｅｍｅｎｔｓｇ７３ＶＩＩ 山东大学硕±学位论文摘要随着工业化程度及城镇化程度的不断提高，消费结构的不断升级，我国的能源需求量不断増长。然而我国的资源供给得不到保障、环境容纳能力较小成为了制约我国经济发展的重要因素。与此同时，能源问题与环境间题已成为当今世界被广泛关注的主要问题。如何能在全球范围内绿色经济、低碳技术蓬勃发展的时代抢占未来发展的先机需要依靠先进的科学技术。大型超（超）临界直流锅炉机组是国家重要的工业基础设施，其安全、离效、可靠的运行，对保障能源供应具有关键作用。超（超）临界机组的效率与同容量其它参数火电机組相比较有明显的提高。因此，进行超超临界机组先进控制技术的研究是我国电力工（）业发展的必然选择。预测控制主要应用计算机平台进行设计，近几十年来发展比较迅速，成为一种比较新型的控制方法了。应用预测控制技术进行设计时不必特别依赖对象的模型就能达到很好的综合控制效果，使得其被大范围地应用于实际过程控制领域。多年来预测控制在复杂工业过程中取得了巨大的成功，具有优化需求的控制问题和复杂约束优化按制的问题都可Ｗ采用预测控制方法。本文Ｗ超（超临界大型直流锅炉机组先进控制为背景，通过分析其给水流量）口温一对过热器出度的影响，将主汽温串级控制系统简化成个单回路控制系统，利用基于拉盖尔函数的新型预测控制算法，研究提出了适用于大型直流锅炉机组的单变量有约束预测控制方案，即通过最小化某成本函数使未来控制信号差分Ａｍ（Ａ）序列最优化，成本函数的选择是基于预测输出信号与设定点信号的偏差一最小化。在算法实现过程中利用组离散拉盖尔函数近似描述未来控制轨迹ＡＣ／，这样只需要很少的描述参数就可Ｗ得到满意的控制轨迹，计算过程简单，编程方便，算法更容易实现。一些参数进行整定基于拉盖尔函数的预测控制算法实现过程中需要对，包括拉盖尔参数（ａ，Ｎ、状态变量权重矩阵Ｑ、输入变量权重矩阵Ｒ、预测时域ｉＶ）ｐ等，本文第Ｈ章介绍了这些参数的整定方法，在参数整定的过程中需要与离散时间线性二次调节器（ＤＬＱ巧得出的系统闭环极点进行比较来获得最优的拉盖尔参数ａ和Ｎ。实际系统在运行过程中会受到各种因素的影响产生很多约束条件，氏 山东大学硕古学位论文本文在预测控制框架下利用二次规划法对系统进行了有约束预测控制。基于拉盖尔函数的预测控制算法使用的是离散时间状态空间矩阵模型，因此很容易将单变量预测控制方法推广到多变量预测控制。本文给出了大型直流锅炉机组的燃水比控制中间点温度和主蒸汽压力的双输入一一双输出有约束预测控制方案，对其参数进行了整定，结果进行了仿真，并且与常规ＰＩＤ控制方法的结果进行了比较，验证了所提出的控制方案的有效性。最后为了方便后的使用，基于ＰＣ平台开发了基于ＭＡＴＬＡＢ的多变量预测控制软件包，主要模块包括：数据采集模块、模型辨识模块、模型预测模块、参数整定模挟、数据输入模块、系统仿真模块、实时控制模块。此软件包对系，，可统的硬件配置要求不是很离具有很强的适应性和灵活性１＾１满足不同的用户需求，可Ｗ对多变量控制系统进行预测控制仿真，减少参数的调节时间，提高系统的控制性能。关巧词！大型直流锅炉；预测巧制算法：有约束预测控制；拉盖尔函数；Ｘ 山东大学硕古学位论文ＡＢＳＴＲＡＣＴＢｅａｃｃｏｍｐａｎｉｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｕｒｂａｎｉｚａｔｉｏｎｉｎｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙａｎｄｔｈｅｅｓｃａｌａｔｉｎｇｏｆｔｈｅｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏ打ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｈｅ，ｄｅｍａｎｄｆｏｒｅｎｅｒｇｙｉｓｒｏｗｉ打ｉｒｅｃｅｎｔｌ．Ｓｏｔｈｅｏｏｒｌｅ打ｅｒＫｓｅｒｖｅｓａｎｄｔｈｅｗｅａｋｇｇｙｐｙｇｙｅｎｖｒｌｃａａｃｂｅｃｏｍｅｈｅｍｏｉｍｏｒｔａｎｔｆａｃｔｏｒｗｈｉｃｈｌｉｍｉｔｓｔｈｅｉｏｎｍｅｎｔａｐｉｔｙｔｓｔｐｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｓｅｅｄｏｆｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙ．Ｔｈｅａｄｖａｎｃｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｒｅｎｅｅｄｅｄｔｏｅｔｔｈｅｐｐｇ打ｒｓｔｃｈａｎｃｅｄｕｒｉｎｇｂｏｏｍｉｎｇｔｉｍｅｏｆｔｈｅｇｌｏｂａｌｇｒｅｅｎｅｃｏｎｏｍｙａｎｄｌｏｗｃａｒｂｏｎｃｈｎｏｏｅｕｒａｓｕｅｒ－ｃｒｃａｌｕｎｉｈｅｎａ化ｌｇｙ．Ｔｈｌｔｐｉｌｉｔｉｓｔｔｉｏｎａｌｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｉｔｒｕｎｓｉｎａｓａｆｅ，ｅｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅｗｉｌｌｌａａｋｅｙｒｏｌｅｉｎｐｙｔｅｎｓｕｒｉｎｇｅｎｅｒｇｙｓｕｐｐｌｙ．Ｃｏｍｐａｒｅｗｉｔｈｏｔｈｅｒｔｈｅｒｍａｌｐｏｗｅｒｕｎｈｓｗｉｈｔｈｅｓａｍｅａｃｅｅｃｅｎｃｏｆｅｕｒａｓｕｅｒ－ｃｒｃａｒｏｖｅｓｏｂｖｃａｐｉｔｔｈｆｆｉｉｔｈｌｔｉｔｉｌｕｎｉｔｉｍｉｏｕｓｌ．ｙ，ｙｐｐｙＴｈｅｒｅｆｏｒｅｉｔｗｏｕｌｄｂｅ化ｅｉｎｅｖｉｔａｂｌｅｃｈｏｉｃｅ化ｓｔｕｄ化ｅａｄｖａｎｃｅｄｃｏｎｔｒｏｌ化ｃｈｎｏｌｏ，ｙｇｙｏｆ－ｔｈｅｕｌｔｒａｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｕｎｉｔ．Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｉｓａｎｅｗｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｒｅｌａｔｉｖｅｌｙａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｓｒａｐｉｄｌｙｉｎｒｅｃｅｎｔｄｅｃａｄｅｓ．＂ｃａｎｅｔｏｏｄｅｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｗｉ化ｏｕｔｕｓｉｎ化ｅｏｂｅｃｔｍｏｄｅｌｗｈｉｃｈｇｇｇｊｍａｋｅｓｉｔｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｂａｃｔｕａｌｒｏｃｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｆｉｅｌｄ．ＩｔｈａｓｏｔａｈｕｇｅｓｕｃｃｅｓｓｙｐｇＫｃｅｎｔｌｙａｎｄｃａｎｂｅｕｓｅｄ化ｓｏｌｖｅｃｏｎｔｒｏｌｒｏｂｌｅｍｓｗｉ也ｏｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｍａｎｄｓａｎｄｐｐｃｏｍｈｃａｔｅｄｃｏｎｓｔｒａｉｎｓ．ｐｎｃｅｄｃｏｎ－Ｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｗｅｕｓｅｔｈｅａｄｖａｔｒｏｌｏｆｕｌｔｒａｓｕｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｌａｒｅ，ｐｇｏｎｃｅ－ｈｒｏｕｈｂｏｉｌｅｒｕｎｎａｔｇｉｔａｓ化ｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ．Ａｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｉｏｎａｌｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ－ｒｅｏｎｃｅ－ｈｒｏｕｈｂｏｉｎｆｒａｓｔｒｔｕｒｅｔｈｅｕｎｉｔｃａａｃｉｔｏｆｔｈｅｕｌｔｒａｓｕｅｒｃｒｉｌｅｒｕｃｉ巧ｃａｌｌａｔｉ，ｐｙｐｇｇ－ｕｎｉｔｈａｓａｌｒｅａｄｙｉｍｐｒｏｖｅｄ化１ＤＯＯＭＷ．Ａｎｄｔｈｅｕｌｔｒａｓｕｐｅｒｃｒｉｄｃａｌｌａｒｇｅｏｎｃｅ－ｏｕｒｕｎｓ泣ｓｌｅｖａｒａｂｌｅＣＯ打ｏｌｔｈｒｇｈｂｏＵｅｉｔｉｆａｔｍｕｌｔｉｐｉｔｒｌｅｄｓｙｓ化ｍｗｉｔｈｈｉｇｈｔｅｍｅｒａｔｕｒｅａｎｄｒｅｓｓｕｒｅ．Ｔｈｅｃｏｕｌｉｎｏｆ化ｅｒｏｃｅｓｓｉｓｅｘｔｒｅｍｅｌｙｃｌｏｓｅｄ．Ｓｏｔｈｅｐｐｐｇｐｃｏｎｒｏ－－ｔｌｓｙｓｔｅｍｏｆｕｌｔｒａｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｌａｒｇｅｏｎｃｅｔｈｒｏｕｇｈｂｏＵｅｒｕｎｉｔｉｓ过ｔｙｐｉｃａｌ－ｃｏｕｓｙｓｔｅｍｏｆｍｕｌｔｉｌｅｉｎｕｔｍｕｌｔｉｌｅｏｕｔｕｔ打ｏｎｌｉｎｅａｒｓｔｒｏｎｌｉｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｂｍ．Ｉｔｐｐｐｐ，，ｇｐｇｉｓｎｅｅｄｅｄｔｏｇｅｔｓｅｖｅｒａｌｔａｒｇｅｔｓａｎｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｔｔｈｅｓａｍｅ巧ｍｅ１：ｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｕｎｉｔ＞ｗｏｒｋｉｎｇｓａｆｅｌｙａｎｄＫｌｉａｂｌｙａｎｄ过ａｒｔｏｆｔｈｅｒｍａｌａｒａｍｅｔｅｒｓｃａｎｔｂｅｍｅａｓｕｒｅｄｐｐＸＩ 山东大学硕±学位论文ｄ－－ｉｒｅｃｔｌｙ．ＳｏｔｈｅｓｔａｂＵｉｔｙａｎｄｅｃｏｎｏｍｙｏｆ化ｅｕｌｔｒａｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｌａｒｇｅｏｎｃｅｔｈｒｏｕｇｈｂｏｉｌｅｒｕｎｉｔｓｔｒｏｎｇｌｙｄｅｐｅｎｄｏｎａｍｏｒｅａｄｖａｎｃｅｄａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈａｎａｄｖａｎｃｅｄｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｕｎｄｅｒ化ｉｓｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，化ｉｓａｒｔｉｃｌｅａｐｐｌｙａｎｅｗ化ｕｅｒｒ－ｕｔｐｒｅｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎＬａｇｅｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｓｔｕｄｙｒｏｏｓｅｄｓｉｎｌｅｉｎｐｐｇｐａｎｄｍｕ－ｌｔｉｐｌｅｉｎｐｕｔＣＯ打ｓｔｒａｉｎｔｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｌａｎｓｗｈｉｃｈａｌ！：〇ｔｈｅｔｈｅｕｌｔｒａｐｐｐｐｙｓｕｅｒ－ｃｒｉ－ｖｅｒｉｐｔｉｃａｌｌａｒｇｅｏｎｃｅｔｈｒｏｕｇｈｂｏＵｅｒｕｎｉｔａｎｄｈｏｌｄ过ｓｅｒｉｅｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｏｆｙｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｌａｎｓ．ｐ－ｒｒｅｃｏｎｏＫｅｗｏｒｄｓ：ＬａｒｅｏｎｃｅｔｈｒｏｕｈｂｏｉｌｅｉｍｉｔＰｄｉｃｔｉｖｅｔｒｏｌａｌｒｉｔｈｍｙｇｇ；ｇ；ＣｏｎｓｔｒａｉｎｔｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｐＸＩＩ 山东大学硕古学位论文第一章绪论１．１课屈背景及意义目前，，随着我国工业化程度化及城镇化程度不断提高消费结构不断变化、快速升级，从而导致不断增长的能源需求量，但是我国的资源供给得不到保障，环境容纳能力较小，这些都成为制约我国经济发展的重要因素，与此同时，能源安全问题与气候变化问题早已成为当今被广泛关注的问题。如何能在全球范围内绿色经济、低碳技术蓬勃发展的时代抢占未来发展的先机得依靠先进的技术。电力行业保证并促进了人类现代文明的发展，但是人类对能源的不合理地开发和利用造成全世界能源的日益减少，环境也遭到不同程度的破坏，这使得人们对环境保护的要求日益严格。采用更高参数及更大容量的火力发电机姐可提高发电效率，满足社会对能源的需求，也可Ｗ更有效地减少对环境的污染。新技术、新材料领域的成果应运而生，可用来制造参数更高的机组。大规模火力发电的主要动力设备由主要依靠锅炉、汽轮机向着不断提高蒸汽的参数、１＂增大机组的功率、改进材料的性能和制造工艺、提高自动化水平的方向发展。不断提高的自动化水平可！＾＾保证机组更加安全、可靠、经济、灵活地运行。超超一（）临界机组般都采用大型直流锅炉机组，火力发电机组采用超（超）临界技术可有效地提高汽轮机发电机沮经济效益。并且大型超（超）临界机组是国家重要的工业基础设施，其安全、高效、可靠的运行，对保障能源供应具有关键作用。超（超）临界化组的效率与同容量其它参数火电机组相比较有明显的提离。因此，进行超贿）临界机组先进控制技术的研究是我国电力工业发展的必然选择。我国上世纪９０年代，ＤＣＳ控制系统在电为行业得到逐步推广，扩展到脱硫系统、循环水供系统、燃料系统等辅助工艺系统，成为机组发电不可缺少的控制、运行中也。但是，大型直流锅炉超（超）临界机组的单机容量已提高到一Ｐ１１０００ＭＷ它是，，个采用高温、高压状态下的协调控制系统具有多变量、快速受控系统的特点，其工艺过程賴合极其紧密，是典型的多输入、多输出、非１ 山东大学硕±学位论文线性、强禪合的控制系统。机组要安全、可靠的运行必须同时达到几个目标和条件，并且部分关键热工参数无法或较难直接进行测量。因此，超（超）临界机组要达到安全、稳定、经济运行的目的，就要依赖于更加先进的自动控制系统。一同时，超觸种更高性能的控制算法Ｗ呆证机组的）临界机组控制系统还需配各安全运行及能源的优化。预测控制（ＭＰＣ，ＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅＣｏｎｔｒｏｌ）近几十年来发展比较迅速，其主要应用一计算机平台进行设计，成为种比较新型的控制方法。设计时不必特别依赖对象模型就能达到很好的综合控制效果，这些优点使得其被大范围地应用于实际口，４过程控制领域］。预测控制起初在工业过程控制中应用的是启发式控制算法，经过不断地改进与完善一口新的，现在己经具有丰富的理论和实践内容，成为５－７［］学科分支。多年来预测控制在复杂工业过程中取得了巨大的成功，具有优化需求的控制问题和复杂约束优化控制的问题都可Ｗ采用预测控制方法。１．２预巧Ｉ控制的应用研巧现状，目前，随着科学技术的进步和人类化会的发展人们对控制的要求越来越高，仅仅依靠常规控制方法得不到人们想要的控制效果，对更加优化的控制系统的追求得不到满足促使其更加积极地去探索研巧更加优化的控制算法。但与此同时，系统的优化又受到物理性（传统执行机构）、工艺性、安全性、经济性和社会性等各种不可抗及无法改变的约束条件的制约Ｍ，而预测控制比较大的优点就表现在拉制问题的强大的约束处理能力。１．２．１掀Ｈ飾惟展现状预测控制产生于７０年代后期，在美、法等国的工业过程领域，计算机技术的发展和复杂的工业控制实践要求其拥有更好的高层优化控制算法，因此预测１Ｄ一控制算法应运而生［］。此后，这新型计算机控制算法的策略思想越来越多地被人们认可，并且大量地应用在工程实践中。预测控制算法从此如雨后春資般被越来越多的控制理论界及工业控制实践领域的研巧人员应用研巧。预测控制起源于工业控制实践，为了能够更方便地获得被控对象的持性，２ 山东大学硕古学位论文研巧人员基于现代控制理论，利用状态空间法分析和设计控制系统，实践证明这是一种比较好的设计控制系统的手段和方法。预测控制中还应用了基于最优性能指标的设计理论和方法，这种方法己经趋向于成熟，应用方便，在控制质量和经济效益方面应用比较广泛，因此吸引了大批工业实践过程中对此要求比较高的控制系统设计人员。预测控制理论的发展经历了前期的预测控制定量分析理论和后期的预测控制定性理论两个阶段。计算机技术的飞速发展为预测控制理论和实践的发展提供了物质保障，但是控制理论与实践应用之间的研巧仍然存在很多不协调的因素。为了缩小理论与实践中的差距，从七十年代至今，人们不断破除传统方法的束缚，探索各种对模型要求低、控制综合性能好、计算方便的新型优化控制算法Ｗ适应工业过程中系统维数高、对象模型不确定等复杂工业过程的特点。预测控制算法在理论与实践方面取得的巨大成果表明其发展速度是非常快的。开始其基于线性模型预测控制算法，Ｗ易于从工业现场获得的对象的阶跃或脉冲响应为模型，不必通过模型结构参数的辨识过程便可设计控制系统。模型采用滚动优化方式对系统进行优化控制，同时对在线测得的现场信息不断地一进行反馈矫正定程度上克服系统不确定性的影响，增强了控制系统的鲁棒，性口气此后各种基于对象脉冲或阶跃响应的预测控制算法层不穷，甚至Ｗ商、、品化软件包的形式被推向市场，提供给石油化工电力等吝軒复杂工业控制领域，并在应用的过程中显现出良好的控制性能，取得了明显的经济效益。７０年代后期ｃｈａｅ在相关文献一，理查勒特（Ｒｉｌｔ）［１２］中第次非常具体且全面地阐述了上这些算法产生的原因、机理及其在控制实践过程中产生的应用效果一一一，并且为这类新型的计算机控制算法规定了个统的名称预测控制ＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅＣｏｎｔｒｏｌ，如今此算法已经相当成熟，并将研究热点指向复杂控制过（）１１［］程多参数变量及具有不确定扰动或约束的模型预测控制。７口］８０年代初期，人们研究出了基于辨识模型并带有自校正的预测控制算法，此算法可Ｗ克服最小方差的控制弱点，如扩展时域预测自适应控制，简称为３７］ＥＰＳＡＣ同［、广义预测控制，简称为ＧＰＣ等，此外，１９８２年莫拉理（Ｍｏｒａｒｉ）等发现预测控制算法与内膜结构有着密切的联系，从而开启了从结构角度深入研巧预测控制的过程。３ 山东大学硕古学位论文８０年巧中期，国内外对预测控制的研究日渐増多、趋于广泛。从１９８４年起，一些控制会议上都会有关于预测控制的专题沮，或者专口Ｗ预测控制为主题的工作讨论会，预测控制越来越受到广泛的重视并将成为过称控制的发展方向么一。预测控制软件开发及其典型工程应用逐渐成为控制领域研究的热口，甚至＂＂被纳入国家九五科技攻关项目，多个大学等单位都开发了多变量预测控一制软件，并且被成功地应用在些工业过程中。某些实力公司还将预测控制软。件的商品化，推向国内市场，有力地推动了预测控制在我国的工业应用１．２．２妨Ｍ担制在大型的期炉巧助巧统的应用研规状协调控制系统对于大型超（超）临界锅炉机沮来说是比较可靠和安全的控制系统，但是如果想得到更好控制效果必须要同时满足协调控制系统的多个目标及条件。比如：１能够根据机姐负荷的要求给出满意的电功率响应２连续保（）；（）持机姐最佳的运行，使锅炉各状态变量的波动最小化（而这些波动是造成机组设备寿命减少的主要原因）。然而为了实现这些运行目标，发电机组设备就需要具有更加灵活的、更加高度自动化程度的、比较先进或智能的、实用的自动控制系统一。预测控制是种比较先进的控制方法，它采用滚动时域的思想，对控制目标进行实时的信息检测与反馈校正一，使得系统总是处在个最佳的运行状态，从而可Ｗ保证系统时刻更加稳定、可靠的运行。下是近些年来在大型直流锅炉机组控制系统方面应用的一些控制方法。一文献［１４］报道了１９７８年在个５００ＭＷ的燃油超临界发电机组上首次实际。实施的最佳控制系统，该系统实现了机組锅炉蒸汽湿度的最优控制这项工作表明了提出的最优控制器与常规ＰＩＤ控制器相比所具有的优点。在保持原有底层控制器的基础上，将设计的最优线性二次调节器ＬＱ民与原有底层控制器并联，在设计的控制算法中采用了动态规划从使某种性能指标最小化。文献［１５化给出了针对４００ＭＷ燃气超临界发电机组的基于模型的预测挖制的研究结果。其研究工作基于用于预测的增广的线性状态空间模型，基于模型的预测控制被应用于用ＭＡＴＬＡＢ环境构建的机组２２阶非线性模型，仿真结果显示对于有限的运行范围，控制算法可获得良好的性能而不会违反机姐运行的约束条件。４ 山东大学硕±学位论文文献１６［１７］采用神经网络改进的预测控制算法分别应用到５００ＭＷ和［］１０００ＭＷ的仿真超临界机姐。但由于这种控制方法需要大量的计算，不能足够一快地满足实际控制项目的要求。于是作者又设计了种称之为改进的预测最优控制的方案，主要由基于稳态神经网络模型和启发式搜索的参考输入管理器和具有智能增益整定器的ＰＩＤ反馈控制系统组成，参考输入管理器不断的给出系统前馈控制信号化及优化的设定值。送种控制方案经过机沮仿真测试表明可满足实际机组控制要求，并能取得满意控制性能。文献１８报道了针对超临界机组的综合智能协调控制系统。整个巧制系统将［］经典控制与智能控制结合起来姐成新型协调控制系统。此控制系统己经经过机。组运行实验测试，表明其对于实际负荷变化指令跟随可获得良好的动态响应但文中没有给出其模型研发及控制器设计的详细描述。Ｘ文献１９王国良等针对１０００ＭＷ超超临界机组，分析了机姐协调控制的３３［］对象特性，设计了基于双层结构多变量约束预测控制并行补偿欺协调控制方案，针对国妹等２０１２年建立的直流炉机组简化非线性模型，进行了对象阶跃响应建模，并对设计的控制方案进行了仿真验证，并与常规协调控制方案进行了比较。研究，仿真结果表明了设计的方案的有效性。在文献［２０］的研究中，将基于模型的预测控制应用于在ＭＡＴＬＡＢ环境中构建的超临界化姐过程模型上。此控制算法通过采用预测控制来整已有控制方案的参考输入来改进超临界机组的动态响应。采用的预测控制算法在文献（Ｒｉｃｋｅｒ．１９９０）中进行了很好地描述。研发的预测控制器经仿真测试表明在已知的预测模型运行工况附近可获得满意的按制性能。由上面的研究可知，无论是基于智能技术实现还是基于常规数学方程和优一种主化方法，预测控制是用于燃用化石燃料的超临界机组的控制系统设计的要的实用改进方法。１．３本文主要工作在本文的写作安排中，超超临界大型直流锅炉先进控制为背景，应用基于拉盖尔函数的新型预测控制算法，研巧提出了适用于大型直流锅炉机组的单５ 山东大学硕±学位论文变量和多变量有约束预测控制方案，结合实际机组模型对提出的控制方案进行了仿真验证，验证了所提出的控制方案的有效性，论文主要内容有Ｗ下几部分：一第章是绪论，单间阐述了大型直流锅炉应用预测控制方法的课题背景及意义，综述了预测控制理论的发展概况Ｗ及目前预测控制方法在控制领域的应。用及研巧概况，简单介绍本文各章节的主要研究内容及创新点第二章主要介绍了大型直流锅炉的工作原理，其协调控制系统与主汽温控制系统的工作原理及其常规控制策略，并提出了协调控制系统与温控系统的模型，为后面章节进行仿真验证提供了模型基拙。第Ｈ章基于拉盖尔函数的新型预测控制算法应用于大型直流锅炉机姐的主一汽温度控制系统－，温控系统被等效成个单回路控制系统，被控对象为单输入单输出对象，验证了所提出的方案在单变量有约束预测控制的有效性。第四章基于拉盖尔函数的新型预测控制算法应用于大型直流锅炉机组的协－双输出被控对象调控制系统，协调控制系统被简化为双输入，验证了所提出的方案在多变量有约束预测控制的有效性。第五章基于ＰＣ平台应用ＭＡＴＬＡＢ开发设计了多变量预测控制仿真软件包，其应用简单，对系统硬件要求不高，适用于不同的客户需求。第六章对本论文进行总结，并且对本论文提出的基于拉盖尔函数的新型预测拉制算法的应用进行了前景展望。６ 山东大学硕±学位论文第二章大型直流巧炉化组巧制系統肤述超一一（超）临界１＾＾上的大容量火电机沮全部采用台锅炉与台汽轮机和发电机沮成一个独立的发电单元的单元制运行方式来完成发电任务。当单元机沮参与到调节负荷的过程时，需要锅炉和汽轮机相互密切协调配合，才可１＾＾达到快２［］速、稳定地响应负荷的要求。采用高参数的大容量机姐只能使用直流锅炉。由于超（超）临界大容量机组对象非线性强、大滞后突出、负荷调节能力差，因此，其对控制系统的要求也就更高。么１大型直流巧炉工作原理汽包锅炉的整个汽水流程被汽包分为Ｈ个部分：加热段（省煤器）、蒸发段（水冷壁）和过热段（过热器），每个阶段受热面积不变。汽包起到汽水分离装畳的作用，而且还可作为燃水比失调时的缓冲器，从而最大程度碼小系统性能的恶化。Ｐ１汽水流程的不同是直流炉与汽包炉的最大区别１。直流炉的汽水流程中既没有汽包，也没有炉水小循环回路，其由各受热面Ｗ及连接这些受热面的管道一组成的－１。如图２是其汽水流程示意图。定流量的水被给水系强制性地加入一次性经过加热段锅炉内，、蒸发段和过热段，然后进入汽轮机。它的循环倍一Ｐ８］率直是１，根本与负荷没有关系。给水累。。…下、。。＾加热段蒸发段过热段去若轮机图２－１直流炉示意图一次性通过管道直流炉中的工质，使得直流炉出口巧压经过管内工质直接受到给水累出口处水压的影响，所Ｗ直流炉的出口汽压是由给水压力、燃料量和汽轮机调节阀共同决定的。直流炉汽水流程中的Ｈ段受热面直接相连，没有固定的分界线，导致在受到不同负荷时给水温度变化等各种不确定因素的影响，７ 山东大学硕±学位论文使Ｈ段受热面的吸热量及受热面面积之间的分配比例都发生了变化。比如负荷减小，高压加热器的抽汽压力下降，给水温度下降，加热段和蒸发段受热面吸热量都有不同程度的增加，而过热段的吸热量会减少很多。直流炉Ｈ段受热面的吸热比例可用改变燃水比的方法改变，因此从静态角度来讲，当负荷有较大变化或者是燃料品种改变时，直流炉比汽包炉更容易保持出口汽温的设定值。直流炉的工质一次性地通过各受热面，当燃水比失调后，Ｈ段受热面吸热口９量比例发生变化］，不仅很大程度地影响出口温度，而且对蒸汽流量和压力也一定的影响会１＾１不确定的方式产生。么２超饱術界直潇锅炉机组协巧巧制系统配置窩性能的自动控制系统可保证机组的安全、可靠、经济地运行。因此可靠、高效的自动控制系统在机组安全经济运行中所起到的作用显得日益重要。然而如今自动控制系统的功能变得越来越复杂、多样，要求能够实现各种不同的功能，包括机组主机和辅机参数的控制、回路调节、参数显示、连锁保护、异常报警、顺序控制、性能计算、趋势记录Ｗ及报表输出等等，之前是依靠辅助人员手动地监控机姐的运行情况，而现在发展到了能够实现根据要求的２４［］设备启停、程序及设备连锁保护的更高层次的综合自动控制系统的体系。为加快锅炉的动态响应，满足电网负荷的要求，需要汽轮机和锅炉协调工作、相互配合运行，这也是协调控制策略的核也思想，在机炉协调控制系统的作用下锅炉和汽轮机间的动态功率达到平衡是协调控制策略的目的。实践表明，协调控制系统能够在锅炉和汽轮机变负荷运行时保证机组很好的工作。设计协调控制系统时要充分考虑机炉的对象运行过程中的动态和静态特性，保证机组运行过程中负荷变化的要求与主要运行参数的平稳性。２．．２１巧（巧術巧直巧巧炉单元觀化巧赖臟单元式发电机组有四种运行方式：机組协调控制方式、机跟炉运行方式、炉跟机运行方式、汽轮机手动运行方式。本文主要侧重介绍机沮协调控制运行２２［］方式。８ 山东大学硕古学位论文协调控制系统采用分层的结构形式一级中的若，上层的协调控制器要对下、干个控制器进行协调，包括Ｈ个层次的协调含义：机组与电网需求的协调锅－炉与汽轮机的协调、锅炉中各个子系统的协调，如图２２所示。从图中可从明确看出将机组的主调节系统（机炉协调控制系统）作为了最高、层次的拴制系统，将来自操作员中调和频差信号的负荷指令转换成化、炉可。接受的负荷指令并分配到各个子系统，达到改变负荷的目的单元机组负荷的递阶控制，这，可Ｗ将大系统任务分解成子系统来实现样要求各个子系统要协调配合好，达到快速、平稳进行负荷控制的目标。协调控制系统的特点如、下：采用分级控制结构的先进系统结构、具备多种控制方式的完善的系统功能保护功能强大的高系统可靠性。中调指令操作员指令频差信号Ｊ＿Ｉ＿单元机组主控系统汽机指令锅巧指令，，１１ｒｒ；２汽轮机燃料风量给水控制系统控制系统控制系统控制系绕进汽量燃料量风量给水量ｒ＾［］Ｉ机炉受控对象图２－２机组拉制系统递阶结构图：单元机组协调控制系统由＞负荷指令控制系统和机炉协调１＾；下两部分组成主控系统－３。，如图２９ 山东大学硕±学位论文＝汽机指令Ｕ１巧＿捏化１￣＂￣？负输、中调Ｔ旨旨令控制中屯机炉主控制器１指令臟信＾旨令图２－３协调控制系统组成结构图各个环节的作用描述如下；负荷指令控制中也用来将机姐负荷指令转换成机组能够执行的有效实际负荷指令；机炉协调主控系统按照实际负荷指令的要求，经协调主控系统的转换，将实际负荷指令转换成锅炉指令和汽轮机指令，发送给锅炉控制子系统和汽轮机控制子系统。机炉主控制器由锅炉主控制器和汽轮机主控制器组成。协调控制系统的基本功能主要有两方面，在负荷指令控制回路中实现的功能；选择不同的负荷指令，对负荷指令的变化率进行限制，计算机组的最大可能出力，故障时快速减小负荷，对负荷指令进行保护；在机炉协调主控系统中应该实现的功能：应用不同的运仔方式和工作方式适应机组的运行状态：第Ｈ个功能是为机组配置与运巧过程相适应的负荷控制方式。２．２．２超触化巧直潇锅炉机组化调擲臟棋型超（超）临界锅炉化组的汽轮机控制部分和燃烧系统控制部分都与亚临界机沮类似一，对于汽包锅炉的亚临界机組而言，忽略掉些次要因素Ｗ后，其协调一控制系统就能被简化成个双输入双输出的被控模型。输入变量为锅炉的燃料量Ｂ和汽轮机阀口的开度Ｈ，输出变量为机组负荷功率Ｎ和主蒸汽压为Ｐｔ，Ｐｔ可Ｗ用来表示机炉之间的负荷平衡关系。因为汽轮机的阀口开度Ｐ和锅炉的燃一烧量Ｂ都会对机组的功率Ｎ及主蒸汽压力巧产生较大的影响，它们就组成个存在锅合关系的多变量系统。直流锅炉汽水流程中的一次性循环特性导致机炉之间产生严重的賴合现。象，常规的自动控制系统很难达到比较好的控制效果由于缺少汽包，当锅炉处于直流运行状态时，汽水分离的界线不是特别明确，导致各种过程参数集中一起一一不到。直流运行状态的每个阶段都会在定程度上随着燃料量、给水流量、阀口开度的变化而发生变化，进而导致负荷功率、主蒸汽压力Ｗ及温度的１０ 山东大学硕古学位论文ＰＷ变化。不同于亚临界锅炉的是超（超）临界直流锅炉的给水流量产生的扰动也会对机组的主蒸汽压力及实发功率有不小的影响。例如，给水流量増加时，蒸发段向汽侧移动导致各点洽值降低，温度也随之降低，即汽水分界面向锅炉的出２３口侧移动［］。，这将使主蒸汽压力和机组的负荷上升所Ｗ，给水流量Ｗ的大小与中间点洽值或温度Ｔ也应该被分别作为协调控制系统的控制量和被控量。由（）一此可知超一一，超临界直流锅炉单元机组可被简化为Ｈ输入兰输出的强（）个－锅合、非线性、多变量的被控对象叫如图２４所示。燃料ＪＩＢ主蒸洗度力内Ｉ￣＾餘水ＳＷ中间為湯巧（洽纔》了—■＾一巧。开废《实发功率Ｎ２－４直流锅炉单元受控对象模型２．２．３巧嫩化界直巧巧炉机组制贈巧巧略超一（超）临界锅炉的动态特性会因直流锅炉汽水次循环特性的影响，导致其受到末端阻力的影响会比较大。机姐的负荷功率和锅炉的出口末端阻力的特性都会受到汽轮机的主蒸汽阀口开度变化的影响，锅炉的被控特性会因此而发生一改变。由此可看出，汽轮机侧对直流锅炉的各方面的影响都会由于没有汽包的缓冲而远远大于其对汽包锅炉产生的各种影响，进而对锅炉出口压力及锅一系列的影响炉给水流量产生，最后导致锅炉侧加热段面积变大，导致温度发生变化。燃料量的变化会引起锅炉的储水量减少，主要是因为加热段与蒸发段会随，燃水比发生变化导致燃烧率的变化着燃料量的増加而缩短，不久蒸汽量就会一一増加，进步导致压力、功率、温度的増加。给水流量的变化导致部分蒸汽１１ 山东大学硕±学位论文、会被推出，主要是因为加热段蒸发段的延长而造成的。即使在起巧压力化及。功率都是増加趋势的情况下，也会由于过热段的缩短使得气温有所下降即使最终蒸汽流量是增加的一，但压力与功率还是会下降，气温在经过段时间后也会单调下降稳定于一，最后个较低的温度。一—三由２．２．２内容可知超（超）临界直流锅炉单元机组被简化为个Ｈ输入输出的强稱合、非线性、多变量的被控对象。合适的、优化的控制策略才能满足对超、（超）临界机沮的控制要求。对于协调控制系统的控制策略要满足变负荷变压力、变温度的控制要求，最大程度地保证机姐的稳定性。２．３大型直流锅炉主汽温度控制系统一超（超）临界机组绝大多数都采用次性中间再热系统，因此汽温控制系统包括两部分：过热汽温控制系统和再热汽温控制系统两部分。其中过热汽温控制系统的主要目的就是为了确保过热器出口处的温度在允许值范围内波动变化，Ｗ保证机组安全一、无故障地运行，同时又可Ｗ提高定的经济效益。主蒸汽温度过高和过低都会造成不好的影响，比如损坏设备，温度过高时造成过热器、蒸汽管道和汽轮机某些部分金属损坏，温度过低时使得全厂发电效率降低，经济效益降低一，还会引起叶片磨损。因此主蒸汽温度般应该设定在与额定值相°差±５Ｃ左右。汽温变化过大，，会造成设备的老化速度加快机组运转不正常，产生巨大的不良后果，因此特别有必要寻找到高效精确的控制策略对温度进行控制。对再热汽温进行精确的控制可Ｗ大大提髙机组的循环热效率，保证汽轮机末级不会带水，也可Ｗ保证处在高温烟气区的再热器完好。再热汽温的动态一致特性与过热器温度的动态特性趋势基本，所Ｗ本文中只介绍过热器蒸汽温Ｗ度的预测控制方法。２．３．１影响主汽温度的因轰超一般会受到很多因素的影响超）临界直流锅炉机组的主蒸汽温度，主要因（、素有五个：燃水比、给水温度、过剩空气系数、火焰中也高度、受热面结渣。五个因素中影响最大的是燃水比，当工况稳定时只要保持燃水比在合适的１２ 山东大学硕±学位论文一值则过热段汽温将基本上保持在某稳定值，；给水温度通常不会发生太大变化因此其对主汽温度的影响是比较小的、；而过剩空气系数和火箱中也高度都会对直流炉排烟的损失产生影响，进而对对流受热面与霜射受热面的吸热比例产生一定的影响，最后使得主汽温度发生变化，只有通过重新调整燃水比才能保持主汽温度不变；过热汽温明显下降的原因还包括过热器长时间使用导致内部结渣或积累灰尘一，送时需要重新调整燃水比来保证主蒸汽温度保持稳定，但是定要保证水冷壁的温度不超过限制值。经过上面的分析，在保证蒸巧负荷（即需要的燃烧速率）时，主蒸巧温度主要通过燃水比来进行调节，但是由于受到那么多不同因素的影响，仅仅利用燃水比调节主汽温度是不够的，通常超（超）临界直流锅炉采用多级喷水减温的方法来一步对主汽温度进行细微调整进，利用中间点温度对水煤比进行反馈校正。原－５理图如图２所示：＂Ｋ４．Ｘ第一级过热巧巧二级过热器第过热器第四级过巧巧Ｍ一Ｄｄ叩图２－５分级减温器简化示意图２．３．２献统樸型过热蒸汽温度能正确反映水煤比的改变，但因为存在大约４００ｓ的时间延迟，不能用它作为水煤比的反馈控制信号，通常采用微过热汽温（即中间点温度）作为水煤比的校正信号。它的动态特性对水煤比的校正具有举足捏重的意义。不同的负荷倩况下，中间点温度在燃料量和给水量的阶跃扰动下产生的动态特性是一不样的。在燃料量扰动下的中间点温度阶跃响应传递函数可表示成ｙＡ下函数：１３ 山东大学硕古学位论文立的－。Ｗ＝扣＝—＾ｇ料Ｔｔ）公０）１＋扔＞：给水流量扰动下的中间点温度阶跃响应传递函数可表示成１＾１下函数）＿田Ｗ＝拉曲＝—＾－ｒｅ口２）了Ｗｓ１＋巧（）不同负荷下中间点温度在给水量、燃料量阶跃扰动下的动态特性曲线如下图２－６所示：＼＾＼ｊＴ．＾＾图２－６给水流量写燃料量扰动下中间点温度动态特性－燃料量增加时由图２６可看出，中间点温度开始阶段因为金属要蓄，当一定的延迟热所Ｗ存在，接着开始上升，产生送种现象的原因是燃料量的増加使得锅炉炉膛的温度水平有所提高，炉内的福射换热过程加强，水冷壁中加热区段变短，过热去段变长，因为给水量没有变化，管内饱和压力几乎没有变化，所导致中间点瓶度升高，最终稳定在更高的温度水平上；当给水量减少时，一定的延迟因为管壁蓄热和管内储质不会阶跃变化，所Ｗ在起始阶段存在，虽然由于给水的减少会导致加热段变短，过热段变长，给水量的减少导致管内饱和压力降低，，从而导致饱和温度降低，汽温随过热段变长升高明显而受汽压变化的影响较少。Ｗ上两图也反映了在不同，从而导致中间点温度也是升髙的一致负荷下其动态特性存在差异，但大体趋势。２．３．３撒Ｊ巧略一、超（超）临界直流锅炉过热器般分为四级，按蒸汽流程分别为低温过热器１４ 山东大学硕±学位论文分隔屏过热器、屏式过热器、末级过热器，在四级过热器之间分别布置着喷水减温器。过热器主汽温的调节主要采用Ｗ控制水燃比为主调，三级喷水减温作为细调的方法－，过热器喷水减温工艺流程图２５所示。粗调燃水比的控制主要是通过给水调节来进行的。常规的ＰＩＤ控制过程中，给水调节主要由串级调节系统实现，由此来维持锅炉给水量与燃料量之间的比口０例关系］，中间点温度作为间接被调量。在调节系统的副回路内，给水调节阀的延迟和惯性均很小此副回路可Ｗ被看成是一，因个比例环节，整个给水调节一个单回路调节系统了－７就可Ｗ被看成是，给水调节原则性系统图如图２所示。Ｇ＞＾ｂ，１｜孔板目ＢＡＰ」巧气０３Ｉ＋＾ｒｒ，ｒ］ｙＰＩ．］［ＣＦ卓支ｒ１ＳＤｗ图２－７给水调节原则性系统１５ 山东大学硕±学位论文Ｂ一一燃料测量装置；ｅ一一温度变送器；—燃料分流器；ｎ给水分流器；＂对于大多数直流锅炉而言，燃烧设备的延迟和惯性都较小，中间点温度会分别对燃料量和给水量产生扰动，并且两种扰动的响应速度基本相同，此时给水量信号和燃料量信号＂＂可按稳态时确定的正确比例即燃水比进行配合，（）这样在动态过程中微过热汽温０１虽有暂时的改变，但变化幅值不是很大。在这种情况下，燃水量和燃料量分流系数和可按下式关系确定：＝－Ａ／？２ｗ。。（非ＡＢ—在正常负荷下为的改变燃料量的幅度，人；Ａａ一一＞在保持稳态下微过热汽温基本不变的条件下，与燃料量改变Ａ５所对应的给水量的该变量；Ａ５和Ａｗ的数值可レ乂适过现场试验的方法确定。给水调节系统的方框图如图２－８所示：Ｂ—＇￣￣片ＩｒＩｈ１ＷＳ站（）？，，ＩＩ１Ｉ１卸—一ｉＶ一＞。化吟的｜—■＊Ｋ０Ｉ０图２－８给水调节系统方框图Ｗ一一，作为对象的调节通道。似给水量对微过热汽温的传递函数；１６ 山东大学硕：ｉｒ学位论文－—ＷＳ？燃料量对微过热汽温的传递函数ｇ，作为对象的扰动通道；ａ（）￣一燃料变送器、、微过热温度变送器的斜率ｒｅｒ；ｅｒｉ．燃料、给水的分流系数；ｇ由图可知一，此系统是个具有燃料量扰动前馈补偿的串级给水调节系统，调节系统的主信号是微过热汽温０。当锅炉作定压运行时，取汽水行程中的微过热，＂＂温度作为燃水比的间接信号，微过热汽前各受热面的吸热量作为给水调＂＂节的被调量；当机组为变压运行时，为了控制直流锅炉的燃水比，应采用一Ｗ燃料为主的方案，燃料调节器接受负荷指令，给水量跟踪燃料量，＾保持＂＂＂一定的燃水比。调节系统副回路是个快速跟踪系统，给水量按给定的燃＂－＾水比快速跟踪燃料量的变化。副回路可Ｗ等效为比例环节，这样作为主７．＾－９所示回路的中间点温度调节的等效方框图如图２：巧０￣—＾ｊ‘８Ｉ－巧ＹＪ。＼ｎ＊图２－９微过热汽温调节的等效方框图么４本章小结本章主要介绍了大型直流锅炉的工作原理，及其协调控制系统与主汽温度一控制系统的特点和原理，并将超（超）临界直流锅炉机组协调控制系统简化成了三一Ｈ输出个输入模型，及其协调控制系统的控制策略，介绍了温控系统的常规ＰＩＤ控制策略，为后面进行预测控制提供了模型基础。１７ 山东大学硕±学位论文１８ 山东大学硕ｄｒ学位论文＝第章大型直流锅炉机组ＳＩＳＯ系统有约束预測控制３．１预测巧制方法基本原理模型预测控制总的设计目标是计算出被控对象未来操作变量Ｍ的变化轨迹ＳＰ１Ｗ使对象输出ｙ的未来行为最优化。它是依巧计算机来实现其控制功能的，一一因此它的算法般都是离散时间的算法，本文要介绍的也是种离散时间的预测控制算法，基于状态空间模型利用拉盖尔函数进行预测控制。其主要特点可１０Ｗ总结为Ｗ下Ｈ项［］：Ｗ预测模型：预测控制算法主要基于模型（即预测模型），它的作用就是根据对象已经得到的历史时刻信息和未来时刻的输入信息对未来的输出信息进行预测，即对系统未来的动态过程和行为进行预测并显示出来。应用预测模型时只强调其能够实现的功能而不必过于在意其结构形式等细节问题。因此现存的很多模型都可Ｗ被当作预测模型来使用，而不会影响其预测效果。２滚动优化：与最优控制相似，预测控制算法的核也思想也是优化控制，（）根据预测模型未来时刻的控制策略寻找到一个与被控系统未来的动态过程相关性能指标一，然后使其最优化，进而确定未来的控制作用。但是预测控制又与一般的最优控制有所不同，其最大的特点在于它是种在有限时域内进行滚动优一化的预测控制算法。需要优化的性能指标被限制在从某时刻起到未来的有限时间段内，这个时间段随着采样时刻的不断增加而逐步向前推移。所Ｗ预测控一一制每个时间段需要优化的性能指标并不是完全相同的，但是形式都是样的。一由此可Ｗ总结出滚动优化的含义，优化过程不是只经过次离线进行的，而是经过反复在线优化每时毎刻都在进行的。一Ｐ）反馈校正：预测控制不是种开环的控制算法，它包含了反馈校正，是一。种闭环巧制算法为了增强被控对象的抗干扰性能，使得控制作用尽量能够一达到理想状态，到下时，预测控制在实现过程中只进行当前时刻的控制作用一刻时，检测被控系统输出的实际信息，然后根据这实际信息再对需要预测的＞模型进行实时在线调整和修正，预测模型经过更新校正１后再进行新的优化过（＾９１ 山东大学硕±学位论文程。这种时刻进行反馈校正的方法在预测和补偿了模型误差的同时，又对预测。模型进行了在线辨识和修改，最终实现了闭环优化过程预测控制的这Ｈ个持点使得其在工业控制领域获得很大的优势，主要表现为：因不必过分强调系统结构等细节问题而不必花费很大的精力在系统建模上；；滚动时域控制的思想使得系统可１在，！＾线进行系统误差的反馈与校正从而増强了系统的抗干扰能力及鲁棒性。基于预测控制的基本原理，当模型不同，优化过程方法不同，校正反馈的心１措施也不同的时候就可Ｗ形成各种各样的预测控制算法，典型的几种预测控Ｐ７１ＡＣ［２６１制算法为：动态矩阵控制算法ＤＭＣ）、模型算法控制（Ｍ、广义预测控（）［蝴制（ＧＰＣ。）３．２３旧０系統预測控制算法设计模型预测控制系统要基于被控对象的数学模型。用于本文大型直流锅炉预测控制系统设计的模型将采用状态空间模型。由于采用状态空间模型，用于向未来预测的当前信息可用当前时刻状态变量Ｘ化）的值来表达，且其他要用到的术语及其表示方法如下：１滚动时域时间窗口：由任意时刻到＋７的依赖于时间的窗口。此窗（）；口的长度７保持不变。；２预测时域：表示我们希望从现在向未来进行预测的时间长度，这个参数（）等于滚动时域时间窗口的时间长度７。；（３）滚动时域控制：尽管通过优化未来控制信号的最优变化轨迹在滚动时域扣间窗口范围内已完全获得，但在当前优化周期内施加在对象上的实际控制输一个样值入只采用此控制信号序列的第，而此控制信号的其余的部分则被忽略。（４）预测控制中需要在时刻的信息，Ｗ便能够对未来进行预测。此信息用一个向量表示，是，含有许多相关因素，可Ｗ直接测量或者通过估计获得。—（５）个给定的用于描述系统的动态特性的模型对于预测控制是极为重要２０ 山东大学硕±学位论文一致的预测的，良好的动态模型将会对未来给出准确和。６一（）为了做出最好的决策，必须要有个反映目标要求的标准。目标要求常用基于期望和实际的响应的差别的偏差函数表示，这种目标函数常称之为代价函数？／口范围内使得此，而最优的控制信号就是通过在优化窗代价函数最小化获得的。３．２．１対ＳＯ系统模型一假设所研究的对象为单输入单输出系统，描述为：Ｘ＝＋１Ｗ＋公雌）＂作），ｍ■ｋ＝ｘｋＣｙ（）？？（）Ｍ—操纵变量（输入变量）ｙ一过程输出Ｘ一维数为的状悉变量向量。，注意到此对象模型用Ｍ林）作为其输入，因此为了适合我们的设计目的需要将模型的形式改变一般表达形式含有，使模型中内含积分器。状态空间模型的从输入信号《从）到输出ｙＡ直通项，即＿（）＝－ｙｉｋＣｘｋ＋Ｄｕｋ３２）？＾｛）？，｛）（）但根据滚动时域控制的原理，对象当前时刻的信息需要用于预测和控制，因此，我们隐含地假设输入信号Ｕ从）不能同时直接对输出Ｗ巧产生影响，即在对＝象模型中令化０。３－对式（１）中的状态方程两进进行差分运算，我们可获得：——－＝－－１＋Ｘ作牛１ＸＸＸＡ公＂＂Ａ，。）ｍＷ（，心）ｍ（））》，（Ｗ（０）并将状态变量的差分记为：心＋＝—１Ｘ＋Ｘ脚从）从０ｍ；，，如＝－－ＸｋＸｋＩｍ（）ｍ（）而将控制变量的差分记为：２１ 山东大学硕古学位论文Ａｕｋ＝——｛）ｕｉｕｋ１Ｘ）｛）它们分别是状态Ｘ？（Ａ）和Ｍ作）的增量。通过这种形式变换，可得到状态空间方程的差分形式：ｋ＝－＋Ａｘｋ＋＾ｕｋ＼Ｊ）Ｂ３（）？？？｛）口）（注意到此状态空间模型的输入是模型形式变换的下一步是将与输出：Ｋ巧联系起来。为了此目的，选取新的状态变量向量如下：了ｔｘ＝ＡｘＡＡ（巧［？＾（）：Ｋ）］上式中上标ｒ表示矩阵的转置。注意到：－ｋ＝－＝＋１Ｃｘｋ＋＼ｋＣＡｘｋ＋１）ｙ｛）Ｓ＾ｉ）ｉ））？？ｉ）＝ｋＣ＋ＣＢ风ｋｍＡＭｎＸ）＂ｍ）－３３－４将式（佈合并可得到下列状态空间模型；（３）ｘ＊＋ｋ（ｌＡｘ）友｛）乂人■．又乂，、／、，、，、了ＡＸｍ（Ａ：牛１）１「＾〇］ｆ作）１「度ｍｙ（＊＋ｌ）Ｃ１Ｗ）Ｃｍ公」？Ａ」［」－＿｜＿」Ｌ（３５）二＇＇Ａ＾Ａ「ｍｍ（）Ｗ＝〇）［ｍＵｊＡＬ：Ｋ）」＝ｃ其中〇００＾．０。将上述Ｈ元组公称么为增广的状态空间模型，将用ｍ，）［］于本论文大型直流锅炉预测控制的设计。义２．２ＳＩＳＯ系巧预測擲Ｊ＊法原理Ｕ）状态和输出变量的预测在获得了数学模型的表达式后一个预测控制系统的下一工作是将，设计步未来的控制信号作为可调整的变量来计算对象输出的预测值，预测值的计算是一在个优化窗口内进行。这里我们假设当前时刻为Ａ．且假设优化窗口的长，并，一度为ｉＶ个采样间隔。首先进行单输入单输出系统预测控制算法的研究进而推ｐ广到多变量系统的预测控制。２２ 山东大学硕击学位论文假设在采样时刻（Ａ＞〇），状态变量向量Ｘ，不能测，化）可通过测量获得量的也可Ｗ应用状态观测器进行状态变量的估计，状态Ｘ化）提供了对象当前的：信息，对象未来控制信号的变化轨迹可用下列信号序列表示－Ａｕ（Ａ：ＡｕＡ＋…Ａｕ＋１），（化，），，化Ｗｃ—控制时域，用于表达未来控制信号变化轨迹的参数的个数；＋一当给定信息Ｘ化）后，将对未来的状态变量从Ａｌ时刻开始进行预测，直，Ｉ也是优化窗口的长度预测到Ａ＋ｉＶ时亥Ｊ，其中ｉＶ称为预测肘域，ｉＶ。我们将，ｐｐｐ预测的未来状态变量序列表示为：二…上式中１２ｉＳｆ表示在给定当前时刻信息情况下，预测，，，ｐ））ｊ＜一＋ｍ时＾的Ａ刻的状态变量值。般选取控制时域小于或等于预测时域Ａ。基ｊ，于状态空间模型（４公，Ｃ），未来的状态变量可用上述的未来控制信号序列按顺序地递推计算出来：ｋ１＝ｘ＋Ａｘｋ＋ＢＡｕｋ｛＾１｛）｛＾）＾＝足Ａ．ｘ＋：＋公Ａｗ２＋（化）Ｕ，１，）辦＾＝Ａｋ－＋１ｘ＋ＡＢＡｕｋｈＢＡｕｋ（）｛）（）＾＾ｊｗ－ｉ乂２＇厂＝ｘ（Ａ＋Ａ＇）ｊｃ＋ｙｉ公Ａｍ＋＾４公Ａ＂＋１，，化）化）化）Ｎ－Ｎｐｒ＋－．．．＋ＡＢＡｕ化＋Ｎ１）ｃ由预测的状态变量，根据状态变量输出方程输出变量的预测值也可通过替换获得：２３ 山东大学硕±学位论文＝足？Ａ：ＪＣ＋ｗＡ．＋１ＣＬ４：八）ＣｆｉＡ，１，化）（），２＝欠？＋２（３４ｊｃ从＋Ｃ４公Ａｗ＋Ｃ公Ａｗ＋ｊＫ，１Ｊ）此）从９３—６（）３２＝＋３Ａ＋Ｃ４＇＾化：Ｃ４；ｃ公ＡｗＡ＋Ｃ公Ａｍ＋１１，）化）（，）化）＋Ｃ及Ａｗ（Ａ：＋巧，ＷＷ－Ｗ—ｉ２ｐｐ，＋＝＿＾化ｉＶＡ：Ｃｊｘ＋Ｇ４公Ａ＂＋Ｃ４公Ａ＂牛１７Ｊ，）化）化）化）口）Ｎ－ｎｐ。＋－．．．＋ＣＡＢＡｕｉＪＣ＋ＮＩ）ｉｃ值得注意的是上述的所有预测的状态变量或输出变量都是依据当前的状态．Ａｗ＋表达的，其中变量信息：Ｃ化）！＾及未来的控制增量序列化ｙ）＝＂＇一２－７／／０，１１。定义向量：＿，，，。＝７ＡＡＡ．Ａ＇ＡＡ＇＋１＋２＋３．．．ＬＫ）：Ｋ）＿ｙ（）ｙ化，｜，，｜，，｜，Ｔ＿＇Ａｔ／＝ＡｍＡｗ＋１Ａｍ＋２．．．Ａｍ＋ｉＶ［化）化）化）化ｃＵ］上式中对于单输入单输出系统的情形，Ｆ的维数为ｉＶ且Ａｔ／的维数为ＡＴ。将式ｐ。３－－３７合并：（巧和（），写成简洁的矩阵形式为＝－Ｙ＋＾ＡＦｘｋＵ８（）口），上式中－ＣＢ００过．．．０１互ＣＡＢＣＢ０．．．０ＣＡ立３ＣＡＢＣＡＢＣＢ．．．０＾０＝＝Ｆ．；０－—ＮＮ－ＮＩ一３ＮＮＣ於ｐｐｐｐｃｂ－ＣＡｂＣＡＢＣＡｂ—．．．ＣＡ＿＿２）确定优化控制目标（一单输出系统进行优化下面对单输入。对于给定的在采样时刻的设定点信号Ｋ一Ａ，），在个预测时域内预测控制系统的目标是使预测的输出尽可能地靠一个优化窗口内设定点信号保持不变近设定点信号，这里我们假设在。将此控制目标转换成设计目标，即寻找最佳的控制参数向量ＡＣ７使得预测输出与设定２４ 山东大学硕±学位论文点之间的偏差函数最小化。假设包含设定点信息的数据向量为；Ｎｐ我们定义根据控制目标制订的代价函数Ｊ为：￣＾＝－－＋－ＪＲＹｆＲＹＭＪＲＭＪ３９｛，｛＾）（）上式中第一项对应使预测输出与设定点信号之间的偏差最小化的目标二，而第项反映了当使目标函数Ｊ尽可能小时，对采用的控制参数向量ＡＵ中未来各个采一个对角矩阵样时刻控制增量大小要求的考虑。哀是，形式为■一＾＝其中ｆｗ用作为获得期望的闭制生能而设定的个整定参数。＝－对于ｒｗ０的情形，代价函数（３９闲应的情况可解释姑我们的目标仅为使得偏差作－Ａ，而不用对采用的ｔ／控制増么大做任何考，巧尽可能地小＾／最小Ａ／－虑。为了获得使目标函数？化的最优的ｔ，通过使用式（３８，Ｊ可表示为：）ｒｒＪ＝－－－巫－仍乂化２ＡＣ／仍Ａ（Ａ化矿（，化：））（Ａ（，〇）３－１０（）ｒｒ＋ＡＣ７＜Ｄ巫＋兵ＡＣ／（）一针对ＡＣ／求代价函数Ｊ的阶微分得：＝＿２如－－（欠扔化。＋２（如巫＋新么＾／（３１Ｕ幕，ｄＡＵ由使得／最小化的必要条件可得：＾＝０ｄＡＵ根据上式可推出巧制信号ＡＵ的最佳解为：＾－ｉｒ＝－Ａｔ／００〇３－口＋衣仍（）（Ａ化片（）—－１Ｔ〇１在最优化的文献中被称么为上式中假设（如〇＋巧存在。矩阵（巫＋衣）Ｈｅｓｓｉａｎ矩阵。馬是包含设定点信息的数据向量，可表示为；Ｎｐ又ｒ乂＝＝１ｌ．．．ｌｒＡ哀，ｒ，［］（，）化）上式中２５ 山东大学硕±学位论文Ｎｐ＾＝１１１－ｌ．［ｆ控制信号ＡＣ／的最佳解通过下列方程与设定点信号ＫＡ．和状态变量：Ｃ化联系起）），来：－ｒｉｒ＝－〇〇＾＾Ａ－ＡＣ／＋＾；ｔ３１）〇（）Ｆｘ（Ｘ）非（，＇（所单输入一单输出系统滚动时域控制在上面的介绍中中尽管我们计算出时刻的最隹控制増量参数矩阵ＡＣ７中－ＡｍＡｍ＋？？．Ａｍ＋如包含Ａｍ化，＋１，，１），但由于采用滚动时域）化）化巧，化￡控制的原理一Ａｍ，我们只将这个控制增量序列的第个样值即化）施加到被控对一象，而将这个控制增量序列的其他样值忽略。当下个采样周期到来时，获得最新的测量信息Ｗ求得状态向量；Ｃ化＋１），用于计算最佳控制信号的新的控制增量序列一，并将新的按制增量序列的第个样值施加到被控对象，而忽略掉其他。样值，运种步骤实时地重复进行Ｗ获得滚动时域控制律４单输入一（）单输出闭环预测控制系统一个重要的方面通过上面滚动时域控制的原理，表明了预测控制算法的另。一Ａ７在个给定的时刻ｆｃ，最佳控制增量参数向量Ｃ采用下式进行求解；，－１了＾Ａ／＝＋。－＾巧仍却（化））Ａ■－—１〇）＋定点变化－在此式中（如巧巫，而如０＋哀在预测控乂对应设（）。制框架中对应状态反馈控制并且两项都取决于系统对象的参数，因此对线性时不变系统来说两项都是常数矩阵。由于采用滚动时域控制原理，在时刻我一；们只取店＾／的第个元素作为施加在系统对象上的控制増量，于是有Ｎｃ＾＾＝巧－Ａｕｆｃ？７巧巫＋ｒＡ。仍〇）厅知－（（），，化片３１４（）？＝－与化）心化）——１１一一０）＋哀＞上式中必是如＆的第，０＋交如护的第（护）个元素而是（妒），２６ 山东大学硕±学位论文行－。式（３１４）呈现出线性时不变系统状态反馈按制的标准形式，而ｉｉ：就是状态ｗｆ反馈控制增益向量。因此对于增广的对象设计模型：ｘｋ＝＋１Ａｘｋ＋ＢＡｕｋ（）｛）（）３－将式（１４）代入到此増广的对象设计模型就可获得闭环系统的状态方程，将其中的时间标志参数Ａ改为Ａ就得到下列的闭环系统的状态方程：，－ｋ＝－ｘ＋１ＡｘｋＢＫｘｋ＋ＢＫｋ３１５（）｛）？ｐ＾（）／｛）（）＝－ＡＢＫｘｋ＋－ＢＫｒｆｃ３１６（ｍｐｃ）（）ｙ（）（）于是通过下面的闭环系统的特征方程就可求出闭环系统的特征值：ｄｅｔ；－＿＝ｌ／＾Ｓ０［（Ｗ］状态变量向量＝ＡｘＡＸ作），根据Ａ的定义，我们可将必表，？（ｆ：Ｋ０了；■｜＾當：示为Ｋ足，其中对应于ＡｘＡ相关的反馈增益向量，而对应于相，，？，（）［］关的反馈增益向量。１一定稳定巧环预测按制系统当具有短的预测和控制时域时不，传统上预测和控制时域都是用于调整闭环稳定性和性能的整定参数。３；．２．３基于拉盖尔函巧的掀Ｍ巧㈱Ｉ法从本质上讲，设计离散时间模型预测控制的核也技术，是基于对未来控制轨迹的优化，或者说基于对未来控制信号差分Ａｋ序列的优化。通过假设具有（０＝…有限控制时域７＾，控制信号差分么《序列（Ａ０ｌ２可用控制向量，（巧，，，，■Ａｔ／表Ａｍ＝…示，而其余的倘（Ａ：ＷｉＶ＋ｌｉＶ＋２ｉＶ，则假设为零。而拉盖尔ｔ，ｅ，）＂，／一函数的思想是通过在系统设计中引入组离散标准正交化基函数，对预测控制问题进行重新形式化表述。此方法除了可整定预测控制系统的参数外，还能简化预测控制问题的求解，而且不必使用太多的控制参数，就能实现长控制时域。１拉盖尔函数与离散时间模型预测控制（）２７ 山东大学硕击学位论文为了符号描述简单起见一，我们首先针对单输入单输出情况进行讨论，再一一ＡＡ扩展到多输入多输出情形。在时刻，Ｃ７中的任元素可用离散＾函数Ｗ及，ＡＣ７通过下式描述：－＝－－Ａｗ＇＋《！：ｉＶ＋１ｔ／化０［巧如〇ｃＸ１Ａ？一上式中若＝＝＝ｏ。：０，则苗〇）１，否则若则ｓ（〇离散ｓ函数就像个脉冲，’－脉冲中屯、，＾／的増加并因此也被称么为脉冲算子而函数《０却随着，使向前平一移。我们这里所提出的方法是用姐离散拉盖尔函数来近似序列Ａｗ化、）－Ａｍ…Ａ＋Ｕ、、Ａｗ＋ｉＶｌ。离散时间拉盖尔网络是由连续时间拉盖尔网络（，化ｃ）离散化产生出来的，可将离散时间拉盖尔网络的Ｚ变换写为：２Ｖｌ＿口ｒ／、ｒ＾＝－—（）Ｉ，Ｔ■－幻１乙１－Ｚ口「／、＿么＿２）－１１＿１－心１。之１ｒ切＝＂（＾广爲—ｆ—１幻之ｌａｚ上式中ａ是离散时间拉盖尔网络的极点，并且为保证网络的稳定性０＜ａ＜ｌ。未定参数需要使用者根据设计要求加Ｗ选择，被称之为定标因子。在设计预测控制的过程中，我们在时域显式地使用拉盖尔函数，而离散时间拉盖尔函数要通过拉盖尔网络求逆Ｚ变换获得。但是取拉盖尔网络的逆Ｚ变换并不能获得拉盖尔函数在时域的简洁紧凑表达式一种更简单直接的获取这些离。散时间拉盖尔函数的方法是基于拉盖尔网络的状态空间实现。２８ 山东大学硕：Ｊｒ学位论文１ｚ—－）１ｚＷＺ。切ｚ－ａＭ）？■■？——■？？＞－Ｐ—１１＿－－１化１ＯＺ１打２图３－２离散拉盖尔函数网络其中：＝ｒｚ－ｒｚ３１７＊（）；＿，（）＾（）ｆ－１ａｚ—１－并且ｒｚ＝Ｔ＾。－ｌａｚ根据这种相互关系，拉盖尔网络可ｗ用图３２Ｖｉ（）／（）加Ｗ图示说明。令Ａ作）表示ｒ，（Ｚ，却的逆Ｚ变换，（Ａ）表示。（Ｚ，糾的逆Ｚ变换，一……表示ｒ，／ｗｚａ的逆Ｚ变换。将这组离散时间拉盖尔函数表示成如（Ａ）ｗ（，）下的向量形式；Ｔ＝ＪＬ晰ｍＩ＂ｎ脚］）佩一３－利用拉盖尔网络的实现（１７）式，可推导出这组离散时间拉盖尔函数满足下列差分方程：＝－ＬｋｌＡｋ＋Ｌ１８（）（）口）ｉ２上式中矩阵ＷｘＷ且是参数ａ和片＝－０４的维数为，并。的函数，而且上式）的初始条件由下式给定：ｒ２３ｗ－ｉＷ－１＝－－口－ｌ０！ａ〇…ｌ口（）孩（）］＝一一组离散Ｓ脉冲函数当００时，这组离散时间拉盖尔函数变成了，这是因为Ｊｌ＾＾前的预测控制设计中的研兜工作实质上就是使用这种描述来对未来控制増量轨迹进行表述。拉盖尔网络到目前为止的应用主要在系统辨识领域，在此领域中用拉盖尔一个动态系统的离散时间脉冲响应Ｐ％就此点而言一模型来表述，假设个稳定一个给定的项数Ｗ的条件下，仿系统的脉冲响应为好林，则在可被写作为；）（巧＝－Ｈ脚冲脚＋Ｃ！晰＋．．．＋ｃＪｋ斯（３１９）２２２９ 山东大学硕古学位论文…上式中Ｃ…、Ｃ、、Ｃｗ是由系统数据决定的系数。拉盖尔函数是标准正，，，并且根据这种标准正交性交化函数，拉盖尔网络的系数由下列关系式来定义：休）４＝０’上式中＝…：１２ｉＶ。事实上，由于标准正交性，这些系数也使下列误差平，，，方和函数最小化：－如蛛）心节；佩＾ｋ＼与在连续时间域中系统模型逼近相类似，随着项数的增加，对片批的逼）近程度不断改进，而不依赖于参数０＜ａ＜ｌ的选取。正是这种离散时间脉冲响应的描述才导致了我们使用拉盖尔函数进行预测控制的设计。在送种描述中的参数是拉盖尔极点位置ａ和项数ｉＶ。（巧拉盖尔函数在离散时间模型预测控制中的应用前面我们论述了在离散时间模型预测控制设计中使用脉冲算子来表达未来。控制轨迹，这对应于在拉盖尔多项式中将ａ取为零的情形因此在需要快速采样、过程动态复杂或对闭环性能有非常高要求等情况下，要对未来控制轨迹满，就必须需要非常大量的表述参数意地进行逼近，从而导致很差条件数值解一及当在线进行实现时繁重的计算负荷。作为替代，种更加适当的方法是在设计模型预测控制中使用拉盖尔网络。ＡｍＡｗ．．．Ａｗ在时刻、＋１、ＡｗＡ．＋、、＋Ａ、，未来控制轨迹化）化）（巧），化一一…姐拉盖尔函数可被看作个稳定动态系统的脉冲响应。于是可用／林）、，一……！佩、、／ｍ（巧及姐拉盖尔系数来表述此动态响应，而这组拉盖尔系数：将会在设计过程中确定，更准确地说，在未来任意采样时刻有ＮＡｕ＝Ｃ－十ｋ！ｋ２０）（）口）化石ｊ成）ｊ＝１７其中是滚动时域窗口的初始时刻，而Ａ是从起始的未来采样好刻，７Ｖ为３０ 山东大学硕古学位论文Ａ……上式展开式的项数，且Ｃ、、ＣＡ是拉盖尔系数，它们都是ｉ（）ｗ（），，滚动时域窗口初始时刻ｆｃ的函数。在这个设计方法框架中，前设计方法中的，控制时域ｉＶ销失了。作为替代，用项数ＪＶＷ及参数ａ来描述控制轨迹的复杂情。。况例如，可通过选取较大的值而用较小数目的参数获得优化步骤中所＝＝。需的长控制时域我们会注意到，当００，时，我们就恢复到上面内容３－２中所述的常规设计方法。将式（巧写成下面的向量表达形式：了Ａｕ＝－（Ｃ＋ｋ：Ｌ（ｃ（３２Ｊ０ｉ）Ｊ）。上式中参数向量７由下列个拉盖尔系数构成：／＝－７Ｃ＜３２７ｖ＂Ｃ９［ｉｖｆ（并且为在差分方程３－１８式定义的拉盖尔函数向量的转置ｒ当采用拉盖尔（）函数，在给定的系统状态空间模型（＞４，公，Ｃ），用Ａｍ〇作为输入信号，具有初始状态变量信息ｘ（）时，在未来采样时刻Ｗ状态变量的预测值Ｘ（＋ｍＡ．）就变，｜为：１ｒ＝－；３２３ＪＣ＋ＷＡ＋公王（）化Ｉ）化）〇７（ｊ§＝／０在上式中我们将函数Ａｍ化＋０用来代替。类似地，根据获得的状态变量的预测值，在未来采样时刻ｍ对象输出变量的预测值为；Ｍｍ－－ｉｉ＝ＣＡＢＬ－ｙ＋ｍＣＡｘ＋（ｊ（３２４）化化）化）ｆ巧若＝／０由上述表述形式，可知状态变量的预测值Ｗ及对象输出变量的预测值都用拉盖尔网络的系数向量７代替常规设计方法中的Ａ＾／进行了表述。于是，在预测控制设计中将会对此系数向量／７进行优化和计算。（３）优化成本函数在前面的模型预测控制算法中，，Ｗ矩阵向量的形式描述容易理解并且实３１ 山东大学硕古学位论文现也简单。但是这种算法却需要大量的计算机存储单元来构造和保存所需的系一统数据矩阵。这里，利用拉盖尔函数我们可获得另种可供选择的成本函数表述形式，并且该种表示形式从编程的观点看更容易，特别是对于那些具有大量－９已。输入和输出的系统更是如此，我们假设系统是单输入单输出系统式３）中（经指出原始的成本函数为：＾Ｊ＝－－ＹＲＹ＋＾ＵＲ＾Ｕ｛＾Ｙ｛Ｒ＾）其等效于下面的式子：ｒ了？＝－－／－０化＋ｍＡ：Ａ：＋ｍ＆＋３２５玄）少化｜，））〇似ｊＫ，｜，））巧如（）ｍ＝ｌ一上式中欠是个主对角元素都是含０的对角矩阵，且ｒＡ是在时刻Ａ．输出ｉ（，），的设定点信号－＾。在式（３２４）中，我们＾＾？下列方式应用了拉盖尔函数的标准正交性性质：Ｎｐ—ｒｒＡ＝ｔ／哀Ａｔ／Ａｍ＋ｗ＋Ｗ化）化）＾＝０诉其中：ｋ＝Ａｕ＋ｍｍｌｍ．．Ｊｍ（ＵＭＣ）］巧ｊ）（）２（）ｉ当具有足够大的预测时域ＴＶ时可使得下式近似成立；ｐＮｐ＝／／＇ｒｉ．（Ｗ）０ｏ丰如）ｆｊ完，ｊ＝；Ｍ０＝ｏ＝１ｆｒｉ如）ｊ公，＝／ｔ０这里足够大的预测时域的选择与定标因子ａ参数ｉＶ两者的选取有关３－２４。进行，成本函数式（）是基于预测输出信号与设定点信号的偏差的最小化沒种选择的原因包括成本的简明、实用性和其与应用的相关性，及其与经典预测控制系统的相似性。若将状态变量选取为：Ｔ＝＋ＷＡＸ＇＋Ｍｍ化［ｙ化＋）ｆＩ）ｍ化Ｉ）Ｉ则预测输出偏差最小化的成本函数可１＾表示成下式子：３２ 山东大学硕壬学位论文Ｎｐｒ＾＝＋－ｔ／ｊｃ化＋ｗ怎ｒ足Ａ＋欠２）０（）７王７口巧Ｉｊ，Ｉ，＾Ｗ＝１（４）成本函数最小化－可知由式３２２：（）＂－＿＇１＝Ｘ＋ｗ＊＇八＋乂）化）公１（的化｜，§３－２７＝，〇（）＂Ｔ＝Ａｘ（ｋ）＋０ｍ（）ｊ口上式中：——ｉ＇『＝Ｖ－〇如／公１的（３２８）。ｗ３－４４注意到Ｈ中的行的个数与７中行的个数相同。将式（）代入成本函数式ｉ）－２５口），再对；７求偏微分，令偏微分等于零，则可求出向量巧的最优解为：－１＝＿－７ＱＷｊｃ＇３２９化）（）其中：衍３－３０（）＂甲＝抑所）齡）四，根据求得的最优７的解，将其代入成本函数式Ｊ求得成本函数的最小值＾０＾为：ｒｒ－ｍｉ＝ｘ如Ｔ－＊Ｑ半义人化）（（）饼））ｉｎ：化２：：，＿３１（３）Ｔ＝Ｘ化）Ｐｄｍ＜Ｋ）ｐｃ上式中；－ｍｆｌ－Ｖ／ｖ＝ＱｐＡｍｐ。心Ｔ＾Ｊ为了计算出未来采样时刻ｍ状态变量和输出变量的预测值，我们需要对下列的卷积和：ｒＳ＝公王ｃ如）〇）＝０／进行计算。对其进行递推计算，可获得如下的递推表达式：－＇＂＇＂＝－５－ｍ＾５ｍｌ＋５ｌ３，（），（），（）（４）（３巧其中：３３ 山东大学硕古学位论文ｒＳ＝ｌ化０ｒ（）（）且ｗ…＝２３，４７Ｖ。在＆〇的计算过程中，拉盖尔函数是通过其状态空间表，，，ｐＺ０按照式３－１８达式来进行定义的，对于给定的ａ与４和（）（）来进行定义。５）利用拉盖尔函数实现滚动时域的控制（根据获得的参数向量的最优解，滚动时域控制律通过下式进行实施：Ａｕｉ＝Ｌ（ＱｉＴ（）ｆ］上式中：，对于给定的ａ与Ｗ有ｒ２３ｗ－－ｉＷ１＝＿－＿＿王〇＿１刮１口口口．．．ｌ口（）＾（［（）］３－２７Ａｍ由式（网知？为状态变量ｘ（Ａ）的函数，通过用ｋ代替Ａ，控制增量（Ａ）可７，ｊ写成线性状态反馈控制的形式。即：＝－－ＡｕｋＫｘｋ３３３（）？（）（），＾并且状态反馈增益矩阵为：ｒ－Ｋ＝王〇〇啤ｍｐｃ（）＝Ａ／值得注意的是，对于ａ０的情况，此优化解就变成我们用求解ｔ代替拉盖尔系数向量；的原始情况。由于未来状态的预测是基于当前关于Ｘ化）的７信息，并且Ｘ化）中也包含了设定点信息，更具体而言有：Ｘ＝ＡｘＡｅＡ化）［，ｙ（）；ｆ，（，，ｅｋ＝－（Ｃｒｋ（）ｙＪ）（ｉ）ｉｉ设计中使用状态观测器时，则要用观测的状态信息代替实际的状态变量信息。选用较大的ＪＶ值构造出的ＤＭＰＣ巧制性能将收敛于基本的ＤＬＱＲ最优系统，但是针对拉盖尔函数选取定标因子ａ和较小的ｉＶ值却对ＤＭＰＣ系统的闭一方面环性能有着更大的影响。另，当ｉＶ较小时，潜力在于可使用ａ作为系统性能细调的＂＂旋钮，这些额外的整定参数可Ｗ有助于我们对预测控制闭环系统性能进行细致地调整。（巧应用拉盖尔函数进行有约束的预测控制３４ 山东大学硕±学位论文模型预测控制方法的一个关键性的特征就是在设计中处理硬约束的功能，要系统地实现预测控制与约束控制的结合，我们要用到二次规划法进行实时优化。由于应用拉盖尔函数将控制信号轨迹参数化了，所我们有了选择未来约束的余地，送将在预测时域大大减少约束的个数，并且大规模系统的计算负荷也将大大减少。约束控制包括加在控制变量增量变化Ａｍ上的约束：上下限分别表示为：＂＂ｍｍＡｗ、Ａｚ／，优化过程是使得成本函数：二－Ｊｒｆａ巧＋３３４（）最小＝，解出化Ｃ化，并且保证约束不等式：）？＇＂？？＊Ａｗ＜Ａｕｋ＋ｍ＜Ａｍ（ｊ）＝０．．．成立，其中ｍ，ｌ，２，，应用拉盖尔函数单变量控制系统的控制信号增量表示为；ＴＡｕｋ＋ｍ＝Ｌ（ｎＴ（）ｊ）］ｉ分Ｈ种情况进行分析：当＜Ｚ〇；＜时，则最优解就是使得二（ｆ７次成本ｍｉ＂函数最小的全局最优解；当Ｉ（〇ｆ；７＜Ａｕ时，则具有约束的最优解为ｍｉ＂使得Ａｍ化＝Ａｗ的７值，被激活的约束变成等式约束，此时可Ｗ直接把）＂１＂＾＂＊＝＾＾么《＝么《＞么化作为最优解而不必再解７７；当１（〇）７１／时，则最优解与上）一一种情况Ａｗ＝样直接变成等式约束，最优解为（Ａ，）找到最优解－，则最优控制信号为１＋Ａｍ后；化））加在控制信号幅值ｍｈＷ佩上的约束；上下限分别表示为Ｕ，约束一－。不等式表示为：前时刻控制信号为Ｍ化１此种约束控）ｍｉｎｆｍａｘ－＋＜？ｌｉ：＜？制同样分Ｈ种情况：当Ｗ０时，全局最优解为约束控化）（）口ｒ？ｍ？ｍｍ…－Ｍ＝＝制的最优解？Ｍ＂；当＂化１＋王０＜Ｗ时，化），Ａｗ化）（）７）３５ 山东大学硕±学位论文胃－＋王时＂＝＂为最优控制解；当Ｗ化１），，化）Ａｗ－—为最优控制解Ｍ１。化）化）加在输出变量ｙ（Ａ）上的约束：约束不等式表示为：，状态模型矩阵描述为（Ａ，Ｂ，Ｃ。在时刻，状态变量和输出变量的预测值分别为：）ｆＸ＝＋化＋１ｋ度ｌ０１，）化）（）巧Ａ＋１Ａ＝Ｃ４ｊｃ＋Ｃ公王ｏｊＫ，１ｊ）化）（ｆ巧ｍｉｎｆｍａｘ约束控制最优解分为Ｈ种情况：当ｙ＜ＣＡｃ化＋ＣａＬ（０）；７＜：）；时，最优解为）＂ｉｎ全局最优解对应的７的值；当ＣＡｃ＋ＣＳＺ〇＜时，不能像加在控制信７化）（ｆ７ｙ号上那样直接解等式约束，而是先解出使得成本函数最小的７的值，同时满足ｆｍｉ＂ｆ＝－－ＣＳｉ＜：０＋ｃ＿＾ｘｃ公Ｚ〇，（）＾，规则拉格朗日乘子；１口化）定（）。￡有解析，－－－１１ｎ解＝－如－＋ＣＡｃ＋如：４如Ｑ〇物（）（卢，则可得最优控制的。。。Ｌ成）。。化））－，了…化＝－＋郎王〇化Ｍ二；Ｃ乂参数向量（化）类似地，当飾八＾巧＾时，巧），心／＾？＊＊－Ｃ４ｘ最优解为使得成本函数最小且满足Ｃ地（０）化，规定７＾）的巧ｒ－—ｉ＂＂－ｉ＝Ｃ公王０乂＝－如－＋化Ｍ的〇Ｃ４ＸＭｎ（），则（）（，。。ａｃ化）似）得出，。。三，ｙ？ｃ，－ｉ＝－Ｑ最优解为：Ｗ〇Ｆ；ｃ＋Ｍ）。化）二乂。３．３基于拉盖尔函数的预测控制算法的实现及参数整定３．３．１Ｈ法设计步》离散肿间模型预测控制的核也技术是对未来捏制轨迹或者未来控制信号差分序列Ａ一般的预测控制设计中使用脉冲算子来表达未来控制轨ｍ作进行优化。）迹，这对应于拉盖尔多项式中将ａ取为０的情形，此描述方法不适合应用于快速采样、动态过程复杂或对闭环要求比较高的系统。因为应用此描述方法要使得未来控制轨迹满意地逼近理想轨迹，需要大量的表述参数，这会导致繁重的３６ 山东大学硕±学位论文计算负荷和较差的系统数值解。而在设计中使用拉盖尔函数网络就可Ｗ用很少的参数对系统脉冲响应进行表述，简化了计算过程，更利于程序的编写。应用拉盖尔函数网络进巧单输入一一单输出离散时间预测控制的设计方法实现步骤如下：１前期准备：实际工业应用中系统模型未知的情况下，首先需要根据系统（）的输入、输出数据进行系统模型辨识，用传迸函数＾杉）的形式描述被控对象，然后进行离散化３－５求得系统的増广矩阵ＢＣ，由式Ａ（）（，，），为后面的计算做准备。２）初始值设置；设置系统控制参数的初始值，如系统输入变量、输出变量、（状态变量、状态变量加权矩阵Ｑ、输入变量加权矩阵Ｒ、拉盖尔参数知，Ｎ、预）测时域ｉＶ等。利用初始值计算闭环极点与离散时间线性二次调节器得出的闭环，极点相比较，利用比较结果根据３．３．２的参数整定方法对参数缠行整定。（３）成本函数计算：根据第（１）步求出的増广矩阵Ａ、Ｂ及已经设定的参数ａ、Ｎ、ｉＶ民由３－２８－３０、Ｑ、（）、口）求出０和甲的值，此过程中用到了离散时间拉ｐ；盖尔函数网络Ｚ（Ａ）。４系统滚动优化￣；设仿真时间为Ｎｓｉｍ，Ｎｓｈｎ（）对于ｋ从０执巧Ｗ下操作：＿＿葵ａ设＋＋为增广状态变量，其中）一时刻的状态变量ｘＡ＋ｌ为下，为当前时刻的状态变量１为下），＾从＋）？（一时刻预测输出值ｒ，巧为设定点信号；（－ｉｂ３得出的结果计算拉盖尔系数矩阵＝－）由第（）步７７Ｑ化ｆ；／ｆＣ计算控制増量Ａｕ＝）Ｚ７；ｄ＝）计算控制量ＭＭ＋Ａ？；ｅ＝）计算预测输出值作＋ＣＸＡ＋Ｕｍ（Ｕ；ｍｆｃ、ｄ、ｅ）将步得出的变量值保存待曲线输出时调用；ｇ）将当前时刻的状态变量ｘ，，（０保存到变量。？，然后根据式３７ 山东大学硕击学位论文＝＋一ＸＢｔｔｋ）Ａｎ？脚ｍ（）ｋ＝＋ｌＣｘｋｙ（）？？（）一时刻的状态变量和输出变量计算下，并用式ｒ义二－＋－１＋１＋ｌ／氏林）））］对增广状态变量进行更新；ｈ＝：ｋ＋ｌ，转ｂ步）令ｋ）；义义２方法应用基于拉盖尔函数的离散时间模型预测控制的目的是找到一组最优正交化的系数来描述控制量增量Ａ？（０序列，从而使得控制増量轨迹最优，也可Ｗ表一组最优的描述参数示为找到。与其它解析函数的应用不同，拉盖尔函数集能一组具有适当顺序的候选函数构成，随着函数阶次的增加，正交描述将收敛到最优控制轨迹。因此，増加拉盖尔函数网络的阶次Ｎ可保证描述的精确性。基于拉盖尔函数的预测控制器中，影响系统闭环性能的可调参数包括状态变量权重矩阵Ｑ、输入变量权重矩阵民、拉盖尔网络极点ａ、拉盖尔网络阶数Ｎ、＾预测財域＾＼：，这些参数的整定方法如下，＝Ｕ馆先确定状态变量权重矩阵０（：乂，使得设定点信号与输出信号之间的偏差值最小。当利用增广状态空间模型的时候此矩阵的选择不会影响到状态变量：Ｃ而产生很好地巧环性能。，，２确定权重矩阵Ｒ一（），此矩阵是个对角矩阵，表示了控制增量变化幅度对成本函数的影响。当艮较小时系统的响应时间会比较短，但是控制信号的变化幅度会比较大，因此在实际被控对象中希望捏制信号谨慎变化时需要选择合适的权重矩阵Ｒ。（３）Ｑ和Ｒ确定了Ｗ后，正在被建模的控制増量的变化轨迹基本就碗定了，将收敛于由离散时间钱性二次调节器产生的最优控制解，而ａ就选为主导极点实部绝对值的近似值。４増加Ｎ的值，直到控制轨迹不再随着Ｎ的值发生变化，使得控制轨迹不（）３８ 山东大学硕±学位论文再变化的最小的Ｎ值即为整定的最佳数值。在一些复杂的应用中（５），闭环预测控制系统的性能可Ｗ通过逐步选择拉盖尔画数参数对知，Ｎ来进行微调。比如选择较大的ａ和较小的Ｎ可＾＾使控制信）。号具有较慢的衰减率任何情况下，增加Ｎ的值都可Ｗ使控制轨迹收敛到由（Ｑ，巧确定的正在建模的控制轨迹上。一个整定参数６预测时域也可Ｗ作为，因为设计模型内含积分器。它需（）要足够大使得拉盖尔函数具有足够的时间衰减到最小。但是预测时域也要选择一竖不好的影响合适的值，否则将对系统造成。３．４仿真研巧３２本节选取某电厂ＭＷ［］７５％工６００超临界机组的变压运行直流锅炉，对其况下主汽温度控制系统进行基于拉盖尔函数的有约束预测控缺，并与常规ＰＩＤ控制策略下的仿真结果进行比较，验证所用控制策略的有效性及优越性。＇义４．１给水０？拴制主汽ｌａ＊方案ｍ过热器出口处的主蒸汽温度先利用燃水比进行粗调，然后利用多级喷水减温作为主汽温度的细调手段。但是由于直流锅炉的工质特性，过热器出口蒸汽温度离工质起始点较远，如果用它作为然水比的反馈信号就会产生比较大的时间延迟，不能进行很好的控制作用，因此选择直流锅炉汽水分离器出口处的温、度作为燃水比的反馈信号，这被称为中间点温度，其时滞小反应灵敏，最重要的是当保证中间点温度稳定，再加上喷水减温进行细调就能够很好地控制过热器出口处的主蒸汽温度保持稳定。而超临界直流机组采用直吹式制粉系统，如果利用燃料量控制中间点温度惯性较大，因此用给水流量Ｗ作为控制量，让燃料量跟随给水流量进行相应的变化。义４．２大型直流任Ｉ炉机组单＾系資型某电厂６００ＭＷ超临界直流锅炉在八％工况下的导前区与惰性区对象数学３９ 山东大学硕古学位论文模型分别如下：Ｗ＝－—导前区：ｉ１２１＋２０句（１邹２＝—：惰性区：听２＂１＋２７．１５（）利用燃水比控制中间点湿度作为粗调，采用燃料量跟随给水量变化的控制策略一，各级喷水降温作为细调，两种方法同时对主蒸汽温度进行调节，组成个串级捏制回路，副回路控制器采用常规ＰＩＤ控制器，主回路控制器采用常规Ｐ阻控－３制器和预测控制器分别进行仿真。方框图如图３所示：＋６ＰＩＤ／＋一Ａ——￣—￣￣－？￣￣—？？Ｐ。Ｗ？Ｗ２？Ｋ２１Ｉ）－ＤＭＰＣ－了了图３－３串级控制方框图机组工作在八％工况之下，副回路ＰＩＤ控制器采用比例控制，控制器的传＝＝、递画数为：灰，其中＾化０６。导前区、惰性区整个系统开环传递函数。＾３－４所示在单位阶跃输入下的响应曲线如图：４０ 山东大学硕古学位论文导前区阶跃晌应■■一又－－受Ｋ１１１ＩＩＩＩＩＩＩＩＩ＇２０１００２００３００４００５００６００７００８００９００１０００情性区阶巧响应￣ＩＩ２ＩＩＩＩＩＩＩ－賽１Ｉ１ＩＩＩＩＱ１Ｉ０１００２００３００４００５００６００７００８００９００１０００系统开环阶巧响应￣２ＩＩＥＩＩＩＩＩＩＩ蔓．Ｉ１Ｉ０ＩＩＩＩＩ０１００２００３００４００５００６００７００８００９００１０００ＳａｍｉｎＩｎｓｔａｎｔｐｌｇ图３－４系统各环节阶跃响应由仿真结果表明，所选对象的阶跃响应性能良好，能够很好地反映直流锅二－。炉的动态特性，与第章图２６所示给水流量扰动下中间点温度动态特性相符蛛３４．３预測ＰＩＤ方法．控制与常规仿真（１）常规ＰＩＤ框图ｍｕｎｋ－由ＭＡＴＬＡＢ．Ｓｉｌｉ搭建直流锅炉主汽温度Ｔ的控制系统方框图如图３５所示：Ｘ￣￣—？点忘Ｓ…＂Ｉ－化‘Ｐ脚＿ＴＯＷＷ＂ＷＣＭ＂Ｔ？…Ｉ向Ｔ？献怕１Ｌｂ［５〇＜＂图３－５常规ＰＩＤ拉制系统方框图主回路Ｐ阻控制器传递函数为：４１ 山东大学硕古学位论文ＧＳ＝｛）Ｋ＋＋ＫＳｐ号〇＝＝＝。其中：怎户０．５５６，Ｋ０．００４４８，反。２６ｉ（巧模型化简将串级控制回路的主控制器用预测控制代替，由自动控制原理，副回路可一Ｗ被等效成；个被控对象，传递函数表示为巧－去１．６５７３２１２４ｙ＋２．４ｓ＋ｌ．巧７１＋￣取＇Ｓ一一一整个串级控制系统可Ｗ等效成个单回路控制系统，从而应用单输入单输出预测控制方法对被控对象进行预测控制－，系统方框图如图３６所示：？—ＤＭＰＣＪ＼１图３－６等效单回路方框图被控对象的传递函数为：－１．６５７１．２０２Ｗ—ｌｙ－Ｘ２７２４ｊ＋２２．４ｓ＋１．巧６１＋７．１（句＂亿＂由ＭＡＴＬＡＢ的ｔＳＳ函数求得被控对象的连续时间状态空间模型，然后＂＂＝１．５ｃ２ｄｍ，得选取采样间隅为ｈ，用函数将连续时间状态空间模型离散化到离散时间状态空间模型为：ｋ＝Ｘｘ｛＋１Ａ（ｃ＋ＢＵｋ）Ｊ）ｐ｛）ｐ少从＝ＣＸＷ）ｐ＝－５０由式（３）得出系统增广状态空间模型（Ａ，Ｂ，Ｃ），其中Ｃ［００００００００Ｕ。３参数整定及算法实现（）＝＝根据３．３．２节的参数整定方法得到各参数值如下；０，Ｒｉ〇，＝＝＝ａ０．７８，Ｎ５，ｉＶ１３５，然后进行仿真，整个控制算法依据３丄１节由ＭＡＴＬＡＢｐ４２ 山东大学硕古学位论文编程实现。本文中选取的６００ＭＷ直流锅炉初始状态设置为０，设定点温度为＝Ｃ－ｒ５４（Ｔ。仿真结果如图３７所示：主汽温度Ｔ—＞１１１７００１Ｉ朗０－＼－厂（、＇一．．．Ｉ．．？、＂．‘／／－５００－－ＩＵ＇－－４００／％〇〇－／２００－－／Ｉ／／！－－１００；ＪＩＱＩＩ［Ｉ０１００２００３００４００５００６００ＳａｍｌＩｔｐｉｎｇｎｓｔａｎ图３－７主汽温度预测控制仿真结果－图中点划线为常规ＰＩＤ的仿真结果，由图３７可Ｗ看出：系统受到给水流量扰动，采用拉盖尔函数的ＤＭＰＣ产生的温度响应在２５化左右时能达到稳定值，而常规ＰＩＤ产生的系统响应要在３５化左右达到稳定值。由此可寻出结论：基于拉盖尔函数的ＤＭＰＣ控制系统具有较好的跟随性。３乂４抗干扰性能ＤＤＭＰＣ一分别在ＰＩ控制系统和控制系统的３０化左右加入阶跃扰动量，比较两个系统的响应特性３－８，仿真结果如图所示：４３ 山东大学硕±学位论文主汽温度Ｔ７００Ｉ１ＩＩＩＩＩＩＩＩ－６００－－－Ａ，、，＼＇－－－ｔ．－ｒ．■＾＾＾Ｔ＾ｒ－■￣＞－．Ｉ＾一－－５００；／－４００－／／％〇〇－＾－－－Ｉ如０＇／－－１００／／）＇ＩＪｔＩＩＩ０［ＩＩＩＩ０１００２００３００４００５００６００７００８００９００１０００ＳａｍｐｌｉｎｇＩｎｓｔａｎｔ图３－８抗干扰性能比较３－８可由图看出：当给系统添加扰动的时候ＤＭＰＣ控制系统能够巧快地恢复到跟踪设定值的状态，而ＰＩＤ控制系统受扰动影响比预测控制大，调整时间较长，这对实际的控制系统是不利的。由此得出结论：基于拉盖尔函数的ＤＭＰＣ控制系统的抗干扰性较ＰＩＤ控制系统要好得多。３．４．５基于拉盖尔坦数的有约束巧腑細仿真１算法实现（）要实现输出约束预测控制，则应该将３．３．１算法中滚动优化部分的；７值的计算按照有约束的预测控制方法实现：，具体实现方法如下ｒ３）设＋１）＝ＣＡｃ（Ａ）＋Ｃ公王０；（）巧ｆｍｈｂ＜；）当ＣＡＣ（Ａ）＋Ｃ及王（０）；７＞时，先解出使得成本函数最小的口的值，同时ｆｍｉｎｆ－－Ｃ公Ｌ０－＝；＾＋有满足（）７ｙＣ乂飾，规定如Ｃ公ｌ０，则拉格朗日乘子１）。。（）。。－－１ｌ？－ｌｉｎ＝－－：义＋解析解如〇鮮ｙ＋ＣＡｃＭｎ做，则可得最优控ａ。，（。。Ｌ）（＿Ｗ０ｃ，（蝴４４ 山东大学硕±学位论文１制的参数向量＝扔Ａ＋前Ｍ巧（（）己七。）；ｆｍａｘＣ）当ＣＡＣ（Ａ）＋Ｃ公王（Ｏ）；／＞ｙ时，最优解为使得成本困数最小且满足＜＇化＾（：公王０－〇４乂作的＝７如（：公＾：０（广巧／），规定（），则７。。－—－ｌｍ化ｌｌ＝－－＋如Ｑ飾ＣＡｃＷＱ化，得出最优解为：４ｃｔ（。ｃ（ｙＷｗ，飾）），Ｌ）１＝祥化ｃＷ＋ＭＡ。巧（＾。＂）ｄ）其他步骤不变，按照无约束算法步骤实现。口）仿真３。下面对．４．４中的单输入单输出模型添加约束条件５３５，：＾了＜５４７０７仿３－９所示真可得输出有约束温度曲线如图：主汽温度Ｔ，’■０００ｒｉｉＩｌｉｉｉｉｉ＂Ａ／—Ｉ５００－－Ｉ４００－－Ｉ３００－－ＩｊＩ２００－－Ｉ－＿１００／ＩｙｊＩＩＱＩＩＩＩ］０１００２００３００４００５００６００７００８００９００１０００ＳａｍｐｌｉｎｇＩｎｓｔａｎｔ图３－９施加输出约束时的输出温度曲线由图３－９可看出当输出变量约束时，系统运行稳定，输出温度最后稳定。°。在５４０Ｃ，并且最高温度被约束在５３５０５４７Ｃ，满足约束条件，证明了基于拉盖尔函数的有约束预测控制算法在单变量系统约束处理问题上的有效性。４５ 山东大学硕±学位论文３．５本寒小结本章主要介绍了预测控制方法的基本原理和特征，提出了基于拉盖尔函数的预测控制方案，并介绍了单变量有约束预测控制方法最优解的求解过程，最后将基于拉盖尔函数的预测控制方案应用于大型直流锅炉的单输入－单输出温控系统中，对所提方案进行ＭＡＴＬＡＢ仿真验证，并验证了此方案的有效巧。４６ 山东大学硕古学位论文第四＊大型直流锅炉的ＭＩＭＯ有约束预测控制４．１多变量模型巧測控制算法一在实际的工业控制系统中往往被控对象不单单只有个变量，而是多个变量密切联系、相互賴合，对控制方法提出了更高的要求。但是本论文的预测控制算法因为采用了状态空间表达式的方式，因此可Ｗ根据前面已经介绍的单变量预测控制算法的求解步骤推导多变量的预测控制方法。推导的步骤也相对容易。４．１．１ＭＩＭＯ假设系统对象具有ｍ个输入、ｑ个输出和ｎｉ个状态变量，并且假设输出的＜ｗ个数小于或等于输入的个数（即ｇ），如果输出的个数大于输入的个数，则我一４０［］们很难期望没有稳态误差地独立地控制每个被测输出。在预测控制问题的一把对象噪声和扰动考虑进去。般表述形式中，将Ａ＝－Ｘ＋Ｘ＋＂Ａ＋公４ｍ（Ｕ本ｍ（。的（）（Ｕｋ＝ｙＣＸ４Ｊ（）ｍｍ脚（）一积分白噪声的序列上式中《＞作）是，作为输入扰动Ｗ（Ａ）通过Ｗ下差分方程与零均值白噪声序列ｅｋ）相关；（－－＝〇）ｋ－〇）ｋ１ｅＡ：４３（）（）（）（）由式４－１到科下差分方程（）得－－—＝＋－ＸｋＡｘｋＩＢＵｋＶ＋Ｂ历ｋ１４４ｍ（）？ｊ）ｍ（）ｄ（）（）＝－－－－ＸＡ＝－ＡＸＡ和ＡｗＡｗＡＭ１定义Ａ（），则１）减去式））作将式（４ｍ（（ｍ（ｕ（〇）４－４会得到：（）就＾＝Ａｕ－＋１Ａｘｋ＋Ｂｋ＋Ｂｅｋ４５（）？（）？（）＾（）（）为了将输出：ＫＡ）与状态变量ＡｘＡ〇建立关系，我们推出：？（４７ 山东大学硕±学位论文Ａｋ＝Ａｘ＝Ａｘ６ｙ（＋Ｖ）Ｃｋ＋ｌＣＡｋ＋ＣＡｕ＋ＣＢｍ？Ｘ）？ｍＪ）？Ａ？脚ｍｄ（。＝－Ａ：＋１ｒ。上式中４ｖ（＋１））ｊＡ（）＝选取新的状态变量向量ｘ（Ａ〇ＡＸｍ（皆的邸，我们有：［了－■川及公心）巧心＂１＝＋缚）＋ｅＷ１［］「叫＋Ｃ／［Ｃ公［叫ｗＵＬ」ｍＡｗＬＷ）」Ｌｍ」ｂｇｍＡ」心４－０（）少Ｗ＝０／、）ＪＬ［ｍｔ呵ｗ）上式中／具有维数为ｘ的单位矩阵，ｑ是输出的个数；〇是维数为ｘ的ｇｗ９ｇ？ｇ巧零矩阵－、Ｘ、。，在式４６中，及和Ｃ的维数分别是ｘｍ和ｘ为（）。１ｍ巧巧巧ｇ巧－表示简单起见：，将式（４巧表述为＝＋ｘＡ＋１ＪｘＡｒ＋公ＡｍＡ公ｅ（）（）（）ｅ（０＝ｙＣｘｋ（ｋ）（）上式中：—疋ｍ０己ｍ１「公ｍｍＡ＝Ｂ＝Ｃ，ＡＩＣ公ｍｍｘｍｍＬｇｇ」＋ｘ＋Ｌ」（巧＋ｇ）ｘｍ（巧ｇ）柯ｇ）公＝Ｃ＝〇／ｅ’［ｍｘｊｇｘ＂＋ｇ（ｇ）Ｃ？ｉｍ山—」＋ｘｍ（巧ｇ）系统对象增广的巧态空间模型系统矩阵的维数为ｎｘｎ＝，其中ｎＭ＋ｇ。对ｊ象增广的状态空间模型的特征多项式方程为：——Ａｌ－Ａ０ｍｍ：乂＝ｄｅｔ八）４－８（）ｇ－＝；－＝ｉｉｄ幻！／０（）（心在上式中我们利用了块下Ｈ角矩阵的行列式等于主对角线上矩阵块的行列式的乘积的性质。于是对象增广模型的特征值等于对象模型的特征值再加上ｑ乂＝个１的特征值，这意味着对象增广模型中内含有ｑ个积分器，送是我们使得ＭＰＣ系统具有积分作用的手段。４８ 山东大学硕古学位论文４丄２ＭＩＭＯ《统预臟制算法由单变量预测控制推广到多变量预测控制，注意在多输入多输出情况下的状态、控制输入和输出向量的维数。将向量ｒ和Ｍ７定义为：ｒｒＡＵ＝ＡｍＡＡｍ－Ａｍ＋ｌ…＋ｌ［化ｙ（，）化）ｆｙ＝＊＋队１＋２少化＋３．．．ｙ化＋Ａ，１化１１ｇｆ根据增广的状态空间模型（Ａ，Ｂ，Ｃ），未来的状态变量利用这姐未来的控制増量参数可按顺序递推计算出来：ｘ＝Ａ：＋１乂ｖＡ：＋公ＡｗＡ＋公Ｇ（，１）（／）（，）ｄ化）＝＋＋２Ａ乂）飾１Ａ＋公ＡｗＡ＋１＋度ＧＡ＋１Ａ１））（）（）ｊ／１，，ｄｊ１／＝＋＾公Ａｍ＋公ＡｍＡ＋１＋ｅ＋ｅ＋１Ａ化）化）（，）化）Ａ化１，）＂－—Ｎ、Ｎ２，，ｐＸ＋＝ａ化ＮＡＸ＋ａ＋ＢＡｕ（Ｃ＋Ｖｐ化）化）Ｊｉ）Ｎ—ＮＮ－、＞ｔ＞ｐ＋－Ａｂａｕ化＋Ｎ１＋ａＢｅｅ）ｄ化）Ｗ－２ｐ－＋＾公ｅＡ＇＋Ａ：＇＋＇…＋£＋ｉＶｌＡｄ（，ｙ，）Ａ化ｐ｜，）？由于假设ｅ（ｋ）为零均值白噪声序列，在未来采样时刻１的预测值＋假设等于零。送里将状态变量和输出变量的预测按照其各自变量的数学期望值。来进行计算，因此噪声对于各个变量预测值的影响为零为了符号表达简单起见：，将上述各式写成简洁的矩阵表达式有Ｙ＝－Ｆｘｋ＋０ＡＵ４９（）（），上式中：－■ＣＢ００．．．０以１Ｃ乂２ＣＡＢＣＢ０．．．０＾ＣＡ！ＣＡＢｃａｂＣＢ．．．０Ｆ＝＝．；ＯＮ，Ｎ－Ｎ－Ｎ、Ｎ一Ｎ一ＣＡ，ｐｐｐｃ－＿ＣＡＢＣＡＢＣＡＢ．．．ＣＡＢ４９ 山东大学硕±学位论文一于是在个优化窗口内最优的按制增量向量为：＾－ｒｉ／＝－ＡＣ＜１）＋哀〇知ＪＣ＊４１０）（（）傅；）（），上式■中矩阵如〇的维数为的维数为，并且妒交等，于０／Ｆ的最后ｇ列。权重矩阵哀是具有Ｗ块的分块矩阵并且维数等于矩阵巫的维数ｒ＝ｒ…ｒ出的设定点。设定点信号为化）ｈ化）；化）ｇ化）了是各个输信号。采用滚动时域控制原理，取ＡＣ７中的前ｍ个元素构成时刻的最佳控制增量：－１－Ａｕ＝／〇．．．〇ＣＤ＋护衣ｃｄＶＸ化）ｉ？ｌＪ（护卸（化片伴１１）＝Ｋｒｋ－Ｋｘｋ＾｛，）＾＾｛，）上式中矩阵／和分别是维数为ｍｘｗ的单位矩阵和零矩阵。本论文中将ｍ对大型直流锅炉的多变量预测控制采用拉盖尔函数进行研究与仿真。４．２基于拉盖尔函数的多变量模型预测控制的设计４．２．１基于誠尔西巧的ＤＭＰＣ扩展到ＭＩＭＯ系统将拉盖尔西数在单变量系统中的应用推广到多变量系统中。在ＭＩＭＯ预测控制系统的形式化表达中，给每个输入信号都独自地指定了其具有的拉盖尔极点位置，ｙ？便于其极点位置ａ可用来改变增量控制信号的衰减率。例如一＝若我们希望某特定的増量控制信号衰减的更快，则我们选取其极点位置〇一００，否则的话可选取个大于零的。值得注意的是，采用拉盖尔函数的ＤＭＰＣ描述扩展到多输入系统时，在参数０和ｉＶ的选取方面，具有完全的灵活性。令：ｒ二ＡｗＡ：ＡｍＡＡ？ＡＡＷ：？？？Ａ（）［，（）２（）ｍ（）］并将其分块写成如下形式：５＝公公？？？公［１２＂，］５０ 山东大学硕：ｆ：学位论文ｍ输入的个数；’—…＝Ｉ１２Ｗ矩阵Ｂ的第巧ｊ；巧〇，，，）我们通过选取定标因子ａ和阶数ｉＶ来表达第ｆ个增量控制信号Ａｕ．，其，（０ｆ，中对于此特定输入选择Ａ和时，要使得：＝Ａｕｋｋｒｉ－）Ｌｊ４１２＾＾Ｙ（）上式中和ＡＷ是第ｚ个增量控制信号Ａｍ，Ｗ的拉盖尔网络描述，并且有：基于输入矩阵的分块形式Ｗ及给定的在时刻Ａ的状态变量信息Ｘ化，对，）未来在Ａ．＋ｍ时刻的状态变量的预测值可写成：，－ｒＪｉ＝＋ｗＡ＇八从＋＾公）．．．巧柳｜，，）［巧Ｗ）２与（亦入（成切ｇ４－１３＝〇Ｊ（）＂＝＾义＋巫如／７化）７上式中参数矩阵；和数据矩阵抑分别由下列各自的系数向量构成：７Ｔ巧＝…、相诉诉］ｒｒ０＝心公王（耐．．．ｇ［巧Ｗ）２２（成馬４，（成］＝０７ｆ其中０（ｗ）第Ｋ块矩阵为：府一１＂－ｉｙ＆ｍ＝ＡＢ（）ｌ＾山（成＝Ｊ０多输入系统的卷积和数据矩阵如可分解成各个单输入子系统的卷积和计算，化及将各自的计算结果逐块合成多输入数据矩阵结构。对多变量系统预测控制问题的形式化表达中，对于每个输入信号，其对应拉盖尔网络描述的定标因子ｉｖ．都可Ｗ独立地进行选取Ａ和项数。与单输入，单输出情况相似：，优化的成本函数可定义为５１ 山东大学硕±学位论文ｒ＝。？＾。＋（２１如冶如）７：１ｒＴｘ－＋２巧如Ｘ＋＊４１４巧（艺ｉ）公〇化）（／（心ｒ公化）（），芝＞Ｎｐ＾ｒｒｍ＇＝０／ｃＪｘ口巧２Ｆｊ＋ｃＡ：＾Ａ＋７（ｙ（）（）化），，２］上式中矩阵〇和乎分别为；＂＇＝〇＝〇〇〇７？７＋？乂么（）０（岭馬；交如）０ｍ＊＝ｌ讯１在无约束的情况下－，成本函数式４１４的最优解由下式给定：（）－１＝－－化：４巧〇（化１５））（根据求得的最佳参数向量；，滚动时域控制律可用下式实现：７－Ｏｆ０．．０．Ａ（；：ｒｏＺ〇．？．炉ｆ２（）ｍ．．．．心／化＝４－１巧）巧（〇〇？？？Ｌ？ｉ〇ｆ．ｒ２＾Ａ＝…。上式中〇（：１２ｗ表示与１〇维数相同的元素都为零的行向量［，，，）＊（）Ａ４－将用替换并且假设在预测时域范围内未来的参考轨迹为常数，则式（１６）中的控制变量可写成线性状态反馈控制的形式，目Ｐ：－三ｋ４－啤Ｋｘ１７），＇护（）（）其中的状态反馈控制增益矩阵为：＿－ｒ０〇．．．炉Ａ（）１ｍＯＬ〇．．．０ｆ，（ｙ：’．？？－Ｋ＝Ｑ呼ｍｃｐ〇〇．．．ＬＭ＼ｒｉ根据上式定义的状态反馈控制増益矩阵，系统的闭环反馈控制表达式５２ 山东大学硕±学位论文为：－ｘｋ＝－＋ｌＡＢＫｘＷ４１８（）（？＾（）因此预测拉制系统的闭环稳定性和性能可Ｗ通过确定其闭环特征值的位置来加Ｗ检验。４．２．２采用拉盖尔函巧的多变量有约束模型预测控制一致与加在单变量系统上的约束情况，加在多变量控制系统中的约束也分为Ｈ种情况，即加在控制变量增量上的约束、加在控制变量上的约束、加在输出变量上的约束。同样采用二次规划方法系统地将约束处理与多变量预测控制联系起来一。对于系统的输入、输出变量多于个的情况，需要分别对每个变量规定相应的约束。Ｗ加在控制变量增量变化上的约束为例假设各个控制增量的约束上限为：ｍ。＂化Ａｌ／么．．．Ａ［］’峰城下限为：？＂Ａｍ＊［则每个控制变量增量的约束可分别描述为：＂＊＇＂Ａｍ，＂＂＊？Ａｗｆ＜Ａｗ０含Ａｍ２（；？＂Ａｍ类似地，控制变量幅值上的约束和输出变量的约束可Ｗ分别表示为：ｕｒ＜ｕｋ＜ｕ，（）ｒｍｍ＼ｙｔｎ５３ 山东大学硕古学位论文＜ｋ＜ｙｒｙ，｛）ｙｒ＾ｙ＜ｋ＜ｙ＾ｙ，ｉ）；Ｈ种约束都用參数向量ＡＣ／表示出来，并且都分解成两部分，表示如下：－ｍｉ。－［／－Ａｆ／］「ＡＣ／＜醒／ＡＣ／＿」［田ｈ－－＋＜－ＣＡ１ＣＡＣ／Ｃ／（＞（，）！）ｍｗ－／＜Ｃ：ｌ＋ＣＡＣｔ／（＞＾）２）ｍ山－－＇＋＞Ａ０Ｃ／拿ｙ（歸）），ｍ曲仍＋巫ＡＣ／言ｙ（化））最后形式化表述为：必么。＜４－１９２（）声３」Ｕ．式中各个数据矩阵分别表示为；ｍｉｎ＿－－－ｔ／＋〇／（＊１）「叫Ｍ，「］「１Ｍ〔—－２八：〇Ｉ｜＿」Ｌ邸化」Ｉ－‘。－企１－严＋仍，，「、Ｔ「化）ｍ掛ｍ化Ａｔ／乐ｙ＋仍化」）Ｌ」［［—对多变量的约束进行优化的过程与单变量相同，即在保证上述不等式约束成立的情况下解出使得成本函数最小的７，进而解出最优控制轨迹。４．３基于拉盖尔函数的预测控制算法的实现及参数整定４．３．１￥ｍｍｍｍ应用拉盖尔函数网络进行多输入一一多输出离散时间预测控制的设计方法５４ 山东大学硕壬学位论文实现步骤如下：（１）前期准备：实际工业应用中系统模型未知的情况下，首先需要根据系统的输入、输出数据进行系统模型辨识，用传递函数Ｗ权）的形式描述被控对象，对象具有ｍ个输入３－、ｑ个输出，然后进行离散化，由式（巧求得系统的增广矩阵（Ａ，Ｂ，Ｑ，为后面的计算做准备。初始值设置：多变量拉盖尔函数的预测控制时，每个输入信号对应的拉（巧盖尔极点和Ｎ都是相互独立的，它们的选取具有完全的灵活性。状态变量加权＾矩阵Ｑ、输入变量加权矩阵民、拉盖尔参数（ａ，Ｎ）、预测时域等。其中０＝ＣＣ，民是与输入维数相同的对角方阵，ａ、Ｎ均是与输入维数相同的行向量。３成本函数计算；根据第１步求出的增广矩阵Ａ、Ｂ及已经设定的参数ａ、（）（）Ｎ－－、Ｗ、Ｑ、Ｒ由（３２８）、（３３０）求出Ｑ和Ｔ的值，此过程中用到了离散时间拉ｐ盖尔函数网络Ｘ（Ａ）。４￣系统滚动优化：设仿真肿间为Ｎｓｉｍ，对于ｋ从０Ｎｓｉｍ执行Ｗ下操作：（）＿＿ａ＝＋－ｘ－设方ｌＡ＋ｌＡ为増广状态变量，其中）／防作）？（０＿Ｋ）Ｋ）ｆ＋为下一时刻的状态变量，的）为当前时刻的狀态变量，＋ｈ为下一时刻预测输出值，Ｋ０为设定点信号；－ｉ＇ｂ由第３＝－ＱＷＴ）（）步得出的结果计算拉盖尔系数矩阵７７；／ｆ＝Ｃ王）计算控制增量Ａｕ巧；＝ｄ计算控制量ＷＭ＋Ａｍ）；＝ｅＣＸＡ＋ｌ）计算预测输出值＋；Ｕｍｍ（）ｆ）将ｃ、ｄ、ｅ步得出的变量值保存待曲线输出舟调用；；ｃｇ将当前时刻的状态变量０保存到变量，然后根据式）？（Ｗ＝＋Ｘ蛛＋１公？ｍ）脚ｍ作）ｋ＋ｌ＝Ｃｘｋｙｉ）？？（）一时刻的状态变量和输出变量计算下，并用式５５ 山东大学硕古学位论文＾＝－ｋ－Ｘｘｋ＋＼＋１ｒｋ＋１ｆ｛？｛）ｙ（）（）］对増广巧态变量进行更新；＝ｈ）令ｋ：ｋ＋ｌ，转ｂ）步；４．３．２参数城綠在ＭＩＭＯ预测控制系统的形式化表达中，每个输入信号都有其独自对应的拉盖尔极点用来改变控制増量信号的衰减率。对于多输入系统参数ａ和Ｎ的选取具有完全的独立性。ＭＩＭＯ预测按制算法需要整定的参数也包括量权重矩阵Ｑ、输入变量权重矩阵民、拉盖尔网络极点ａ、拉盖尔网络阶数Ｎ、预测时域ｉＶ，这些参数的整ｐ定方法与ＳＩＳＯ系统的整定方法类似，只是将每个输入对应的参数可Ｗ按照单变量的整定方法进行整定。４．４仿真研巧８０％工选取某电厂６００ＭＷ超临界机组的直流锅炉，工作在况下，对其进行基于拉盖尔函数的有约束预测控制。根据第二章所介绍，直流锅炉机姐可Ｗ一等效成－Ｈ输出的多变量控制系统个兰输入，但是汽轮机阀口开度对中间点温一￣一，可Ｗ忽略不计度的影响很小，系统被简化成个双输入双输出系统，利用燃水比来控制出口压力和中间点温度。４．４．１大型直流巧炉化组多纖型－被控对象传递函数模型如图４１所示：５６ 山东大学硕古学位论文Ｗ＞ＧｗＷ哗ＧｐｗＱｙ）——＾Ｇｔｂ的＼＊公Ｇｓ化ｉ）４－图１单元机组被控对象传递函数模型文献４２—双输出系统模型［］高宇峰建立了直流锅炉双输入，其传递函数矩阵为：ＴＧＷｗ切＿ＰＧｓＧｓＢｐｉ）ｐｂ｛）＿ｔ．－ｗ＿＿＿其中；２－－－０．０１４ｙ０．００８ｓ０．００３８ｗ—Ｗ３２ｓ＋１＿ｙ．２９３＋３９６８ｓ＋０．０２２１＾０．００１２＾＋０．００４１５＋０．０００１Ｇ—３２＿ｙ＋０．３２１１＾＋００２２５Ｊ＋０．０００１０－．０００８５０．００３６、ｗＷ—２五＋００７６０ｓ＋０００３０２０－．００００如０．０００１６ｓ＋．０００００４。（、＝—Ｃ／ｐｏＳ：ｚ（）３２ｓ＋０５６４＾＋０〇３％５五＋００００４首先利用ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ对模型的阶跃响应进行仿真，分别进行燃料量阶跃输入和给水流量阶跃输入，得出系统中间点温度和主蒸汽压力响应，分析其结果－、－。所得阶跃响应输出曲线如图４２４３所示：５７ 山东大学硕±学位论文给水流量阶跃扰动下中间点温度响应０＇ｒ＇＇－－－０＼．０５－－－Ｓｏ－ｉ－－－０１５．一＂＾－＾―－－？％５０〇１００。ｄｏｏ给水流量阶跃犹动下主蒸汽压力响应？—Ｉ１５ＩＩＩｉＩＩＩＩ１＾－＾、羣「－－０．５／ＩＱ＼Ｊ＿ＩｉＩＪＩＩＩＩ０５０１００１５０２００２５０３００３５０４００４５０５００ＳａｍｐｉｎＩｎｔａｔｌｇｓｎ图４－２给水流量阶跃扰动下的输出响应燃料量阶跃扰动下中间点温度响应１ＩＩ＇￣１ＩＩＩ■１ＩＩ－０－ｉ．５．／Ｉ１Ｉ１ＩＱ［ＩＩＩ［０２００４００６００８００１０００１２００１４００１６００１８００２０００燃料量阶跃扰动下主蒸汽庙力响应。１．．｜Ｉ－－芝０５－／．０／／／ＩＩＩ０１Ｉ１ＩＩ０１００２００３００４００５００目００７００８００ＳａｍｐｌｉｎｇＩｎｓｔａｎｔ图４－３燃料量阶跃扰动下的输出响应５８ 山东大学硕±学位论文上仿真结果表明系统的阶跃性能良好－６所示的直流锅炉，与第二章图２。的动态特性相符因此，可Ｗ利用此模型进行多变量预测控制方案的验证。４．４．２预測按制与常规ＰＩＤ方法巧巧’‘＇＝￣４仿真过程中间点温度要求保持在３９０它１０（：之间，设定点温度１１４００（：；￣＝．８３２５．８３ＭＰａｒ２２５ＭＰａ主蒸汽压力要求为２４，设定点皮力；根据３．３．２参数整定方法对系统的参数进行整定，得出各个参数如下：状态Ｇ０。〇＂ｘｉ１１ｘｉ２＝＝＝变量权重矩阵，ｉ？ａ０．７０７ｉＶ＝８８，．，，０「］［］Ｉ；］Ｐ］〇１０Ｋ，ｉ心」Ｌ」ｉＶ＝８６。，初始状态设为０ｐＳ＂同时利用ｉｍｕｌｉｎｋ搭建出常规ＰＩＤ控制框图如图４４所示；‘１巧￣￣￣￣＾４３９ｈＴ知０３Ｐ（ＯＣ？？ｍｎ＊ｆ２ＧｉｎｗｉＡｒＦＭＬＨｉＩ片＊冲「＾ｐ－Ｉ（ＷＬＴｅｗｅ」０１２Ｔｎｎ？？＇Ｆｃｎ１ＶＨ？２２２１０？＂，Ｄ１２ＴｍＭｆ？ｆＦｃｎ１￣￣＾ＬＱＤ＊Ｈｓｌ＾１？ｅｎＢ＊ａＰｉＴＯＳＣＢ＃ｒｔ？？＃Ｗｅ？ｔＪ〇？２ＴＰ？ｆＩＰｔｓ＾ｔ－图４－４双输入双输出系统ＰＩＤ仿真方框图所使用的控制器参数如下：传递函数：Ｗ似＝Ｋｆ＋＾＋ｉｉ：ＤＪＳ＝＝Ｋ＝温度控制器：Ｋｐ４４．４２０９；１化．８５０９；。５．巧５４＝％＝＝：Ｋ．３８８０Ｋ１２７．６５０６及９．０５４６压为控制器ｐ；；。／首先对被控对象利用ＭＡＴＬＡＢ进行基于拉盖尔函数的无约束预测拉制，所５９ 山东大学硕古学位论文Ａ的曲线如图４－５所示得系统的输出变量ｙ（），实线表示应用基于拉盖尔函数的预测控制方法得出的响应，虚线表示常规ＰＩＤ方法得出的响应；中间点温度ＴＩ６００ＩＩＩ！—－—？．一？－４００＂％〇〇－／－／／ＩＩＩＩＩ００１００２孤３００４００加０６００ＳａｍｉｐｌｎｇＩｎｓｔａｎｔ主蒸汽压力ｐｔ３０ｆＩＩＩＩ—－…．．一？＇－２０－－／ｙ－／－－０Ｊ１／／＾－Ｌ＞／ｊＩＩＱｔＩＩ０１００２００３００４００５００飢０ＳａｍｌｉｎｐｇＩｎｓｔａｎｔ图４－５多变量预测控制输出响应由图４－５可Ｗ看出应用基于拉盖尔函数的预测控制方法进行直流锅炉多变量的预测控制时，中间点湿度和主蒸汽压力能够很好地跟踪设定值变化，中间点温度在２１５ｓ时达到稳定状态，主蒸汽压力在２５化左右达到稳定值，均比应用常规ＰＩＤ控制方法时的调节时间短，而且超调也比ＰＩＤ控制要小，说明基于拉盖尔函数的预测控制方法具有巧常规ＰＩＤ方法更好的跟踪能力。４．４．３抗干巧性巧比较一一个好的控制系统应该具有较强的抗干扰能力。下面分别在３０化时添加个干扰－，观察两种捏制方法的响应曲线。仿真结果如图４６所示：实线表示预测控制方法，虚线表示常规ＰＩＤ控制方法。６０ 山东大学硕古学位论文中间点温度ＴＩＩ０００Ｉ［１Ｉ￣—＂■￣￣，■＇＇＊２。。—一Ｌ＾／＇ＱＩＩＩＩＩ０１００２００３００４００５００６００ＳａｍｌｉｎＩｎｓｔａｎｔｐｇ主蒸汽压力ｐｔ００ＩＩＩＩ１－４０－八、ｉＱＩ［Ｉ１０１００２００３００４００５００６００ＳａｍｐｌｉｎｇＩｎｓｔａｎｔ图４－６抗干扰性能比较由图４－６可Ｗ看出ＰＩＤ方法的，在受到干扰时，预测控制的响应曲线都比ｉｌ得出结论响应曲线调整时间短，并且波动幅度也比较小。因此可Ｕ：基于撞盖尔函数的预测控制方法应用在直流锅炉的控制系统中具有较强的抗干扰能力，可Ｗ增强被控系统的性能。４乂４ＭＩＭＯ系统有約束预巧拴制巧真对输出变量进行基于拉盖尔函数的有约束的预测控制，加在输出变量中间■上的约束分别为点温度Ｔ和主蒸汽压力巧；－３９０Ｔ４１０厂１厂］厂＜＜—－２４．３３／２６．３３」［＾」［．＿－７所示利用ＭＡＴＬＡＢ对有约束的被控对象输出进行仿真，所得输出曲线如图４：６１ 山东大学硕主学位论文中间点温度Ｔ０００ＩＩＩ！Ｉ４００－＾－００／ＱＩ［ＩＩＩ０１００２００３００４００５００６００ＳａｍｐｌｉｎｇＩｎｓｔａｎｔ主該汽压力ｐｔＩＩ３０ＩＩＩｉ＼＾＾ｇ＂／—１。／Ｌ－＾Ｑ１ＩＩＩＩ０１００２００３００４００５００６００Ｓａｍｐｌｉ口ｇＩｎｓｔａｎｔ图４－７有约束输出变量由所得的曲线图分析可知，在选择合适的定标因子ａ，Ｗ及参数Ｎ的情况下，对多变量系统应用拉盖尔函数预测控制的方法可Ｗ很快地使系统稳定，并，且精确地跟踪设定点值当给输出变量施加约束时，输出变量也可Ｗ在保证满足约束条件的情况下最后趋于稳定。仿真结果表明，基于拉盖尔函数的有约束预测控制可对多变量输入输出系统进行有效的控制，并且使得输出结果在满足约束要求的条件下快速、准痛地追踪设定信号。４．５本章小结本章主要将第三章介绍的基于拉盖尔函数的单变量有约束预测控制算法推广到多变量系统中，提出了基于拉盖尔函数的多变量预测控制方案，并将其应一－用到大型直流锅炉的控制系统中，该被控对象被简化为个双输入双输出系统，利用ＭＡＴＬＡＢ对所提出的方案进行了仿真验证，并验证了方案的有效巧。６２ 山东大学硕±学位论文第五章应用软件包设计与开发５．１雌第四章分析了多变量预测控制算法的设计步骤与参数整定的方法，本部分根据前面章节的分析过程和结果，利用ＭＡＴＬＡＢ设计开发了基于ＰＣ平台的单变量与多变量预测控制应用软件包。软件包括＾＾＾下几个模块：数据采集模跌、模型辨识模块、模型预测模块、参数整定模块、数据输入模块、系统仿真模块、实时控制模块等。该软件运行于ＰＣ机的Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下，硬件要求低，应用比较灵活。该软件的优点是对多变量控制系统进行预测控制仿真，减少参数的调节时间，提高系统的控制性能。５．２软件框架－本软件采用ＭＡＴＬＡＢ编写，适用于ＰＣ平台，系统结构框架如图５１所示：系统结构ＸｒｒＴＩ［３１：｝数模模参数系实据型型数据统时采辨预整输仿巧集识测定入真制璋模模璋模模模疾块襄喪窠块英图５－１预测控制软件框架图其中数据采集模块、模型辨识模块和实时捏制模块只完成了部分设计，还未进入程序编写阶段。，下面对各个模块的功能进行简单介绍１数据采集模块（）进行预测控制前需要得到被控对象的模型，而数据采集模块的作用是采集被控对象的输入、输出数据，并对这些数据进行整理，提供给模型辨识模块进行辨识。６３ 山东大学硕：ｉｒ学位论文（巧模型辨识模块本模块的作用是利用数据采集模块提供的数据进行模型辨识和参数整定，为控制器提供被控对象的模型。本软件主要传递函数作为预测模型，模型辨识出来｜＾＾后提交给离散化模块对连续的传递函数进行离散化。（３）模型预测模块本模块的作用是将辨识出来的连续传递函数离散化，然后根据计算出来的－离散化系统矩阵计算系统的增广矩阵（Ａ，Ｃ及权重矩阵Ｑ、Ｒ。由式（３５计，Ｂ））ｆ＝＝其中算系统的増广矩阵（Ａ，Ｂ，Ｃ），ｅＣＣ，Ｘ用作为获得期。望的巧环性能而设定的一个整定参数，这部分计算是可Ｗ离线得到的，对实时在线控制不会产生影响。（４）参数整定模块此模块主要是将预测控制的结果与ＤＬＱＲ结果进行比较，产生最优的拉盖尔参数ａ、Ｎ，及其他需要整定的参数。５（繳据输入模块本模块实现人机交换功能，操作员可通过输入窗口输入控制参数。包括被巧对象的输入、输出的维数，系统的阶次、采样周期ｔ、预测时域ｉＶ、Ｒ、ａ、ｐＮ等。６系统仿真模块（）此模块可Ｗ进行己知对象模型的系统仿真，由数据输入模块设置好各参数后，点击仿真按钮进入到多变量预测控制仿真平台。窗口左侧显示设置的控制器参数＞１对，点击设置输出按纽进入仿真设定输出对话框，可１＾输出参数进行设定。（７矮时控制模块在系统运行状态良好、通讯正常、模型己知、参数适当的情况下，此软件一个实际对象进行实时控制可Ｗ通过实肿控制模块对，被控对象的输出曲线和当前输入—、输出值都可Ｗ目了然。６４ 山东大学硕女学位论文５．３软件的特点和功能该软件运行于操作系统为Ｗｉｎｄｏｗｓ的普通计算机或工控化平台上，对系统的硬件配置要求不是很高，具有很强的适应化和灵活性，可？满足不同的用户需求。该软件的功能是利用矩阵计算模块得到系统的増广矩阵，然后通过数据输入模块将整定得到的控制参数输入，利用基于技蓋尔函数的预测控制算法计算一一未来控制信号序列Ａｔ；，将此序列的第项作为下个采样时刻的控制变量对系统进行滚动优化，最后将仿真结果输出显示，通过分析输出结果再对系统的参数进行调整，从而得到更加优化的系统性能。该软件需要进一步完成的工作是将数据采集模块和模型辨识模块的程序编写完整，这样在系统硬件完好且通讯正常的情况下就可Ｗ利用此软件进行实际系统的实时控制。５．４软件应用实例选定被控对象为２ｘ２的系统，其数学模型为：－＿乂Ｇ。（句巧２（乂１＝］「叫「其中：－—３２１９一８户．０７８ｘ１０ｓ＋０．０４９９６ｊ＋８．４１２ｘ１００５＝１ｒ（），２《０１９７３ｓ０．００１０９＋０＋０５－￣——２３＾２５８－１．１７１ｘ１〇ｊ８．１９２ｘ１０ｊ＋６６６７ｘ１０文＋８９４ｘ１０．４ＧＷ）－１２＿－－７３Ｖ５《＋１３３ｘｉ〇＋３３９４ｘ１〇ｊ＋２．１８５ｘ１〇２－４—５－－０ｓ＾．０１２６２＋１．４８８ｘ１〇ｓ４．４９６ｘ１０ｓ＝Ｔ（）—５＋〇〇ｉ８８９ｊ＋９％１ｘ１０＿２２－４－６６＿．１９ｘｌＯ；ｙ２．９４４ｘｉ〇ｓ＋９．６７４ｘｌ〇。、＝０２２＾；０—：２２５ｓ＋１．％４ｘ１（Ｔｓ＋２．９３＾１０６５ 山东大学硕女学位论文３．３２：根据．节参数整定方法得到各参数值如下〇１００’，…＝＝＝Ｔ＝＝０，乂，ａ阳带化犯，Ａ３，７７］［巧＂〇〇ｌｏＬ２ｘＵｈ．２ＪＬｊ５－２所示仿真得出曲线如图：＞１＇＇＇１．５｜－１０－／－＞．５＾＿０ｉ＇＞＇＇＇－０．５０１００２００３００４００５００６００１＇＇＊Ｉ＇．５１１－卢—－－ｉ０／ｐ．５＾－０＊＇＇＊１＊－０．５０１００２００３００４００５００６００ＳａｍｐｌｉｎｇＩｎｓｔａｎｔ－團５２多变量预测控制软件包化真结果结果表明根据第Ｈ章所述的参数整定方法确定各个参数值Ｗ后应用此软件平台进行仿真，可Ｗ得到比较满意的结果，系统可Ｗ很好地跟踪设定值。５．５本＊小结本章基于ＰＣ平台利用ＭＡＴＬＡＢ开发设计了多变量预测控制仿真软件包，利用此软件包进行仿真可［＾＾导到比较满意的效果，对系统硬件要求也不是很高，应用灵活，通过改变参数设置可Ｌ义满足不同客户的需求。但是还有许多需要改进的地方，例如完成通讯及数据采集等模块的设计，可将此软件用于工业现场的实时控制。６６ 山东大学硕±学位论文第六章总结与展望本文主要Ｗ超（超）临界大型直流锅炉先进控制为背景，应用基于拉盖尔函数的新型预测控制算法，研究提出了适用于大型直流锅炉机沮的单变量和多变量有约束预测控制方案，结合实际机组模型对提出的控制方案进行了仿真验证，验证了所提出的控制方案的有效性。６．１工作总结本文选用基于拉盖尔函数的新型预测控制算法，对超（超）临界大型直流锅炉机组的主汽温度控制系统和协调控制系统进行了预测控制。主要工作及结论如下：（１）分析了超（超）临界大型直流锅炉机组温控系统及协调控制系统的特点及常规控制策略，可知超（超）临界大型直流锅炉的协调控制系统属于非线性、强稱合、多变量对象，而且由于物理的、工艺的、经济的等各种不可控因素的影响会对被控对象的输入输出产生各种约束，常规控制策略不能够有效地满足控一，而基于拉制要求，需要找到种先进的控制算法对被控对象进行更好的控制盖尔函数的预测按制算法的最大特点就是具有强大的约束处理能力，对于实际控制系统具有很大的研究价值。２提出了适用于大型直流锅炉机组温控系统的单变量有约束预测控制方（）案和针对协调控制系统的多变量有约束预测控制方案，并进行了ＭＡＴＬＡＢ编程实现了算法，对基于拉盖尔函数的预测控制算法的参数进行了整定，并进行了仿真，结果与常规ＰＩＤ控制方法比较。结果证明本文提出的方案均可Ｗ通过选择合适的预测时域ＴＶ、拉盖尔极点ａ、Ｗ及拉盖尔网络的阶数Ｎ，使得输出跟ｐ随设定值稳定地变化，并且在有输出约束的情况下，系统输出被限制在约束范围内，最后稳定的趋于设定值。验证了基于抢盖尔函数的有约束预测拴制算法的有效性及优越性。６７ 山东大学硕±学位论文６．２研巧展望本文中只对大型直流锅炉的温控系统和协调控制系统进行了新算法的仿真．验证，，并且只在输出变量上面施加了约束而大型直流锅炉机组还有燃烧控制一系统、给水控制系统等，需要所有控制系统配合起来才能得到个经济、稳定的控制系统，而在直流锅炉析ｉ且运行过程中各个子系统都会受到来自各方面不同的限制，体现在控制变量上就是施加在输入、输出上的约束，所Ｗ实际机姐的运行过程是一个错综复杂的过程，需要不断地对已有算法进行优化改善或者研巧开发新的控制算法来适应复杂多变的被控对象，这样才能提高机組的运行效率，减少污染排放，进而提商其经济效益。６８ 山东大学硕古学位论文折文巧［Ｉ］肖大维．超超临界机组控制设备及系统［Ｍ］．北京：化学工业出版社．２００８Ｐ．超超临界火电机组热工控制技术［Ｍ］．北京：中国电力出版社．２０１３：＾１．］张雨飞口］ＭｏｒａｒｉＭｏｄｅｌｒｅｄｉｃｔｉｖｅＣＯ打ｔｒｏｌ：Ｐａｓｔ，ｒｅｓｅｎｔａｎｄｆｌｉｔｕｒｅ［Ｊ．Ｃｏｍｕｔｅ巧ａｎｄｐｐ］ｐＣｈｅｍ－ｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎ，１９９９，２３（４２５）：６６７６８２．ｇｇ４Ｙａ＊［］ｓｈＰ．Ｇｕｐｔａ．ＭｏｄｅＩｉｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｈＰａｓｔｒｅｓｅｎｔａｎｄｆｉｉｔｕｒｅ口］．Ｃａｎａｄｉａｎｐ本Ｊｏｕｍａｌｉｎｅｅｒｉｎ－ｌｏｆＣｈｅｍｉｃａＥｎ，１９％７１８：６１７６２４．ｇｇ，（）５ｉｎＳＪＢａｄｗｅｌｌＴＡ．Ａｓｕｒｖｅｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｍｏｄｅｌｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ［］Ｑ，ｇｙｐｃｈｎｏｏｎｏｎｎｅｅｒｉｎｒａｃｔｃｅ－化ｌｏｇｙ．ＣｔｒｌＥｇｉｇｉ２００３１１７：７３３７６４Ｐ，，（）６ＭａｎｅＤＲａｗｌｉｎｓＪＢ民ａｏＣＳｃｏｋａｅｒｔＰＯＭ．Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄｍｏｄｅｌ［］ｙ化ｇ，乂—ｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ：ｓｔａＷｌｉｔａｎｄｏｔｉｍａｌｉｔｙ？Ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌ２０００３６：７８９８１４ｐｙｐ，巧）＇ｎ７ＭｏｒａｒｉＭＢａｒｉｃＭ．Ｒｅｃｅｔｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄｈｂｒｉｄ［］，ｐｙｕｔｅ－—ｓｔｅｍｓ．ＣｏｍｒｓａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎ２００６３（１０１２：１６１９１６３１．巧ｐｇｇ，，Ｘ）－Ｘ－ｅｎｅｅｉｕｎｄａｍｅｎａｉＹｕＧｉ口Ｗ．Ｆｔｌｈｉｌｏｓｏｈａｎｄｓｔａｔｕｓｏｆｕａｌｉｔａｔｉｖｅ［巧ｇ，Ｌｐｐｙｑｔ－ｓｎｈｅｓｉｓｍｏｄｅｌｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ．ＡｃｔａＡｕｔｏｍａｔｉｃａＳｉｎｉｃａ２００８３４１０：１２２５ｙ，，（）ｐ１２３４９一席裕庚，，？现状与挑战抑自动化学报３［］李德伟林妹模型预测控制，２０１，３９３－；２２２２巧．（）［１０］席裕庚？预测控制［Ｍ］？北京：国防工业出版社．１９％．［ＩＩ］李书臣，徐也和，李平．预测控制最新算法综述．系统巧真学报２００４１６；，，巧）１３１４．１２ＲｉｃｈａｌｅｔＪｅｔａｌ．ＭｏｄｅｌＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅＨｅｕｒｉｔｉｃＣｏｎｔｒｏｌ：ＡｌｉｃａｔｉｓｔｏＩｎｄｕｓｔｒｉａｌ［］，ｓｐｐｏｎＰｒｏｃｅｓｓｅｓ－．Ａｕｔｏｍａｔｉｃａ１９７８１４；４８，５１３４２．，（）Ｄｅ－ｎＫｅｙｓｅｒ民ＭＣ，ＶａｎＣａｕｗｅｎｂｅｒｈｅＡ艮卫ｘｔｅｎｄｅｄＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎＳｅｌｆａｄａｐｔｉｖｅ［］ｇＣｏｎｔｒｏｌ．ＩｎｒＢａｒｋｅｒＨＡ，ＹｏｕｎｇＰＣｅｄｓ．Ｉｄｅ打ｔｉｆｉｃａｔｉｏ打ａｎｄｇｙｓｔｅｍＰａｒａｍｅｔｅｒｓｉｍａｉｏｎ１ｒｄ－Ｅｔｔ９８５Ｖ：ｅｒａｍｏｎ．２．０ｘｆｏＰＰｒｅｓｓ１９８５．１２５５１２６０．ｇ，１４ＮａｋａｍｕｒａＨ？皮ＡｋａｉｋｅＨ．ＩＷｌ．Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｂｒｏｉｍａｌｃｏｎｏｌｏｆ［］，ｔｔｒ，ｐｉｔｉｌ－ｓｕｐｅｒｃｒｃａｔｈｅｒｍａｌｏｗｅｒｌａｎｔｓ．Ａｕｔｏｍａｔｉｃａ．１７１：１４３１５５．ｐｐ（）巧 山东大学硕古学位论文ｓｔｒｒ－ｒｏｕｏｉｌｅｒｎ１５ＴｒａｎｂａｅｋＫ．ＣｏｎａｉｎｅｄｃｏｎｔｏｌｏｆａｏｎｃｅｔｈｂｗｉｔｈｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎＩ［］ｇ，ｇｈ，化１７ＷｏｒｌｄＣｏｎｒｅｓｓＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＦｅｄｅｒａｔｉｏｎｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｃＣｏｎｔｒｏｌＩＦＡＣ，Ｊｕｌｇ，，ｙ－ｕｂ６２００８Ｊｕｌｙｌｌ２００８１ＰＡＲＴ１ｅｄｎＳｅｏｕｌＫｏｒｅａＲｅｌｉｃｏｆ：Ｅｌｓｅｖｉｅｒ．，，，，，，ｐ－Ｋ－口巧ＬｅｅＫ．Ｙ．ＨｅｏＪ．Ｓ．ＨｏｆｍａｎＪ．Ａ．ＳｕｎＨｏ．底ＷｏｎＨｅｅＪ．Ｎｅｕｒａｌ，，，，，，ｇ，，，打ｅ－ｂａｓｅｄｔｗｏｒｋｍｏｄｅｌｉｎｇｆｏｒａｌａｒｅ＾ｃａｌｅｏｗｅｒｐｌａｎｔＩｎ２００７ＩＥＥＥＰｏｗｅｒｇｐ，－ｅｅｒｉｎｅｎｅｒａｅｔｉｎ－２２００ＥｎｉｎＳｏｃ．．ｉｅｔｙＧｌＭｅ２４８Ｊｕｎｅ７ｌ８ｇｇｇ，，ｐ［１７］Ｌｅｅ，ＩＣＹ．，ＶａｎＳｉｃｋｅｌ，Ｊ．Ｈ．，Ｈｏｆｉｎａｎ，Ｊ．Ａ．，Ｊｕｎｇ，Ｗ．Ｈ？，＆Ｋｉｍ，Ｓ．Ｈ．２〇１０．ｎ－－Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｄｅｓｉｇｆｏｒａｌａｒｇｅｓｃａｌｅｕｌｔｒａｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｏｎｃｅｔｈｒｏｕｇｈｂｏｉｌｅｒｏｗｅｒｐｎｅｒ－ｐｌａｎｔＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＥｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ．２５４）；１０６３１０７０．（－－ａｎ－ＷｉａｎｏｎｌＺｈｏｎＸｕ吐ＪｉａｎＲＨｉｉｉ．ＣｈｕＸｉｎＺ？衣ＺｈｉＫ．Ｓｔｕｄ［＾ｇ，，，，，，，，，ｑｇｙｓ－－ｔｉｍｕｌａｔｉｏ打ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｓｕｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｂｏ＂ｅｒｔｕｒｂｉｎｅｅ狂ｅｒａｔｏｒｕｎｉＩｎｐｇ，２００８ＪｏｉｎｔＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏａｎｄＩＥＥＥｇｙｅｒｎｄ－－ＰｏｗＩｉａＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＰＯＷＥＲＣＯＮ１２１５Ｏｃｔ．２００８ｌ５．（），，ｐｐ１９王国良调威武邵惠鹤．ｌＯＯＯＭＷ超超临界机细的多变量约束［］，陈世和张犧，－；．控制理论与应用：１巧３１５７８．预测控制的硏究，２０１２，巧叫巧２０ｅｄ０ｕｄｕ－Ｍｏｈａｍ？ＳｔｏｆＥｎｅｒＥ粗ｃｉｅｎｔＳｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＣｏａｌＦｉｒｅｄＰｏｗｅｒＰｌａｎｔ［］，ｙｇｙｐＤｎａｍｉｃｅｓｏｕｓｅｓａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＳｔｒａｔｅｉｅｓＰｈ．Ｄ．Ｔｈｅｓｉｓ．ＵＫ：ＴｈｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＯｆｙｐｇ［］Ｂｉｒｍｉｎｇｈａｍ，Ａｕｇｕｓｔ２０１２．２．北京冰利电力出版社８６．［Ｕ张法克直流炉单元姐自动调节系统［Ｍ］，１９［２巧刘维．超烟）临界机组控制方法与应用［Ｍ］．北京冲国电为出版化２０１０．２３．预测控制在超临界单元机组协调控制系统中的应用［Ｍ］．２０１２．［則景斌［２４］张磊，叶飞超（超）临界活力发电技术［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，－２００９：３１０３１１．２５ＬｉｕｉｎＷａｎ．ＭｏｄｅｌＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅＣｏｎｔｒｏｌＳｓ化ｍＤｅｓｉｎａｎｄＩｍｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ［］ｐｇｇｙｇｐ－ＵｓｉｎＭＡＴＬＡＢＭ．ＳｎｅｒＶｅｒｌａｏｎｄｏｎＬｉｍｉｔｅｄ．２００９．ｇ［］ｐｒｉｇｇＬ２６ＲｏｕｈａｎｉＲ，Ｍｅｈｒａ民Ｋ－Ｍｏｄｅｌ乂ＩｇｏｒｉｔｈｍｉｃＣｏｎｔｒｏｌＭＡＣ；ＢａｓｉｃＥｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ［］（）Ｐｒｏｅｔｃａ－ｒｔｉ化Ａｕｔｏｍａｉ１９８２１８４：４０１４１４．ｐｌ，（）２－７ＣｕｔｌｅｒＣＲＲａｍａｋｅｒＢＬｎａｍｉｃＭａｔｒｉｘＣｏｎｔｒｏｌＡＣｏｍｕｔｅｒＣｏｎｔｒｏｌ［］．Ｄ，ｙｐＡｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｉｎ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ１９８０ＪｉｏｎｔＡｕｔｏｍａｔｉｃＣｏｎｔｒｏｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＶ．Ｌ７０ 山东大学硕±学位论文ｕｔｏｍａｔ－Ｓａｎｒａｎｃｉｓｃｏ：ｅｒｉｃａｉｉｉｃＣｏｎｔｒｏｌＣｏｕｎｃｉｌ８０．．ＦＡｍＡ１９ＷＰ５Ｂ，２８ＣｌａｒｋｅＤＷＭｏｈｔａｄｉＣＴｕｆｆｓＰＳ．ＧｅｎｅｒａｌｉｚｅｄＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅ［］’’Ｃｏｎｔｒｏｔ３７－２ｌ．Ａｕｏｍａｔｉｃａ１％７２３２：１１６．，，（）［２９］Ｂ．Ｗａｈｌｂｅｒｇ．ＳｙｓｔｅｍｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｕｓｉｎｇＬａｇｕｅｒｒｅｍｏｄｅｌｓ．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｔ—ｏｎ；ＡｕｔｏｍａｉｃＣｏｎｔｒｏｌ３６：５５１５６２１９９１．，，［３０］殷巧德，姜树君．自动调节系统［Ｍ．］．北京：水利电力出版社，１９８８．６．Ｍ：２００７７．即］胡寿恰自动控制原理［．北京科学出版社，．］［３２］付诗琴．直流锅炉主汽温控制系统及其策略研究［Ｄ］［硕±］．保定：华北电力大学．２００９．０３．０１．［３３］杨获．基于广义预测控制的超临界参数单元机姐负荷控制与优化研究［Ｄ］［硕：ｔ］．浙江：浙江大学．２０１２．２［３４］苏瑞峰．６００ＭＷ超临界机组协调控制系统分析与优化［０］［＾｜±］．上海；上海交通大学．２０１２．１１．［３词王益群，孙孟瓶张假刘患具有状态观测器的广义动态矩阵控制在板带化．工程学报２００７机位置伺服系统中的应用ｍ机械，．．上海３７胡学聪．ＳＣＲ法烟气脱硝数值模拟及先进控制脚顺出：交通大［］学．２００９．０２．３８凤领．超临界机组中间点温度控制的研巧与仿真［Ｄ］［硕±］．保定；华北电力［］李大学．２００９．１２．口９朱传鹏．１０００ＭＷ超超临界机姐协调控制系统设计及其改进网［硕巧．秦皇］岛：燕山大学．２０１４．０５．４０邓僖聲．．保定；华［］状态空间模型预测控制在自动发电捏制中的应用［Ｄ］［硕±］．２０１１．北电力大学．０３＂Ｍ：王正林，郭阳宽．过程控制与Ｓｉｎｍｌｉｎｋ应用．北京电子工业出版［］［］社２００６．７，４２：华北电为大高宇峰．超超临界机姐燃水比控制策略研究［Ｄ］［硕古．保定［］］学．２０１０．３７１ 山东大学硕古学位论文７２ 山东大学硕古学位论文致谢Ｈ年研巧生生活即将结束，在此，我要向所有关私支持我的各位老师、同学、朋友Ｗ及家人表示衷也的感谢。首先，我要感谢我的硏巧生导师刘红波教授。Ｈ年的研巧生生活多半是在实验室中度过的，刘老师给我提供了好的学习环境和科研平台，并给予我专业上的指导和帮助，我的专业知识和科研能力都得到了很大提升。刘老师对待工作勤奋努力，对待朋友热也帮助，对待学生认真负责，这些都深深的影响着我，给我树立了学习的榜样。在课题的研究和论文的撰写过程中，刘老师给我指明了方向，并在我遇到困难时，给予我耐也的指导，在毕业之际，我向刘老师致Ｗ最衷也的感谢。一、感谢师兄明晓鹏师姐夏均霞，虽然两位都已经毕业，但是他们在我研、研二期间给予的帮助仍然是不可忽视的。感谢同学孙亭亭在平时的科研学习和生活上对我的帮助。感谢我的舍友解琳艳和黄鹏谈，他们都曾与我共同努力、一直挂念我支持我的朋友们相互帮助。感谢多年来，他们让我感受到了友谊的珍贵。最后，我要感谢我的家人，感谢他们多年来对我的默默奉献和大力支持，感谢他们对我的包容和照顾。７３ 山东大学硕±学位论文７４ 山东大学硕古学位论文攻读硕±学位期间发表的论文及参加的科研工作２０１２年济南高新区科ｋ发展计划重点项目：工化用煤粉锅炉满意优化节能控制系统研发（参与部分工作）。７５ 位论义＃巧及答情况表＾专业技术是否博导姓名＾＼所在单位评价职务（硕导）＾邱书波教授是齐鲁工业大学侵论隋青美教授是山东大学３５阅人专业技术是否情异姓名所在单位职务讀！？主席邱书波教授是齐鲁工业大学隋青美教授是山东大学起５刘红波教授是山东大学委委Ｓ杜晓通教授是山东大学会成曹玉强教授是山东大学员员答文ｂ指碟Ｂ秘书ＩＵ—备注Ｉ
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