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基于变区间宽度广义预测控制的供热机组灵活协调控制策略

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中国电机工程学报 2024年

作者：王玮谢欣言蔚伟胡勇曾德良华北电力大学控制与计算机工程学院华电电力科学研究院有限公司

充分利用热网蓄热实施供热抽汽调节是提升供热机组AGC调节性能的有效方案，为克服供热抽汽调节对机组热负荷的影响，该文提出一种基于变区间广义预测控制的供热机组灵活协调控制策略，该策略通过引入热负荷柔性区间控制，实现了基于电... 详细信息

充分利用热网蓄热实施供热抽汽调节是提升供热机组AGC调节性能的有效方案，为克服供热抽汽调节对机组热负荷的影响，该文提出一种基于变区间广义预测控制的供热机组灵活协调控制策略，该策略通过引入热负荷柔性区间控制，实现了基于电负荷快速响应和热负荷自适应恢复的电热协同优化。首先，通过模型仿真数据建立了直流炉供热机组的受控自回归积分滑动平均(CARIMA)模型；进一步，引入了双曲正切函数，设计了基于机组电热负荷的动态区间优化函数，并采用粒子群算法寻优确定被控量权重系数，构建了基于热负荷柔性区间控制的滚动优化目标；采用带遗忘因子的递推最小二乘法算法进行预测模型在线辨识实现反馈校正，与所设计的滚动优化目标，协调配合求取最优控制律。仿真结果表明，所提出的控制策略在保障热负荷供应的同时，使机组AGC综合指标提升了62%，满足电网的调峰需求。

关键词：供热机组广义预测控制变区间宽度灵活性

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基于多变量约束GPC的负荷频率控制

控制工程 2022年第12期29卷 2204-2212页

作者：郑阳陈启卷刘宛莹闫懂林武汉大学动力与机械学院湖北武汉430072

针对现代电力系统的复杂约束处理问题,提出一种基于多变量约束广义预测控制(GPC)的负荷频率控制(LFC)方法。以区域控制误差和部分待约束内部状态为输出变量,构建多变量受控自回归积分滑动平均预测模型,并根据丢番图方程的隐式解进行多... 详细信息

针对现代电力系统的复杂约束处理问题,提出一种基于多变量约束广义预测控制(GPC)的负荷频率控制(LFC)方法。以区域控制误差和部分待约束内部状态为输出变量,构建多变量受控自回归积分滑动平均预测模型,并根据丢番图方程的隐式解进行多变量输出轨迹预测,改善了经典GPC无法直接处理内部状态约束的缺点且减轻了在线计算负担。此外,以最临近历史控制序列的未来时刻控制量预测值代替实时控制律对随机输入延时进行补偿。以水火电混合多区域互联系统为例进行仿真,仿真结果表明,所提控制策略比传统PI控制的控制性能和时滞鲁棒性更优,比经典显式约束GPC的计算实时性更好。

关键词：水火电混合系统广义预测控制负荷频率控制输出轨迹预测

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广义预测控制算法在电镀废水处理中的应用

电镀与环保 2018年第2期38卷 68-70页

作者：陈景召陈军马世伟郑州大学西亚斯国际学院河南郑州451150 武汉科技大学冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心湖北武汉430081 许继变压器有限公司河南许昌461000

针对电镀废水处理系统存在的问题,运用西门子S7-400型PLC与组态软件WinCC,结合广义预测控制算法,设计了一套电镀废水综合处理控制系统。在分析了传统电镀废水处理系统工艺、技术原理和控制方案后,研究了运用广义预测控制算法实现系统软... 详细信息

针对电镀废水处理系统存在的问题,运用西门子S7-400型PLC与组态软件WinCC,结合广义预测控制算法,设计了一套电镀废水综合处理控制系统。在分析了传统电镀废水处理系统工艺、技术原理和控制方案后,研究了运用广义预测控制算法实现系统软件设计的可行性。将该方案投入实际工程中,整合并取代了原有废水处理系统及相应的分布式智能测控装置,实现了设备升级与改造。系统运行结果验证了该方案的可靠性与经济性。

关键词：电镀废水处理系统改造广义预测控制

广义预测控制方法在网络遥操作机器人系统中的应用

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机械工程学报 2009年第3期45卷 191-196页

作者：陈丹席宁王越超李洪谊唐旭晟中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室沈阳110016 福州大学电气工程与自动化学院福州350002 中国科学院研究生院北京100049

Internet网络的时变时延及网络数据丢包严重影响了遥操作机器人系统的操作性能,甚至造成系统不稳定。为了解决这一问题,提出一种新的基于Internet的遥操作机器人系统控制结构。通过在主端对给定信息加入时间标签获得过去的系统回路时延... 详细信息

Internet网络的时变时延及网络数据丢包严重影响了遥操作机器人系统的操作性能,甚至造成系统不稳定。为了解决这一问题,提出一种新的基于Internet的遥操作机器人系统控制结构。通过在主端对给定信息加入时间标签获得过去的系统回路时延,采用多元线性回归算法,预测下一时刻系统回路时延,然后在从端设计一个广义预测控制器控制远端机器人,从而改善时变时延对系统性能的影响。应用广义预测控制器产生的冗余控制信息,降低了网络数据丢包对系统的影响。最后根据预测控制稳定性定理,推导出系统的稳定性条件。仿真试验结果表明,该方法能有效解决时变时延以及网络数据丢包引起的性能下降问题。

关键词： Internet 网络遥操作广义预测控制时间标记

广义预测控制在电热锅炉温度控制中的应用研究

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广义预测控制在电热锅炉温度控制中的应用研究

作者：区杰勇东华大学

学位级别：硕士

在锅炉的工业生产过程中,温度的控制往往非常关键。然而在工业生产温度控制系统中,往往存在着时滞、时变等非线性特性,并且存在不可预测的扰动,使得系统难以控制。本文以THJ-3型高级过程控制对象系统实验装置的电加热炉为研究对象;研究... 详细信息

在锅炉的工业生产过程中,温度的控制往往非常关键。然而在工业生产温度控制系统中,往往存在着时滞、时变等非线性特性,并且存在不可预测的扰动,使得系统难以控制。本文以THJ-3型高级过程控制对象系统实验装置的电加热炉为研究对象;研究锅炉温度的控制策略,主要的研究内容如下:1、阶跃信号作为系统的输入激励该电加热炉系统,根据这些实验数据,分别建立了电加热炉温度模型和电加热炉夹套温度的干扰模型,并且验证了模型的有效性。2、基于所建立的电加热炉温度模型,设计了电加热炉的广义预测控制器,仿真以及实验研究结果均表明了该控制器的有效性;此外,设计了该电加热炉的数字PID控制器,并且比较了两种控制方法的结果,比较结果表明了预测控制器更适用于该系统的控制。3、电加热炉夹套温度的波动对该炉的温度影响很大,不能忽略其对炉温的影响,因此,电加热炉夹套温度的波动作为了预测控制目标函数的一项约束来考虑。即:基于电加热炉温度模型和电加热炉夹套温度的干扰模型,设计了电加热炉的一种带有干扰模型的广义预测控制器。仿真研究结果表明该控制器可以补偿外界扰动对系统的影响,从而减小系统的稳态误差。

关键词：过程控制温度控制计算机控制系统广义预测控制

广义预测控制在智能车辆横向控制中的应用研究

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广义预测控制在智能车辆横向控制中的应用研究

作者：郤伟太原科技大学

学位级别：硕士

汽车在人们生活中越来越重要,带来的交通问题也越来越严重。作为智能交通重要一环的智能车辆,其交通事故率低,道路通行更加高效,受到国内外学者关注。横向跟踪控制是研究智能车辆运动过程的关键技术之一,但横向控制系统存在明显耦合输... 详细信息

汽车在人们生活中越来越重要,带来的交通问题也越来越严重。作为智能交通重要一环的智能车辆,其交通事故率低,道路通行更加高效,受到国内外学者关注。横向跟踪控制是研究智能车辆运动过程的关键技术之一,但横向控制系统存在明显耦合输出。而广义预测控制（Generalized predictive control,GPC）可以利用已知信息在有限时段反复滚动优化,并且其积分作用能够很好的消除稳态误差,具有抗干扰性和鲁棒性,它的预测思想与驾驶员行车思维方式类似,是一种动态控制。因此,本文将广义预测控制器应用于智能车辆的横向控制,并针对性的对控制器进行了改进。具体内容如下:（1）针对二自由度单轨操纵横向控制动力学模型输出耦合的多变量系统,设计了快速求解Diophantine方程的多变量广义预测输出解耦控制器。首先分离输出耦合变量矩阵中与耦合相关的控制参数,并重新定义为对角阵和反对角矩阵的表达形式。其次对受控自回归积分滑动平均模型进行拆分,转化为含耦合和不含耦合两个相关模型,再分别将其与改进的Diophantine方程结合,得到多变量广义预测输出解耦控制器。最后将车辆横向控制模型进行离散化并转换成传递函数矩阵表达式,以满足多变量广义预测输出解耦控制器对模型的要求。（2）针对模型输出耦合现象,设计了广义预测控制最优性能指标函数,在性能指标函数中引入了输出耦合参数,用来消除横向控制模型中输出耦合对车辆运动状态的影响。首先对耦合参数作了对角线上为零的矩阵多项式变换。其次通过求解最优性能指标函数分离出与耦合变化相关联和不相关联的两部分,令耦合变化相关联的部分整体为零,求解引入的输出耦合参数。最后求得最优性能指标下的最优控制输入和最优预测输出。（3）针对智能车辆单入双出的横向动力学模型,改进了矩阵Diophantine多项式方程,对矩阵Diophantine方程进行变形,简化了计算量,提高了广义预测控制器的实时性。首先对矩阵Diophantine方程进行与设计的输出解耦控制器相关的对应耦合项分离,转换为三个矩阵Diophantine方程。然后通过矩阵元素之间的相互对应关系,矩阵转换为仅含单个参数的多项式方程进行求解。最后利用矩阵变换的方式,将计算得到的各个数据重新进行矩阵参数的对应位置排布,组成新的矩阵,即得到矩阵Diophantine方程的矩阵解。最后,将改进的GPC、GPC及PID控制器对智能车辆横向控制进行了仿真对比研究,验证了改进的广义预测控制器的有效性和优越性。

关键词：智能车辆广义预测控制横向控制动力学模型输出解耦

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基于频域的自抗扰广义预测控制的稳定性分析

哈尔滨工程大学学报 2018年第6期39卷 1046-1051页

作者：陈增强吴瑕孙明玮孙青林南开大学计算机与控制工程学院天津300350 天津市智能机器人重点实验室天津300350

为了克服广义预测控制的在线计算量大这一不足,本文提出了一种自抗扰广义预测控制(ADRC-GPC)算法。并针对一阶非线性不确定系统,推导了新算法的闭环反馈结构,分析了其频域特性,证明了所提算法的稳定性,利用Bode图分析总结了控制器参数... 详细信息

为了克服广义预测控制的在线计算量大这一不足,本文提出了一种自抗扰广义预测控制(ADRC-GPC)算法。并针对一阶非线性不确定系统,推导了新算法的闭环反馈结构,分析了其频域特性,证明了所提算法的稳定性,利用Bode图分析总结了控制器参数选取的原则与规律。分析结果表明:与传统的广义预测控制相比,新算法可以离线求得丢番图方程的通解,且无需辨识被控对象的参数,因此极大地减少了算法的线计算量;仿真结果表明:和β-GPC预测控制算法相比,新算法具有更好的动态性能和更高的控制精度。

关键词：广义预测控制自抗扰控制自抗扰广义预测控制闭环反馈结构频域特性稳定性

广义预测控制逆矩阵Toeplitz变换的快速算法

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仪器仪表学报 2010年第7期31卷 1626-1631页

作者：陈志旺刘文龙刘志辉燕山大学工业计算机控制工程河北省重点实验室秦皇岛066004 大庆石油学院应用技术学院秦皇岛066004

为提高广义预测控制系统的实时性,基于Toeplitz变换提出了广义预测控制(GPC)逆矩阵的快速算法。在预测时域N和控制时域M相等与不相等两种情况下,将控制律求逆部分变换成Toeplitz形式,采用Trench-Zohar求逆算法和下三角矩阵求逆算法快速... 详细信息

为提高广义预测控制系统的实时性,基于Toeplitz变换提出了广义预测控制(GPC)逆矩阵的快速算法。在预测时域N和控制时域M相等与不相等两种情况下,将控制律求逆部分变换成Toeplitz形式,采用Trench-Zohar求逆算法和下三角矩阵求逆算法快速求取变换后的逆矩阵。分析表明,该算法计算量比常规求逆计算低一阶,并且步骤简便,容易编程实现。实验研究验证了该算法的有效性。

关键词：广义预测控制逆矩阵 Toeplitz矩阵 Trench—Zohar算法

广义预测控制在600MW超临界机组协调及汽温控制系统优化中的应用

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中国电力 2014年第2期47卷 5-10页

作者：陈涛王珩胡昌盛钟奕南徐昌凯张琦安徽淮南平圩发电有限责任公司安徽淮南232089

针对安徽淮南平圩发电有限责任公司3号和4号600MW超临界机组存在的变负荷速率仅为1%/min、主蒸汽压力和温度的波动分别达0.7 MPa和15℃以上及再热汽温无法投入自动控制的实际情况,采用广义预测控制技术,提出了先进的协调及再热汽温控制... 详细信息

针对安徽淮南平圩发电有限责任公司3号和4号600MW超临界机组存在的变负荷速率仅为1%/min、主蒸汽压力和温度的波动分别达0.7 MPa和15℃以上及再热汽温无法投入自动控制的实际情况,采用广义预测控制技术,提出了先进的协调及再热汽温控制策略。实际应用表明:新的协调控制策略使机组的变负荷速率达到1.5%/min以上;在变负荷过程中主蒸汽压力和温度的最大动态偏差控制在0.4 MPa和6℃以内,且参数不再振荡,有效提高了机组的运行稳定性;新的再热汽温控制策略实现了烟气挡板对再热汽温的有效控制,再热汽温的最大动态偏差控制在6℃以内,且减少了再热喷水量20 t/h以上,提高了机组的运行经济效率。

关键词：超临界机组协调控制系统再热汽温广义预测控制负荷调节性能