一种带有有界控制输出的火电机组的协调控制方法与流程

技术特征：

1.一种带有有界控制输出的火电机组的协调控制方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：火电机组系统模型分析及建模；

分别定义状态变量x、控制输入u及变换矩阵G，并将火电机组协调控制系统描述为：

x＝Gu (2)

取如下变换

$u=G^{-1}\left[\begin{array}{cc}\frac{1}{s^2+s}& 0\\ 0& \frac{1}{s^2+s}\end{array}\right]\mathrm{\τ}---\left(3\right)$

其中，

则从而可得到火电机组控制系统方程为：

$\begin{array}{c}{\stackrel{\·\·}{x}}_1={\mathrm{\τ}}_1-{\stackrel{\·}{x}}_1\\ {\stackrel{\·\·}{x}}_2={\mathrm{\τ}}_2-{\stackrel{\·}{x}}_2\end{array}---\left(4\right)$

步骤二：利用Barrier李雅普诺夫函数进行火电机组的输出有界控制设计；

1)设定预定指令x_1d、x_2d，与系统的状态x₁、x₂相减得到z₁＝x₁-x_1d，z₂＝x₂-x_2d，则有

2)通过李雅普诺夫函数设计控制器；

定义李雅普诺夫函数如下：

$V=\frac{1}{2}\log \frac{k_{b1}^2}{k_{b1}^2-z_1^2}+\frac{1}{2}\log \frac{k_{b2}^2}{k_{b2}^2-{\stackrel{\·}{z}}_1^2}+\frac{1}{2}{{\stackrel{\·}{z}}_1}^2+\frac{1}{2}{k}_1{z_1}^2+\frac{1}{2}\log \frac{k_{b3}^2}{k_{b3}^2-z_2^2}+\frac{1}{2}\log \frac{k_{b4}^2}{k_{b4}^2-{\stackrel{\·}{z}}_2^2}+\frac{1}{2}{{\stackrel{\·}{z}}_2}^2+\frac{1}{2}{k}_2{z_2}^2---\left(9\right)$

其中，log(·)为自然对数，k_b1和k_b3分别为期望的输出量上限，k_b2和k_b4分别为期望的输出速度信息上限，初始条件满足|z₁(0)|＜k_b1，|z₂(0)|＜k_b3，

3)对式(9)求导经运算并将式(4)代入可得

$\begin{array}{c}\stackrel{\·}{V}={\stackrel{\·}{z}}_1\[\frac{z_1}{k_{b1}^2-z_1^2}+k_1{z}_1+(\frac{1}{k_{b2}^2-{\stackrel{\·}{z}}_1^2}+1)({\mathrm{\τ}}_1-{\stackrel{\·}{x}}_1-{\stackrel{\·\·}{x}}_{1d})\]\\ +{\stackrel{\·}{z}}_2(\frac{z_2}{k_{b3}^2-z_2^2}+k_2{z}_2+(\frac{1}{k_{b4}^2-{\stackrel{\·}{z}}_2^2}+1)({\mathrm{\τ}}_2-{\stackrel{\·}{x}}_2-{\stackrel{\·\·}{x}}_{2d}))\end{array}---\left(10\right)$

由此可得基于Barrier李雅普诺夫函数的控制器为

${\mathrm{\τ}}_1={\stackrel{\·}{x}}_1+{\stackrel{\·\·}{x}}_{1d}-\left(\frac{k_{b2}^2-{\stackrel{\·}{z}}_1^2}{k_{b2}^2-{\stackrel{\·}{z}}_1^2+1}\right)(\frac{z_1}{k_{b1}^2-z_1^2}+k_1{z}_1+k_3{\stackrel{\·}{z}}_1)---\left(11\right)$

${\mathrm{\τ}}_2={\stackrel{\·}{x}}_2+{\stackrel{\·\·}{x}}_{2d}-\left(\frac{k_{b4}^2-{\stackrel{\·}{z}}_2^2}{k_{b4}^2-{\stackrel{\·}{z}}_2^2+1}\right)(\frac{z_2}{k_{b3}^2-z_2^2}+k_2{z}_2+k_4{\stackrel{\·}{z}}_2)---\left(12\right)$

将式(11)、(12)所述控制器代入式(3)中，即得实际控制律u；

步骤三：跟踪性能检验与参数调节；

利用数值计算和控制系统仿真工具Matlab进行仿真验证；

步骤四：设计结束。

2.根据权利要求1所述一种带有有界控制输出的火电机组的协调控制方法，其特征在于：步骤一中火电机组系统模型分析过程如下：

将火电机组系统简化为一种双输入双输出系统，输出量为实际负荷和实际汽压；则火电机组协调控制系统可描述如下：

$\left[\begin{array}{c}nl\\ pr\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{g}_{11}& g_{12}\\ g_{21}& g_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}rb\\ ru\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中：nl表示实际负荷；

pr表示实际汽压；

rb表示实际燃料量；

ru为汽机主控；

分别定义状态变量x、控制输入u及变换矩阵G如下：

$x=\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}nl\\ pr\end{array}\right]$

$G=\left[\begin{array}{cc}{g}_{11}& g_{12}\\ g_{21}& g_{22}\end{array}\right]$

$u=\left[\begin{array}{c}{u}_1\\ u_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}rb\\ ru\end{array}\right]$

代入式(1)即得式(2)。