基于改进细菌菌落的主蒸汽温度线性自抗扰串级控制方法技术

本发明专利技术涉及火力发电、智能优化控制技术领域，具体涉及基于改进细菌菌落的主蒸汽温度线性自抗扰串级控制方法。本发明专利技术针对循环流化床锅炉主蒸汽温度系统存在非线性、多扰动等问题，采用串级控制与线性自抗扰控制相结合的控制策略，设计了主蒸汽温度线性自抗扰串级控制系统，同时，为了改善该系统的控制性能和控制精度，提出一种基于改进细菌菌落优化的线性自抗扰串级控制方法。该方法将ITAE积分性能指标作为改进细菌菌落算法的适应度函数，利用改进细菌菌落算法对自抗扰控制器参数进行优化。最后基于Matlab/Simulink仿真平台，搭建建主蒸汽温度的动态仿真模型。汽温度的动态仿真模型。汽温度的动态仿真模型。

【技术实现步骤摘要】
基于改进细菌菌落的主蒸汽温度线性自抗扰串级控制方法


[0001]本专利技术涉及火力发电、智能优化控制
，具体涉及基于改进细菌菌落的主蒸汽温度线性自抗扰串级控制方法。

技术介绍

[0002]主蒸汽温度控制系统关系着循环流化床锅炉的安全性和经济性，因此对其要求非常严格。由于各种扰动的影响，由于各种扰动的影响，使得被控对象具有非线性、时变等特点，尤其近年来由于CFB机组的装机容量不断增加，被控对象变得更加复杂，进一步增加了主蒸汽温度的控制难度，常规PID控制的主蒸汽温度系统在稳定性、控制精度等性能方面难以满足机组参与深度调峰的要求，因此，寻求合理的主蒸汽温度智能优化控制方法成为当下提高主蒸汽温度控制品质的重要方法。
[0003]目前，CFB锅炉主蒸汽温度的控制方法是以喷水减温为主，即通过控制阀门开度的大小来决定喷水量，从而进一步实现对主蒸汽温度的控制。但是，CFB 锅炉在变工况下，由于过热器的布置以及蒸汽管路较长，当发生减水侧的扰动时，主蒸汽温度需要经过一定的时间才能有反应，即主蒸汽温度反应比较慢，有较大的迟延和惯性，加大了控制难度，从而难以获得良好的控制效果。
[0004]传统串级PID控制方案存在两个方面的问题：1)依据调试经验的复杂定量函数引入，增加了调试人员的难度；2)传统串级PID控制是为了消除误差引入积分作用，但是容易造成积分饱和现象，从而降低系统的稳定性，甚至导致系统不稳定。外回路通过控制输出限幅避免积分饱和现象；而内回路则需要加入单独的抗积分饱和逻辑，从而加大了设计的困难性。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对循环流化床锅炉主蒸汽温度系统存在非线性、多扰动等问题，采用串级控制与线性自抗扰控制相结合的控制策略，设计了主蒸汽温度线性自抗扰串级控制系统，如图2所示。同时，为了改善该系统的控制性能和控制精度，提出一种基于改进细菌菌落优化的线性自抗扰串级控制方法。该方法将ITAE 积分性能指标作为改进细菌菌落算法的适应度函数，利用改进细菌菌落算法对自抗扰控制器参数进行优化。最后基于Matlab/Simulink仿真平台，搭建建主蒸汽温度的动态仿真模型。结果表明，有效的抑制了扰动侧主蒸汽温度的波动，能够快速响应扰动并跟踪设定值，维持主蒸汽温度的稳定。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：
[0007]基于改进细菌菌落的主蒸汽温度线性自抗扰串级控制方法，所述控制方法的外回路采用线性自抗扰控制器，基于改进细菌菌落优化算法对线性自抗扰控制器的带宽ω
c
、被控对象参数b的估计值b0进行优化，包括以下步骤：
[0008]步骤1，初始化算法的相关参数，设置相关约束条件，线性自抗扰控制器的两个参数看作空间中的一组可行解(ω
c
,b0)；
[0009]步骤2，初始化单个或3～5个细菌个体；
[0010]步骤3，根据细菌个体当前位置，调用被控对象程序用公式(22)评价细菌适应度值，即计算每个细菌的目标函数值，记录当前g
best
以及(ω
c
,b0)，并采用随机搜索方法，更新g
best
以及线性自抗扰控制器的两个参数(ω
c
,b0)，公式(22)如下：
[0011][0012]其中，ΔJ为Δt时间段内误差函数加权之后的积分值，Δt为采样周期，E为误差，τ为时间；
[0013]步骤4，若当前细菌个体适应度值优于上一次细菌个体适应度值，当前细菌个体进行前进操作，用公式(15)～(17)更新位置后执行步骤5，否则，进行翻滚操作，用公式(18)更新位置后执行步骤6，公式(15)～(18)如下：
[0014]v
i+1
＝α[v
i
+r1·
rand
·
(f
best
‑
x
i
)+r2·
rand
·
(g
best
‑
x
i
)]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0015][0016]x
i+1
＝v
i
+v
i+1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)
[0017]x
i+1
＝x
i
+r3·
randn
·
(g
best
‑
x
i
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)
[0018]其中，v
i+1
为第i+1次迭代时细菌个体的运动方向；v
i
为第i次迭代时细菌个体的运动方向；x
i+1
为第i+1次迭代时细菌个体在解空间中的位置；x
i
为第i次迭代时细菌个体在解空间中的位置；f
best
为细菌个体父代所经历的最优位置；g
best
为整个菌落迄今为止所经历的最优位置；r,r1以及r2为系数；rand为(0,1)之间的随机数；
[0019]步骤5，判断当前种群是否达到最大种群，是返回步骤3；否则，若连续前进NP次达到死亡条件，则执行繁殖操作，然后再返回执行步骤3，若连续前进NP 次没有达到死亡条件，则直接返回执行步骤3；
[0020]步骤6，若连续翻滚ND次达到死亡条件，则执行死亡操作，然后执行步骤 7，否则返回执行步骤3；
[0021]步骤7，若种群数为零，则算法结束，输出最优参数值ω
c
、b0，否则返回继续执行步骤3。
[0022]进一步，所述步骤1中相关参数为种群规模、繁殖条件。
[0023]进一步，所述步骤1中相关约束条件为：
[0024][0025]式中，x
i+1
为第i+1次迭代时细菌个体在解空间中的位置，X
max
是细菌个体位置最大值，X
min
是细菌个体位置最小值。
[0026]进一步，所述步骤3中随机搜索方法为在每次迭代后，以某R
g
为半径，在最优位置附近进行k次随机搜索，改进的g
best
最优位置为：
[0027][0028]式中，k是在最优位置附近第k次随机搜索，是个体第i次迭代时最优位置第k次随机搜索，R
g
是随机搜索半径，R
i
是惯性比例，表示对当前最优位置的继承，rand
·
R
g
为搜索步长。
[0029]线性自抗扰控制原理
[0030]通常，二阶线性自抗扰控制系统方框图如图3所示。其中，LESO(LinearExtended State Observe)为线性扩张观测器，即根据控制量u和系统输出y而构造出的观测器，LSEF(Linear State Error Feedback本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于改进细菌菌落的主蒸汽温度线性自抗扰串级控制方法，其特征在于，所述控制方法的外回路采用线性自抗扰控制器，基于改进细菌菌落优化算法对线性自抗扰控制器的带宽ω
c
、被控对象参数b的估计值b0进行优化，包括以下步骤：步骤1，初始化算法的相关参数，设置相关约束条件，线性自抗扰控制器的两个参数看作空间中的一组可行解(ω
c
,b0)；步骤2，初始化单个或3～5个细菌个体；步骤3，根据细菌个体当前位置，调用被控对象程序用公式(22)评价细菌适应度值，即计算每个细菌的目标函数值，记录当前g
best
以及(ω
c
,b0)，并采用随机搜索方法，更新g
best
以及线性自抗扰控制器的两个参数(ω
c
,b0)，公式(22)如下：其中，ΔJ为Δt时间段内误差函数加权之后的积分值，Δt为采样周期，E为误差，τ为时间；步骤4，若当前细菌个体适应度值优于上一次细菌个体适应度值，当前细菌个体进行前进操作，用公式(15)～(17)更新位置后执行步骤5，否则，进行翻滚操作，用公式(18)更新位置后执行步骤6，公式(15)～(18)如下：v
i+1
＝α[v
i
+r1·
rand
·
(f
best
‑
x
i
)+r2·
rand
·
(g
best
‑
x
i
)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)x
i+1
＝v
i
+v
i+1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)x
i+1
＝x
i
+r3·
randn
·
(g
best
‑
x
i
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ...

【专利技术属性】
技术研发人员：印江，曹振乾，侯鹏飞，张津华，白建云，袁华保峰，李丽锋，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：