非線性模型預(yù)測控制及其在發(fā)電過程控制中的應(yīng)用.pdf

1、工業(yè)過程對象由于操作點(diǎn)在整個(gè)操作區(qū)域范圍內(nèi)頻繁變化，往往呈現(xiàn)非線性特性。實(shí)際工業(yè)過程中還存在大量的物理約束。因此，解約束非線性優(yōu)化控制問題是工業(yè)過程面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。模型預(yù)測控制是一種基于模型的先進(jìn)優(yōu)化控制策略，它采用滾動時(shí)域方式，并且直接處理過程約束。傳統(tǒng)的模型預(yù)測控制策略往往只針對線性系統(tǒng)有效。一般情況下，非線性模型預(yù)測控制采用序列二次規(guī)劃、罰函數(shù)法、KKT條件等方法來在線解優(yōu)化問題。對大部分復(fù)雜系統(tǒng)來說，得到的非線性優(yōu)化問題往往

2、是非凸的，且在線計(jì)算負(fù)擔(dān)很大。本文研究了非線性模型預(yù)測控制優(yōu)化方法和其在復(fù)雜系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要工作概括如下:
　　考慮一種仿射型非線性狀態(tài)空間模型，提出了一種基于輸入輸出反饋線性化的非線性模型預(yù)測控制策略。構(gòu)造了可以保證算法收斂性的迭代二次規(guī)劃方法來處理約束。該算法可以在整個(gè)預(yù)測時(shí)域上得到可行解。在連續(xù)系統(tǒng)數(shù)字例子和連續(xù)攪拌反應(yīng)器的例子中證明了其有效性。
　　所構(gòu)造的基于輸入輸出反饋線性化的預(yù)測控制策略進(jìn)而推廣應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電

3、系統(tǒng)的雙饋電機(jī)控制和永磁同步電機(jī)控制上。這兩種快過程都具有很強(qiáng)的非線性，也包含很多不確定性因素。雙饋電機(jī)的動態(tài)性能和風(fēng)速相關(guān)，其轉(zhuǎn)矩是定子和轉(zhuǎn)子電流的非線性函數(shù)。永磁電機(jī)內(nèi)部具有非線性耦合，以及不可測的擾動，而且參數(shù)變化，負(fù)載也會頻繁變化。由于雙饋電機(jī)模型中總相對階小于狀態(tài)變量個(gè)數(shù)，雙饋電機(jī)只能進(jìn)行輸入輸出反饋線性化。而永磁電機(jī)模型中總相對階等于狀態(tài)變量個(gè)數(shù)，永磁電機(jī)可以進(jìn)行精確的狀態(tài)反饋線性化。和現(xiàn)有的控制方法相比，這種策略在保證算法

4、收斂性的同時(shí)能夠降低在線計(jì)算負(fù)擔(dān)，保證控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
　　超超臨界機(jī)組是一種高效、高燃料利用率、低排放的先進(jìn)發(fā)電設(shè)備。由于系統(tǒng)規(guī)模龐大、大范圍變工況下具有強(qiáng)非線性等特性，常規(guī)控制難以實(shí)現(xiàn)在負(fù)荷跟蹤和電網(wǎng)頻率擾動情況下的快速穩(wěn)定響應(yīng)的協(xié)調(diào)控制。本文構(gòu)造了包含經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)化層和跟蹤性能優(yōu)化層的多層控制結(jié)構(gòu)，在此多層控制結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上構(gòu)造了超超臨界機(jī)組的分級非線性模型預(yù)測協(xié)調(diào)控制。在此結(jié)構(gòu)中，上層基于超超臨界機(jī)組的非線性模型，對包含經(jīng)濟(jì)指