一种扩张变结构预测控制方法与流程

本技术涉及过程控制，尤其涉及一种扩张变结构预测控制方法。

背景技术：

1、相关技术中，燃煤机组汽温控制系统的过程控制越来越多的采用先进控制理论，在热惯性和热迟延较大的控制环节，基于模型的预测控制方法逐渐占据主流，并对非时变的控制对象和控制问题具有较好的应用效果，然而基于预测控制理论的现代控制方法对于克服燃煤机组汽温控制系统时变对象和不可探测的外环扰动仍表现出性能不足的问题。

技术实现思路

1、本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、第一方面，本技术提出一种扩张变结构预测控制方法，包括：根据经典模型预测控制方法，融合鲁棒控制的饱和约束方法和启发约束方法，重新架构预测控制理论，形成新的变结构预测控制方法理论，并基于所述新的变结构预测控制方法理论，获得t时刻变结构预测控制输入u(t)；获取t时刻控制系统的过程输出的测量值ym(t)；将所述t时刻控制系统的过程输出的测量值ym(t)引入扩张状态观测中，获得观测补偿控制量o(t)；将所述观测补偿控制量o(t)和所述变结构预测控制输入u(t)相结合，获得所述控制系统的控制量输入i(t)。

3、在一种实现方式中，所述根据经典模型预测控制方法，融合鲁棒控制的饱和约束方法和启发约束方法，重新架构预测控制理论，形成新的变结构预测控制方法理论，并基于所述新的变结构预测控制方法理论，获得t时刻变结构预测控制输入u(t)，包括：采用一阶惯性加迟延过程描述燃煤机组热工过程控制，获取阶跃响应模型为：基于所述阶跃响应模型获取t+n时刻的预测输出；其中，n为预测步数；基于所述预测输出获取所述t+n时刻的扰动量误差；获取所述t时刻的目标函数和所述t+n时刻的目标函数；基于所述t时刻的目标函数、所述t+n时刻的目标函数、所述启发约束方法和所述饱和约束方法，获得所述变结构预测控制输入u(t)。

4、在一种可选地实现方式中，所述阶跃响应模型可表示为：

5、

6、其中：y(t)为控制系统的过程输出，δu(t)＝u(t)-u(t-1)，u为控制系统的控制输入，si为过程的阶跃响应系数，n为一次扰动下，连续控制空间至稳定所需要的时间除以采样时间步长；

7、所述t+n时刻的预测输出为：

8、

9、其中，为所述t+n时刻所述控制系统的过程输出的预测值，为所述t+n时刻过程所受扰动的预测值，n为预测步数；

10、所述t+n时刻的扰动量误差为：

11、

12、其中，ym(t)为所述t时刻控制系统的过程输出的测量值，为所述t时刻过程所受扰动的广义估计值；

13、所述目标函数为：

14、

15、c(q-1)＝c0+c1q-1+…+cncq-nc

16、

17、其中，r(t)为所述控制系统的过程控制设定值；c(q-1)为稳定多项式，对于热工过程，c(q-1)＝(1+λ)-λq-1；假定所述t时刻和所述t+n时刻的控制输出为恒定值，所述t时刻和所述t+n时刻所述控制系统的控制输入都为恒定值，所述t时刻所述控制系统的控制输入为u(t-1)，所述t+n时刻所述控制系统的控制输入为u(t)，则所述t时刻的目标函数为：

18、

19、所述t+n时刻的目标函数为：

20、

21、所述启发约束方法可表示为：

22、

23、所述饱和约束方法可表示为：

24、ul＜u(t)＜uh。

25、在一种可选地实现方式中，当时，所述变结构预测控制器输出值u(t)为：

26、

27、

28、其中，ε为可调整实数；

29、当时，所述变结构预测控制器输出值u(t)为：

30、

31、其中：

32、

33、在一种实现方式中，所述将所述t时刻控制系统的过程输出的测量值ym(t)引入扩张状态观测中，获得观测补偿控制量o(t)，包括：获取所述t时刻控制系统的过程输出的测量值ym(t)的观测滤波值z1(t)；以时间序列为基础，计算所述t时刻控制系统的过程输出的测量值ym(t)与所述观测滤波值z1(t)的偏差eps(t)：基于所述偏差eps(t)进行符号函数sgn计算，获取整型变量；基于所述整型变量进行扩张状态计算，获取扩张状态非线性函数；基于所述扩张状态非线性函数获取所述观测补偿控制量o(t)。

34、在一种可选地实现方式中，所述偏差eps(t)可表示为：

35、eps(t)＝z1(t)-ym(t)；

36、所述整型变量可表示为：

37、

38、当abs(eps(t))≥δ时，所述扩张状态非线性函数可表示为：

39、

40、

41、

42、当abs(eps(t))＜δ时，所述扩张状态非线性函数可表示为：

43、

44、

45、

46、其中δ、α1、α2、α3为状态扩张计算系数，f0、f1、f2为扩张状态非线性函数；

47、所述观测补偿控制量o(t)可表示为：

48、z1(t+1)＝z1(t)+ts·(z2(t)-β1·f0)

49、z2(t+1)＝z2(t)+ts·(z3(t)-β2·f1+b·i(t))

50、z3(t+1)＝z3(t)-ts·β3·f2

51、o(t)＝z3(t)

52、其中，z1(t)、z2(t)分别为输入值ym(t)的滤波估计和微分估计，z3(t)为系统内外扰动估计，ts为系统运算周期，t和t+1分别为递推计算时序。

53、在一种实现方式中，将所述观测补偿控制量o(，t)和所述变结构预测控制输入u(t)相结合，获得控制系统的控制量输入i(t)，可表示为：

54、i(t)＝u(t)+o(t)

55、在一种可选地实现方式中，n＝0.3n～0.4n。

56、在一种可选地实现方式中，α1＝1.0，α2＝0.5，α2＝0.125。

57、在一种可选地实现方式中，β1取值范围为大于或等于5且小于或等于15，β2取值范围为大于或等于15且小于或等于40，β3取值范围为大于或等于1且小于或等于10。

58、第二方面，本技术提出一种扩张变结构预测控制装置，包括：第一处理模块，用于根据经典模型预测控制方法，融合鲁棒控制的饱和约束方法和启发约束方法，重新架构预测控制理论，形成新的变结构预测控制方法理论，并基于所述新的变结构预测控制方法理论，获得t时刻变结构预测控制输入u(t)；获取模块，用于获取t时刻控制系统的过程输出的测量值ym(t)；第二处理模块，用于将所述t时刻控制系统的过程输出的测量值ym(t)引入扩张状态观测中，获得观测补偿控制量o(t)；第三处理模块，用于将所述观测补偿控制量o(t)和所述变结构预测控制输入u(t)相结合，获得控制系统的控制量输入t(t)。

59、第三方面，本技术提出一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如第一方面所述的扩张变结构预测控制方法。

60、第四方面，本技术提出一种计算机可读存储介质，用于存储有指令，当所述指令被执行时，使如第一方面所述的方法被实现。

61、第五方面，本技术提出一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现如第一方面所述的扩张变结构预测控制方法的步骤。

62、本技术提供的扩张变结构预测控制方法、装置、电子设备及存储介质，根据经典模型预测控制方法，融合鲁棒控制的启发约束和饱和约束方法，重新架构预测控制理论，形成新的预测控制方法理论；其次针对燃煤机组时变对象和不可探测外环扰动等特点，耦合扩张状态观测算法；最后建立基于扩张状态观测和变结构复合预测算法为一体的复合预测控制方法，对过程控制的外环扰动和时变特性具有较好的适应性，进一步提升了现代经典模型预测控制方法在热工控制过程中应用的完备性。

63、本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。