一种反馈前馈控制系统的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种反馈前馈控制系统，用于火力发电厂，包括反馈控制器、依据预设的扰动源模型传递函数以及反馈控制回路模型传递函数进行控制的前馈控制器、用于依据预先辨识得到的典型工况模型来生成前馈控制器的各项控制参数的前馈增益自调度控制器及加权加法器；前馈增益自调度控制器的输入端用于接收工况信号，其各个输出端分别与前馈控制器相应的参数控制端相连；前馈控制器的输入端用于接收扰动源发出的扰动信号；加权加法器的第一输入端与反馈控制器的输出端相连，其第二输入端与前馈控制器的输出端相连，其输出端与下一级控制回路或用于对被控对象进行控制的执行器相连。本发明更好地利用了扰动源的动态特性，能够适应复杂工况，控制效果好。
【专利说明】
一种反馈前馈控制系统
技术领域
[0001] 本发明涉及火力发电电机组控制技术领域，特别是涉及一种反馈前馈控制系统。
【背景技术】
[0002] 在大型火力发电厂中的电机组控制过程中，由于汽温加热系统的蒸汽流程长，导 致汽温加热系统有滞后时间大、非线性强、响应速度缓慢、在大幅度变负荷易超温等技术问 题，并且影响主汽温的扰动因素很多（如机组负荷、燃烧摆角位置、吹灰、煤量煤质的变化 等），这给汽温调节带来很多的困难。
[0003] 目前，火力发电厂中广泛采用以主汽温为主调、减温水出口温度为副调、机组负 荷、煤量、汽压等的微分作为前馈的PID反馈-微分前馈的控制策略，虽然反馈+前馈的控制 方式能够在一定程度上解决滞后时间大、非线性强、响应速度缓慢等问题，但这种前馈控制 策略只是取了相关外扰量的微分，并没有很好利用外扰的动态特性，在复杂工况下的控制 效果并不理想，需要运行人员手动干预。
[0004]因此，如何提供一种控制效果好的反馈前馈控制系统是本领域技术人员目前需要 解决的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种反馈前馈控制系统，相比采用微分前馈的控制策略，能 够更好地利用外部扰动源的动态特性，更能够适应复杂工况，在解决火力发电厂中发电机 组存在的滞后时间大、非线性强、响应速度慢等问题时的控制效果更好。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种反馈前馈控制系统，用于火力发电厂，包 括反馈控制器、依据预设的扰动源模型传递函数以及反馈控制回路模型传递函数进行控制 的前馈控制器、用于依据预先辨识得到的典型工况模型来生成所述前馈控制器的各项控制 参数的前馈增益自调度控制器以及加权加法器；
[0007] 所述前馈增益自调度控制器的输入端用于接收工况信号，所述前馈增益自调度控 制器的各个输出端分别与所述前馈控制器相应的参数控制端相连；
[0008] 所述前馈控制器的输入端用于接收扰动源发出的扰动信号；
[0009] 所述加权加法器的第一输入端与所述反馈控制器的输出端相连，所述加权加法器 的第二输入端与所述前馈控制器的输出端相连，所述加权加法器的输出端作为所述反馈前 馈控制系统的输出端与下一级控制回路或用于对被控对象进行控制的执行器相连。
[0010] 优选地，所述反馈控制器具体包括：
[0011] PID控制器、比例参数自调度控制模块、积分参数自调度控制模块以及微分参数自 调度控制模块；
[0012] 所述PID控制器的两个输入端分别为所述反馈控制器的被控量输入端以及设定量 输入端；
[0013] 所述比例参数自调度控制模块用于接收所述工况信号，并依据所述工况信号生成 相应的比例参数;所述比例参数自调度控制模块的输出端与所述PID控制器的比例参数输 入端相连；
[0014] 所述积分参数自调度控制模块用于接收所述工况信号，并依据所述工况信号生成 相应的积分参数;所述积分参数自调度控制模块的输出端与所述PID控制器的积分参数输 入端相连；
[0015] 所述微分参数自调度控制模块用于接收所述工况信号，并依据所述工况信号生成 相应的微分参数;所述微分参数自调度控制模块的输出端与所述PID控制器的微分参数输 入端相连。
[0016] 优选地，所述前馈控制器包括：
[0017] 串联在一起的前馈增益模块、第一超前/滞后模块、第二超前/滞后模块、第一纯延 时模块、第三超前/滞后模块、第四超前/滞后模块以及第二纯延时模块;其中，所述前馈增 益模块的输出端作为所述前馈控制器的输出端。
[0018] 优选地，所述第二纯延时模块的输入端为所述前馈控制器的输入端，所述第二纯 延时模块的输出端连接所述第四超前/滞后模块的输入端，所述第四超前/滞后模块的输出 端连接所述第三超前/滞后模块的输入端，所述第三超前/滞后模块的输出端连接所述第一 纯延时模块的输入端，所述第一纯延时模块的输出端连接所述第二超前/滞后模块的输入 端，所述第二超前/滞后模块的输出端连接所述第一超前/滞后模块的输入端，所述第一超 前/滞后模块的输出端连接所述前馈增益模块的输入端。
[0019] 优选地，所述前馈增益自调度控制器包括：
[0020] 输入端分别接收所述工况信号的前馈增益参数自调度模块、第一超前参数自调度 模块、第一滞后参数自调度模块、第二超前参数自调度模块、第二滞后参数自调度模块、第 一纯延时参数自调度模块、第三超前参数自调度模块、第三滞后参数自调度模块、第四超前 参数自调度模块、第四滞后参数自调度模块以及第二纯延时参数自调度模块；
[0021] 所述前馈增益参数自调度模块的输出端连接所述前馈增益模块的外置增益参数 输入端;所述第一超前参数自调度模块的输出端连接所述第一超前/滞后模块的外置超前 参数输入端，所述第一滞后参数自调度模块的输出端连接所述第一超前/滞后模块的外置 滞后参数输入端;所述第二超前参数自调度模块的输出端连接所述第二超前/滞后模块的 外置超前参数输入端，所述第二滞后参数自调度模块的输出端连接第二超前/滞后模块的 外置滞后参数输入端;所述第一纯延时参数自调度模块的输出端连接所述第一纯延时参数 模块的外置时延参数输入端;所述第三超前参数自调度模块的输出端连接所述第三超前/ 滞后模块的外置超前参数输入端，所述第三滞后参数自调度模块的输出端连接所述第三超 前/滞后模块的外置滞后参数输入端;所述第四超前参数自调度模块的输出端连接所述第 四超前/滞后模块的外置超前参数输入端，所述第四滞后参数自调度模块的输出端连接所 述第四超前/滞后模块的外置滞后参数输入端;所述第二纯延时参数自调度模块的输出端 连接所述第二纯延时参数模块的外置时延参数输入端。
[0022] 优选地，所述工况信号包括蒸汽流量或发电机功率。
[0023]优选地，所述被控对象包括锅炉汽温、锅炉主汽压、pH值比值以及NOx含量中的任 一种。
[0024]本发明提供了一种反馈前馈控制系统，采用反馈控制与前馈控制相结合的方式进 行控制，且本发明中的前馈控制器是依据预设的扰动源模型传递函数以及反馈控制回路模 型传递函数进行控制，扰动源模型传递函数以及反馈控制回路模型传递函数中的控制参数 由前馈增益自调度控制器依据预先辨识得到的典型工况模型来生成;可见，相比现有技术 中采用微分前馈的控制策略，本发明更好地利用了外部扰动源的动态特性，更能够适应复 杂工况，在解决火力发电厂中发电机组存在的滞后时间大、非线性强、响应速度慢等问题时 的控制效果更好。
【附图说明】
[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。
[0026] 图1为本发明提供的一种反馈前馈控制系统的结构示意图。
[0027] 其中，图1中：
[0028] SP-设定量、PV1-被控量、AI -模拟量输入信号采集模块、0P1-工况信号、PV2- 扰动信号。
【具体实施方式】
[0029] 本发明的核心是提供一种反馈前馈控制系统，相比采用微分前馈的控制策略，能 够更好地利用外部扰动源的动态特性，更能够适应复杂工况，在解决火力发电厂中发电机 组存在的滞后时间大、非线性强、响应速度慢等问题时的控制效果更好。
[0030] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031] 本发明提供了一种反馈前馈控制系统，用于火力发电厂，参见图1所示，图1为本发 明提供的一种反馈前馈控制系统的结构示意图。
[0032] 该系统包括反馈控制器1、依据预设的扰动源模型传递函数以及反馈控制回路模 型传递函数进行控制的前馈控制器2、用于依据预先辨识得到的典型工况模型来生成前馈 控制器2的各项控制参数的前馈增益自调度控制器3以及加权加法器4;
[0033 ]前馈增益自调度控制器3的输入端用于接收工况信号，前馈增益自调度控制器3的 各个输出端分别与前馈控制器2相应的参数控制端相连；
[0034] 前馈控制器2的输入端用于接收扰动源发出的扰动信号；
[0035] 加权加法器4的第一输入端与反馈控制器1的输出端相连，加权加法器4的第二输 入端与前馈控制器2的输出端相连，加权加法器4的输出端作为反馈前馈控制系统的输出端 与下一级控制回路或用于对被控对象进行控制的执行器相连。
[0036] 可以理解的是，这里的加权加法器4用于对接收到的反馈控制器1发送的反馈控制 量以及前馈控制器2发送的前馈控制量进行加权求和，并将加权求和后的结果作为总控制 量输出。
[0037]其中，这里的反馈控制器1具体包括：
[0038] PID控制器11、比例参数自调度控制模块12、积分参数自调度控制模块13以及微分 参数自调度控制模块14;
[0039] PID控制器11的两个输入端分别为反馈控制器1的被控量输入端以及设定量输入 端；
[0040] 比例参数自调度控制模块12用于接收工况信号，并依据工况信号生成相应的比例 参数;比例参数自调度控制模块12的输出端与PID控制器11的比例参数输入端相连；
[0041] 积分参数自调度控制模块13用于接收工况信号，并依据工况信号生成相应的积分 参数;积分参数自调度控制模块13的输出端与PID控制器11的积分参数输入端相连
[0042] 微分参数自调度控制模块14用于接收工况信号，并依据工况信号生成相应的微分 参数;微分参数自调度控制模块14的输出端与PID控制器11的微分参数输入端相连。
[0043]作为优选地，前馈控制器2包括：
[0044] 串联在一起的前馈增益模块21、第一超前/滞后模块22、第二超前/滞后模块23、第 一纯延时模块24、第三超前/滞后模块25、第四超前/滞后模块26以及第二纯延时模块27;其 中，前馈增益模块21的输出端作为前馈控制器2的输出端。
[0045] 可以理解的是，当预先获取的典型工况模型为二阶模型时，第i个扰动源模型传递 函数为：
[0046]
y
[0047] 第i个扰动源模型传递函数的输入为第i个扰动源的控制量、第i个扰动源模型传 递函数的输出为扰动引起的变化量；
[0048] 进一步将该第i个扰动源模型传递函数分解为如下几部分：
[0049]
[0050]
[0051]
[0052]
[0053]其中，bDl为第i个扰动源模型传递函数的超前参数，aDll为第i个扰动源模型传递函 数的第1滞后参数，aDl2为第i个扰动源模型传递函数的第2滞后参数，LDl为第i个扰动源模型 传递函数的第一纯时延参数，K Di为第i个扰动源模型传递函数的增益参数。
[0054]反馈控制回路模型传递函数为：
[0055]
[0056] /入w ：j工ψ |」ρ . 17 μ。#1」，、为反馈控制回路的控制Μ，反馈控制回路1?型 传递函数的输出为反馈控制的变化量，反馈控制回路模型传递函数的设定值为反馈控制的 设定值;同样将其分解为如下几部分：
[0057]
[0058]
[0059]
[0060] Pc4(s) =Kc (2d)
[0061] 其中，bc为反馈控制回路模型传递函数的超前参数，acl为反馈控制回路模型传递 函数的第1滞后参数，a C2为反馈控制回路模型传递函数的第2滞后参数，LC为反馈控制回路 模型传递函数的第一纯时延参数，Kc为反馈控制回路模型传递函数的增益参数。
[0062] 前馈控制器2根据上述预设的扰动源模型传递函数以及反馈控制回路模型传递函 数建立模型时，其中，（la)式对应的参考模型由第一超前/滞后模块22实现，（lb)式对应的 参考模型由第二超前/滞后模块23来实现，（lc)式对应的参考模型由第一纯延时模块24来 实现；（2a)式对应的参考模型由第三超前/滞后模块25来实现、（2b)式对应的参考模型由第 四超前/滞后模块26来实现；（2c)式对应的参考模型由第二纯延时模块27来实现；（Id)与 (2d)式对应的参考模型由前馈增益模块21来实现。
[0063] 当然，具体采用几阶模型根据实际情况而定，本发明对此并不限定。
[0064] 进一步可知，第二纯延时模块27的输入端为前馈控制器2的输入端，第二纯延时模 块27的输出端连接第四超前/滞后模块26的输入端，第四超前/滞后模块26的输出端连接第 三超前/滞后模块25的输入端，第三超前/滞后模块25的输出端连接第一纯延时模块24的输 入端，第一纯延时模块24的输出端连接第二超前/滞后模块23的输入端，第二超前/滞后模 块23的输出端连接第一超前/滞后模块22的输入端，第一超前/滞后模块22的输出端连接前 馈增益模块21的输入端。
[0065] 当然，以上仅为优选方案，上述模块的具体串联顺序本发明并不限定。
[0066] 作为优选地，前馈增益自调度控制器3包括：
[0067] 输入端分别接收工况信号的前馈增益参数自调度模块31、第一超前参数自调度模 块32、第一滞后参数自调度模块33、第二超前参数自调度模块34、第二滞后参数自调度模块 35、第一纯延时参数自调度模块36、第三超前参数自调度模块37、第三滞后参数自调度模块 38、第四超前参数自调度模块39、第四滞后参数自调度模块40以及第二纯延时参数自调度 丰旲块41;
[0068] 前馈增益参数自调度模块31的输出端连接前馈增益模块21的外置增益参数输入 端;第一超前参数自调度模块32的输出端连接第一超前/滞后模块22的外置超前参数输入 端，第一滞后参数自调度模块33的输出端连接第一超前/滞后模块22的外置滞后参数输入 端;第二超前参数自调度模块34的输出端连接第二超前/滞后模块23的外置超前参数输入 端，第二滞后参数自调度模块35的输出端连接第二超前/滞后模块23的外置滞后参数输入 端；第一纯延时参数自调度模块36的输出端连接第一纯延时模块24的外置时延参数输入 端;第三超前参数自调度模块37的输出端连接第三超前/滞后模块25的外置超前参数输入 端，第三滞后参数自调度模块38的输出端连接第三超前/滞后模块25的外置滞后参数输入 端;第四超前参数自调度模块39的输出端连接第四超前/滞后模块26的外置超前参数输入 端，第四滞后参数自调度模块40的输出端连接第四超前/滞后模块26的外置滞后参数输入 端；第二纯延时参数自调度模块41的输出端连接第二纯延时模块27的外置时延参数输入 端。
[0069] 其中，上述前馈增益自调度控制器3是依据当前运行的工况模型偏离预先辨识到 的各典型工况模型的程度，采用智能推理规则(例如Takagi-Sugeno-Kang型智能推理方法） 推算出当前工况下的各项控制参数。
[0070] 以二阶模型为例，若当前工况处于两个相邻典型工况模型之间（且包括处于该相 邻典型工况模型内的情况)时，假设上述相邻典型工况模型分别为工况模型k及工况模型k-1，当前工况模型下前馈增益自调度控制器3依据如下关系式获得前馈控制器2的各项参数：
[0071]
[0072]
[0073]
[0074]
[0075]
[0076]
[0077]
[0078]
[0079]
[0080]
[0081 ]其中，KDik、bDik、aDiik、aDi2k、LDi k、Kck、bck、acik、ac2k、Lc k分别为 KDi、bDi、aDii、aDi2、LDi、 1(。、13。、&。1、&。2、1^在工况模型1<：条件下的值;1(〇^1、匕0^ 1、&〇21、&0121{1、1^^1、1((^ 1、13(^1、已。产 \ac2k工、!^ 1分别为^、匕01、&011、&0土2、1^、1(。、13。、&。1、&。2、1^在工况模型1<-1条件下的值，由于 预先辨识得到的典型工况模型内的参数值已知，故上述均为已知值;//U?)为模糊算子。
[0082] 另外，当控制回路特性较为简单时，可采用一阶模型进行控制，进而可以相应地减 少前馈控制器2中的超前/滞后模块及纯延时模块的个数。随之前馈增益自调度控制器3中 的超前参数自调度模块、滞后参数自调度模块、纯延时参数自调度模块的个数也相应的减 少。
[0083] 其中，工况信号包括蒸汽流量或发电机功率。具体选择哪种参数作为工况信号视 具体情况而定，本发明不作限定。
[0084]另外，本发明中的被控对象包括锅炉汽温、锅炉主汽压、pH值比值以及NOx含量中 的任一种。
[0085]本发明提供了一种反馈前馈控制系统，采用反馈控制与前馈控制相结合的方式进 行控制，且本发明中的前馈控制器是依据预设的扰动源模型传递函数以及反馈控制回路模 型传递函数进行控制，扰动源模型传递函数以及反馈控制回路模型传递函数中的控制参数 由前馈增益自调度控制器依据预先辨识得到的典型工况模型来生成;可见，相比现有技术 中采用微分前馈的控制策略，本发明更好地利用了外部扰动源的动态特性，更能够适应复 杂工况，在解决火力发电厂中发电机组存在的滞后时间大、非线性强、响应速度慢等问题时 的控制效果更好。
[0086] 需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一 个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之 间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体意在 涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些 要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设 备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个……"限定的要素，并不排除 在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0087] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种反馈前馈控制系统，用于火力发电厂，其特征在于，包括反馈控制器、依据预设 的扰动源模型传递函数以及反馈控制回路模型传递函数进行控制的前馈控制器、用于依据 预先辨识得到的典型工况模型来生成所述前馈控制器的各项控制参数的前馈增益自调度 控制器以及加权加法器； 所述前馈增益自调度控制器的输入端用于接收工况信号，所述前馈增益自调度控制器 的各个输出端分别与所述前馈控制器相应的参数控制端相连； 所述前馈控制器的输入端用于接收扰动源发出的扰动信号； 所述加权加法器的第一输入端与所述反馈控制器的输出端相连，所述加权加法器的第 二输入端与所述前馈控制器的输出端相连，所述加权加法器的输出端作为所述反馈前馈控 制系统的输出端与下一级控制回路或用于对被控对象进行控制的执行器相连。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反馈控制器具体包括： PID控制器、比例参数自调度控制模块、积分参数自调度控制模块以及微分参数自调度 控制模块； 所述PID控制器的两个输入端分别为所述反馈控制器的被控量输入端以及设定量输入 端； 所述比例参数自调度控制模块用于接收所述工况信号，并依据所述工况信号生成相应 的比例参数;所述比例参数自调度控制模块的输出端与所述PID控制器的比例参数输入端 相连； 所述积分参数自调度控制模块用于接收所述工况信号，并依据所述工况信号生成相应 的积分参数;所述积分参数自调度控制模块的输出端与所述PID控制器的积分参数输入端 相连； 所述微分参数自调度控制模块用于接收所述工况信号，并依据所述工况信号生成相应 的微分参数;所述微分参数自调度控制模块的输出端与所述PID控制器的微分参数输入端 相连。3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述前馈控制器包括： 串联在一起的前馈增益模块、第一超前/滞后模块、第二超前/滞后模块、第一纯延时模 块、第三超前/滞后模块、第四超前/滞后模块以及第二纯延时模块;其中，所述前馈增益模 块的输出端作为所述前馈控制器的输出端。4. 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第二纯延时模块的输入端为所述前馈 控制器的输入端，所述第二纯延时模块的输出端连接所述第四超前/滞后模块的输入端，所 述第四超前/滞后模块的输出端连接所述第三超前/滞后模块的输入端，所述第三超前/滞 后模块的输出端连接所述第一纯延时模块的输入端，所述第一纯延时模块的输出端连接所 述第二超前/滞后模块的输入端，所述第二超前/滞后模块的输出端连接所述第一超前/滞 后模块的输入端，所述第一超前/滞后模块的输出端连接所述前馈增益模块的输入端。5. 根据权利要求3或4所述的系统，其特征在于，所述前馈增益自调度控制器包括： 输入端分别接收所述工况信号的前馈增益参数自调度模块、第一超前参数自调度模 块、第一滞后参数自调度模块、第二超前参数自调度模块、第二滞后参数自调度模块、第一 纯延时参数自调度模块、第三超前参数自调度模块、第三滞后参数自调度模块、第四超前参 数自调度模块、第四滞后参数自调度模块以及第二纯延时参数自调度模块； 所述前馈增益参数自调度模块的输出端连接所述前馈增益模块的外置增益参数输入 端;所述第一超前参数自调度模块的输出端连接所述第一超前/滞后模块的外置超前参数 输入端，所述第一滞后参数自调度模块的输出端连接所述第一超前/滞后模块的外置滞后 参数输入端;所述第二超前参数自调度模块的输出端连接所述第二超前/滞后模块的外置 超前参数输入端，所述第二滞后参数自调度模块的输出端连接第二超前/滞后模块的外置 滞后参数输入端;所述第一纯延时参数自调度模块的输出端连接所述第一纯延时参数模块 的外置时延参数输入端;所述第三超前参数自调度模块的输出端连接所述第三超前/滞后 模块的外置超前参数输入端，所述第三滞后参数自调度模块的输出端连接所述第三超前/ 滞后模块的外置滞后参数输入端;所述第四超前参数自调度模块的输出端连接所述第四超 前/滞后模块的外置超前参数输入端，所述第四滞后参数自调度模块的输出端连接所述第 四超前/滞后模块的外置滞后参数输入端;所述第二纯延时参数自调度模块的输出端连接 所述第二纯延时参数模块的外置时延参数输入端。6. 根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述工况信号包括蒸汽流量或发 电机功率。7. 根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述被控对象包括锅炉汽温、锅 炉主汽压、pH值比值以及NOx含量中的任一种。
【文档编号】G05B13/04GK105974800SQ201610596951
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月26日
【发明人】李晓枫, 王亚刚
【申请人】广东电网有限责任公司电力科学研究院