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非線性模型預(yù)測(cè)控制及其在發(fā)電過(guò)程控制中的應(yīng)用，博士學(xué)位論文，正文共142頁(yè)。
摘要：工業(yè)過(guò)程對(duì)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(guò)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(wèn)題是工業(yè)過(guò)程面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。模型預(yù)測(cè)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(dòng)時(shí)域方式,并且直接處理過(guò)程約束。傳統(tǒng)的模型預(yù)測(cè)控制策略往往只針對(duì)線性系統(tǒng)有效。一般情況下,非線性模型預(yù)測(cè)控制采用序列二次規(guī)劃、罰函數(shù)法、KKT條件等方法來(lái)在線解優(yōu)化問(wèn)題。對(duì)大部分復(fù)雜系統(tǒng)來(lái)說(shuō),得到的非線性優(yōu)化問(wèn)題往往是非凸的,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(cè)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(cè)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(lái)處理約束。該算法可以在整個(gè)預(yù)測(cè)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(cè)控制策略進(jìn)而推廣應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電系統(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(guò)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(dòng)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(cè)的擾動(dòng),而且參數(shù)變化,負(fù)載也會(huì)頻繁變化。由于雙饋電機(jī)模型中總相對(duì)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(duì)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(dòng)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(jí)非線性模型預(yù)測(cè)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(duì)包含經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和環(huán)境指標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化獲得下層機(jī)組運(yùn)行的給定值。上層的目標(biāo)是降低機(jī)組的運(yùn)行成本,抑制機(jī)組本身和電網(wǎng)產(chǎn)生的擾動(dòng)。下層實(shí)現(xiàn)超超臨界機(jī)組對(duì)上層產(chǎn)生的優(yōu)化給定值的精確跟蹤。因?yàn)榉旨?jí)非線性模型預(yù)測(cè)協(xié)調(diào)控制的優(yōu)化問(wèn)題是非凸問(wèn)題,對(duì)超超臨界機(jī)組采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模使其轉(zhuǎn)為凸二次規(guī)劃。針對(duì)負(fù)荷跟蹤和電網(wǎng)頻率擾動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)分析,仿真證明了所提出的分級(jí)非線性模型預(yù)測(cè)協(xié)調(diào)控制策略的有效性。
關(guān)鍵詞：非線性; 約束; 雙饋電機(jī); 永磁同步電機(jī); 超超臨界機(jī)組;
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