模糊预测控制在电厂热工过程控制中的应用
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摘要
在对现有的模糊预测控制算法进行了细致分析与比较之后，本文总结了各类模糊预测控制算法的基本原理及其实现形式。然后在前人工作的基础之上，从模糊辨识和预测控制算法两方面入手，根据电厂热工对象的一般特点，提出了一种模糊自适应预测控制算法。与传统控制算法相比较，该算法具有鲁棒性好，实现简单，易于在线调整等优点。最后，将上述模糊自适应预测控制算法应用到电厂主汽温控制当中。仿真试验表明，该主汽温控制方案具有良好的负荷适应性，满足系统设计要求。
The principles and implements of the existing fuzzy predictive control methods thoroughly are summarized. And then a fuzzy model-based adaptive predictive control method according to the characters of the thermal engineering processes in power stations is presented based on the analyses of fuzzy identification and a kind of simplified MPC. Compared with the conventional control methods, the proposed one is more robust and simpler for tuning online. At the end of the thesis, the proposed fuzzy adaptive predictive control is employed into an outlet temperature control system for superheaters of a certain boiler unit with 600MW power. The results of simulations show that this temperature control system is well adaptive to the alteration of the unit's load and meets the deigned requirements.
Mei Hua (Control Theory and Control Engineering)
Directed by Associate Prof. Sun Jianping
The principles and implements of the existing fuzzy predictive control methods thoroughly are summarized. And then a fuzzy model-based adaptive predictive control method according to the characters of the thermal engineering processes in power stations is presented based on the analyses of fuzzy identification and a kind of simplified MPC. Compared with the conventional control methods, the proposed one is more robust and simpler for tuning online. At the end of the thesis, the proposed fuzzy adaptive predictive control is employed into an outlet temperature control system for superheaters of a certain boiler unit with 600MW power. The results of simulations show that this temperature control system is well adaptive to the alteration of the unit's load and meets the deigned requirements.
Mei Hua (Control Theory and Control Engineering)
Directed by Associate Prof. Sun Jianping
引文
[1] 冯国楠。最优控制理论与应用。北京：北京工业大学出版社，1991
[2] 范永胜，徐自皋，陈来九。基于动态特性机理分析的锅炉过热汽温自适应模糊控制系统研究[J]，中国电机工程学报，1997，17（1）：23-28
[3] L. A. Zadeh. Fuzzy Sets in Information and Control. 1965，8:335-353
[4] T. Takagi and M. Sugeno, Fuzzy identification of systems and itsapplications to modeling and control. IEEE Transaction on Systems Man & Cybernetics. 1985, 15: 116-132
[5] 刘向杰，周孝信，柴天佑. 模糊控制研究的现状与新发展[J].信息与控制, 1999，28（4）：283-292
[7] 李少远，席裕庚，陈增强等. 智能控制的新进展（I）[J]. 控制与决策, 2000, 15(1):1-6
[8] Buckley JJ. Sugeno Type Controllers are Universal Controllers. Fuzzy Sets and Systems, 1993 , 53: 299－303
[9] 李洪兴. Fuzzy控制的本质与一类高精度Fuzzy控制器的设计[J],. 控制理论与应用 1995，14（6）：868-872
[10] 丁永生等. 模糊系统逼近理论：现状与展望[J]. 信息与控制, 2000,29(2)：157-163，181
[11] Ying H. Sufficient conditions on general fuzzy systems as function approximations. Automatica, 1994, 30: 521-525
[12] Ying H. Sufficient conditions on Uniform Approximation of Multivariate Function by General Takagi-Sugeno Fuzzy Systems with Linear Rule Consequent. IEEE Trans action on Systems Man & Cybernetics. 1998, 28 (4): 515-520.
[13] Ying H., Ding Y., Li S., etc. Comparison of Necessary Conditions for Typical Takagi-Sugeno and Mamdani Fuzzy Systems as Universal Approximators. IEEE Trans action on Systems Man & Cybernetics, 1999, 29 (5): 508-514
[14] 胡包钢，应浩。模糊PID控制技术研究发展回顾及其面临的若干重要问题。自动化学报，2001，27（4）：567—587
[15] 王立新。模糊系统：挑战与机遇并存——十年研究之感悟。自动化学报，2001，27（4）：586—590
[16] 应浩。关于模糊控制理论与应用的若干问题。自动化学报，2001，27（4）：591—592
[17] 席裕庚等. 预测控制的研究现状和多层智能控制预测控制[J],.控制理论与应用 1989,6 (2):1-7
[18] 席裕庚等.预测控制性能研究的新进展[J].控制理论与应用，2000，17（4）：470-475
[19] 褚健等.预测控制技术的现状和展望[J].机电工程, 1999，（5）：3-7
[20] 舒迪前。预测控制系统及其应用。北京：机械工业出版社，1996
[21] 席裕庚. 动态不确定环境下广义控制问题的预测控制[J]. 控制理论与应用, 2000,17(5):469-475
[22] 席裕庚.关于预测控制的进一步思考[J].控制理论与应用, 1994,11（2）:291-221
[23] 梅华，孙建平。模糊预测控制原理及其实现方法。上海大学学报（自然科学版），2001，7（5）：448－453
[24] C. H. Wong etc. Adaptive fuzzy relational predictive control [J]. Fuzzy Sets and Systems. 2000, 115:247-260
[25] C. H. Wong etc. Fuzzy relational predictive identification [J]. Fuzzy Sets and Systems. 2000, 113: 417-426
[26] 张化光，吕剑虹，陈来九. 模糊广义预测控制及其应用[J]. 自动化学报, 1993, 19(1): 9-16
[27] Katarina K.B., et al., Fuzzy Predictive Control of Highly Nonlinear pH process [J]. Computers chem. Engng. 1997, 21: S613-S618
[28] Linkens D. A., et al., Long-range predictive control using fuzzy process models [J]. Trans IChemE, 1996, 74 Part A: 77-88
[29] 李少远，席裕庚. 基于模糊目标和模糊约束的满意控制. 控制与决策, 2000,15(6): 674-667,694
[30] 杨立勋. 模糊稳定预测控制及其应用研究. [学位论文]，天津，天津大学，1996
[31] 李少远. 模糊智能预测控制研究. [学位论文]，天津，南开大学，1997
[32] 刘禾等. 大迟延过程的预测智能控制[J]. 华北电力大学学报，1998，25（4）：74-79
[33] 雎刚，陈来九. 模糊预测控制及其在过热汽温控制中的应用[J].中国电机工程学报，1996，16（1）：17-21
[34] 李士勇。模糊控制·神经控制和智能控制论。哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998
[35] K. Nozaki, H. Ishibuchi, H. Tanaka, A simple but powerful heuristic method for generating fuzzy rules from numerical data. Fuzzy Sets and Fuzzy Systems, 1997, 86(3): 251-270
[36] Richalet, et al. Model Predictive Heuristic Control: Application to Industrial Processes. Automatica, 1978, 14(5): 413-414
[37] 谢剑英。微型计算机控制技术（第二版）。国防工业出版社，北京，1991
[38] Garcia C E, Morari M. Internal Model Control. 1: A Unifying Review and Some new Results. Ind. Eng. Chem. Pro. Des. Dev. 1982, 21(2):308-323
[39] 席裕庚。预测控制。国防工业出版社，北京，1993
[40] 吴敏，桂卫华. 现代鲁棒控制。中南工业大学出版社，长沙，1998
[41] 梅华，孙建平，李鹏。内模控制系统的鲁棒机理分析。电力情报，2001（3）：46－48
[42] 吴国华，席裕庚，张钟俊。基于简化模型预测控制的鲁棒性分析。上海交通大学学报，1996，30（4）：71-75
[43] 王伟，李晓理，多模型自适应控制，科学出版社，北京，2001
[44] 杜永春，周君芬。亚临界机组主汽温控制的困难及其对策，浙江电力，1996（5）:10-13
[45] 冯俊凯，沈幼庭。锅炉原理及计算（第二版）。北京：科学出版社，1998
[46] 李遵基。热工自动控制系统。北京：中国电力出版社，1997
[47] 方崇智。模型辨识。清华大学出版社，北京，1991
[48] 陶永华，尹怡欣，葛芦生。新型PID控制及其应用。机械工业出版社，北京，2000
[2] 范永胜，徐自皋，陈来九。基于动态特性机理分析的锅炉过热汽温自适应模糊控制系统研究[J]，中国电机工程学报，1997，17（1）：23-28
[3] L. A. Zadeh. Fuzzy Sets in Information and Control. 1965，8:335-353
[4] T. Takagi and M. Sugeno, Fuzzy identification of systems and its
[5] 刘向杰，周孝信，柴天佑. 模糊控制研究的现状与新发展[J].信息与控制, 1999，28（4）：283-292
[7] 李少远，席裕庚，陈增强等. 智能控制的新进展（I）[J]. 控制与决策, 2000, 15(1):1-6
[8] Buckley JJ. Sugeno Type Controllers are Universal Controllers. Fuzzy Sets and Systems, 1993 , 53: 299－303
[9] 李洪兴. Fuzzy控制的本质与一类高精度Fuzzy控制器的设计[J],. 控制理论与应用 1995，14（6）：868-872
[10] 丁永生等. 模糊系统逼近理论：现状与展望[J]. 信息与控制, 2000,29(2)：157-163，181
[11] Ying H. Sufficient conditions on general fuzzy systems as function approximations. Automatica, 1994, 30: 521-525
[12] Ying H. Sufficient conditions on Uniform Approximation of Multivariate Function by General Takagi-Sugeno Fuzzy Systems with Linear Rule Consequent. IEEE Trans action on Systems Man & Cybernetics. 1998, 28 (4): 515-520.
[13] Ying H., Ding Y., Li S., etc. Comparison of Necessary Conditions for Typical Takagi-Sugeno and Mamdani Fuzzy Systems as Universal Approximators. IEEE Trans action on Systems Man & Cybernetics, 1999, 29 (5): 508-514
[14] 胡包钢，应浩。模糊PID控制技术研究发展回顾及其面临的若干重要问题。自动化学报，2001，27（4）：567—587
[15] 王立新。模糊系统：挑战与机遇并存——十年研究之感悟。自动化学报，2001，27（4）：586—590
[16] 应浩。关于模糊控制理论与应用的若干问题。自动化学报，2001，27（4）：591—592
[17] 席裕庚等. 预测控制的研究现状和多层智能控制预测控制[J],.
[18] 席裕庚等.预测控制性能研究的新进展[J].控制理论与应用，2000，17（4）：470-475
[19] 褚健等.预测控制技术的现状和展望[J].机电工程, 1999，（5）：3-7
[20] 舒迪前。预测控制系统及其应用。北京：机械工业出版社，1996
[21] 席裕庚. 动态不确定环境下广义控制问题的预测控制[J]. 控制理论与应用, 2000,17(5):469-475
[22] 席裕庚.关于预测控制的进一步思考[J].控制理论与应用, 1994,11（2）:291-221
[23] 梅华，孙建平。模糊预测控制原理及其实现方法。上海大学学报（自然科学版），2001，7（5）：448－453
[24] C. H. Wong etc. Adaptive fuzzy relational predictive control [J]. Fuzzy Sets and Systems. 2000, 115:247-260
[25] C. H. Wong etc. Fuzzy relational predictive identification [J]. Fuzzy Sets and Systems. 2000, 113: 417-426
[26] 张化光，吕剑虹，陈来九. 模糊广义预测控制及其应用[J]. 自动化学报, 1993, 19(1): 9-16
[27] Katarina K.B., et al., Fuzzy Predictive Control of Highly Nonlinear pH process [J]. Computers chem. Engng. 1997, 21: S613-S618
[28] Linkens D. A., et al., Long-range predictive control using fuzzy process models [J]. Trans IChemE, 1996, 74 Part A: 77-88
[29] 李少远，席裕庚. 基于模糊目标和模糊约束的满意控制. 控制与决策, 2000,15(6): 674-667,694
[30] 杨立勋. 模糊稳定预测控制及其应用研究. [学位论文]，天津，天津大学，1996
[31] 李少远. 模糊智能预测控制研究. [学位论文]，天津，南开大学，1997
[32] 刘禾等. 大迟延过程的预测智能控制[J]. 华北电力大学学报，1998，25（4）：74-79
[34] 李士勇。模糊控制·神经控制和智能控制论。哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998
[35] K. Nozaki, H. Ishibuchi, H. Tanaka, A simple but powerful heuristic method for generating fuzzy rules from numerical data. Fuzzy Sets and Fuzzy Systems, 1997, 86(3): 251-270
[36] Richalet, et al. Model Predictive Heuristic Control: Application to Industrial Processes. Automatica, 1978, 14(5): 413-414
[37] 谢剑英。微型计算机控制技术（第二版）。国防工业出版社，北京，1991
[38] Garcia C E, Morari M. Internal Model Control. 1: A Unifying Review and Some new Results. Ind. Eng. Chem. Pro. Des. Dev. 1982, 21(2):308-323
[39] 席裕庚。预测控制。国防工业出版社，北京，1993
[40] 吴敏，桂卫华. 现代鲁棒控制。中南工业大学出版社，长沙，1998
[41] 梅华，孙建平，李鹏。内模控制系统的鲁棒机理分析。电力情报，2001（3）：46－48
[42] 吴国华，席裕庚，张钟俊。基于简化模型预测控制的鲁棒性分析。上海交通大学学报，1996，30（4）：71-75
[43] 王伟，李晓理，多模型自适应控制，科学出版社，北京，2001
[44] 杜永春，周君芬。亚临界机组主汽温控制的困难及其对策，浙江电力，1996（5）:10-13
[45] 冯俊凯，沈幼庭。锅炉原理及计算（第二版）。北京：科学出版社，1998
[46] 李遵基。热工自动控制系统。北京：中国电力出版社，1997
[47] 方崇智。模型辨识。清华大学出版社，北京，1991
[48] 陶永华，尹怡欣，葛芦生。新型PID控制及其应用。机械工业出版社，北京，2000