本文關(guān)鍵詞： 復(fù)雜工業(yè)過程 非線性 多模型辨識 智能體 熵 自適應(yīng)控制 廣義預(yù)測控制　出處：《華北電力大學(xué)(北京)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：復(fù)雜工業(yè)過程存在系統(tǒng)變量多、非線性作用強及環(huán)境隨機干擾影響大等問題,傳統(tǒng)的建模方法由于模型形式單一往往難以描述系統(tǒng)全貌,導(dǎo)致控制效果不理想,因此多模型辨識及相應(yīng)的控制策略成為復(fù)雜工業(yè)過程控制領(lǐng)域的研究熱點和難點。本文在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上,研究了復(fù)雜工業(yè)過程多模型辨識及控制的有關(guān)問題,提出了智能體多模型的辨識方法和在線聚類多模型的辨識方法,為復(fù)雜工業(yè)過程多模型辨識提供了新的思路。此外,在建模的基礎(chǔ)上研究了間接自適應(yīng)模糊控制策略和廣義預(yù)測控制策略,對不同辨識方法及控制策略分別給出了相應(yīng)的算例及應(yīng)用仿真驗證。最后,利用所研究算法對某電站660MW機組旋流燃燒器進行了整體的多模型辨識及控制系統(tǒng)的設(shè)計。本文的主要研究工作包括:1.提出了一種智能體和T-S模糊模型相結(jié)合的智能體模糊多模型構(gòu)建方法,并從理論上證明了智能體多模型系統(tǒng)可以任意精度逼近任意線性或非線性系統(tǒng)。不同于傳統(tǒng)多模型策略,智能體多模型系統(tǒng)中的每個智能體是一個動態(tài)方程,可以獨立表征一種工況,也可以與其他智能體協(xié)同表征新的工況,使得該方法在描述復(fù)雜系統(tǒng)時有相當(dāng)大的靈活性。電熱水器系統(tǒng)的辨識仿真實驗被用來驗證該方法的可行性和有效性。2.針對存在隨機噪聲干擾的多變量非線性系統(tǒng),提出了一種基于最小熵聚類的多模型在線辨識算法。通過最小熵模糊減聚類算法在線確定多模型中子模型個數(shù)及其相應(yīng)隸屬度權(quán)值,聚類過程中同時考慮了子系統(tǒng)規(guī)則化程度。給出了求取子模型參數(shù)的加權(quán)最小二乘遞推表達,實現(xiàn)了子模型參數(shù)的在線辨識。數(shù)值算例的仿真實驗驗證了算法的有效性。此外,本文基于在線辨識策略進一步討論了辨識過程中模型參數(shù)初調(diào)算法,對余熱利用系統(tǒng)中冷卻水回路電動閥的模型辨識檢驗了算法對環(huán)境隨機干擾的自適應(yīng)能力。3.設(shè)計了基于李雅普諾夫函數(shù)的間接自適應(yīng)模糊控制器,針對智能體與模糊邏輯相結(jié)合的多模型被控對象,給出了保證系統(tǒng)穩(wěn)定輸出的最優(yōu)模糊自適應(yīng)控制律。針對煙氣余熱利用過程進行了仿真實驗,為了驗證算法的性能,同傳統(tǒng)PID控制器的控制結(jié)果進行了對比。4.基于上述的辨識方法及廣義預(yù)測控制器對某電站660MW機組旋流燃燒器進行了辨識及控制實驗。通過分析旋流燃燒器結(jié)構(gòu)及運行機理,確定了燃燒過程的主要變量,在此基礎(chǔ)上提出一種模型參數(shù)可隨過程調(diào)節(jié)的模糊多模型系統(tǒng),給出了相應(yīng)的模型參數(shù)辨識方法。構(gòu)造了旋流燃燒器系統(tǒng)的多入多出廣義預(yù)測控制策略。為驗證算法的有效性,應(yīng)用以上算法對電站旋流燃燒器進行了仿真實驗。
[Abstract]:There are many problems in complex industrial processes, such as system variables, strong nonlinear effects and random environmental disturbances. The traditional modeling method is often difficult to describe the whole situation of the system because of the single model form, which leads to the unsatisfactory control effect. Therefore, multi-model identification and corresponding control strategies have become a hot and difficult point in the field of complex industrial process control. Based on the existing research, this paper studies the problems related to multi-model identification and control of complex industrial processes. The identification method of agent multi-model and on-line clustering multi-model is proposed, which provides a new idea for multi-model identification of complex industrial processes. On the basis of modeling, indirect adaptive fuzzy control strategy and generalized predictive control strategy are studied. Corresponding examples and simulation results are given for different identification methods and control strategies. The whole multi-model identification and control system of swirl burner of 660MW unit in a power station is designed by using the algorithm studied in this paper. The main research work in this paper includes: 1. A kind of intelligence combining agent and T-S fuzzy model is proposed. Energy volume fuzzy multi-model construction method, It is proved theoretically that the agent multi-model system can approach any linear or nonlinear system with arbitrary precision. Different from the traditional multi-model strategy, each agent in the agent multi-model system is a dynamic equation. You can represent one condition independently, or you can represent new conditions in collaboration with other agents. The simulation experiment of the electric water heater system is used to verify the feasibility and effectiveness of the method. 2. For the multivariable nonlinear system with random noise disturbance, A multi-model on-line identification algorithm based on minimum entropy clustering is proposed. The number of multi-model neutron models and their corresponding membership weights are determined online by the minimum entropy fuzzy clustering algorithm. In the process of clustering, the regularization degree of subsystem is considered at the same time. The weighted least square recursive expression of the parameters of submodel is given, and the on-line identification of the parameters of submodel is realized. The simulation results of numerical examples verify the validity of the algorithm. Based on the on-line identification strategy, this paper further discusses the initial tuning algorithm of model parameters in the process of identification. The model identification of the electric valve in the cooling water loop in the waste heat utilization system tests the adaptive ability of the algorithm to the random disturbance in the environment. 3. An indirect adaptive fuzzy controller based on Lyapunov function is designed. The optimal fuzzy adaptive control law is presented for the multi-model controlled object which combines agent and fuzzy logic. The simulation experiment is carried out to verify the performance of the algorithm. Compared with the control results of the traditional PID controller. Based on the above identification method and the generalized predictive controller, the swirl burner of a 660MW unit in a power station is identified and controlled. The structure and operation mechanism of the swirl burner are analyzed. On the basis of determining the main variables of combustion process, a fuzzy multi-model system with adjustable model parameters is proposed. The corresponding model parameter identification method is given, and the multi-input and multi-output generalized predictive control strategy of swirl burner system is constructed. To verify the validity of the algorithm, the simulation experiments are carried out on the swirl burner in power station.
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP273

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