CN109164706B - 一种预测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种预测方法和装置，包括：将过程响应的输入信号与预置第一常数2相乘，得到第一输出信号；通过预置的纯滞后运算公式对输入信号进行纯滞后运算，得到第二输出信号；将第二输出信号作为减信号，将输入信号作为被减信号，获取输入信号与第二输出信号的差并作为第三输出信号；通过预置的积分运算公式对第三输出信号进行积分运算，得到第四输出信号；将第一输出信号作为被减信号，将第四输出信号作为减信号，获取第一输出信号和第四输出信号的差并作为过程响应的预测输出信号。用于实现无预测模型的预测控制，从而满足实际预测控制需要。

Description

一种预测方法及装置
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种预测方法及装置。
背景技术
在上世纪70年代问世的模型预测控制(Model predictive control，MPC)，是一种典型的预测控制(Predictive control，PC)。经过数十年的发展，MPC已经有了较为丰富的理论论证与仿真验证成果、包括在复杂工业过程控制中应用成功的实例，例如在石油化工控制工程中得到成功的应用。但是MPC在火电厂的过程控制系统中迟迟未得到有效的应用，原因是MPC还多停留在可行性研究和仿真实验研究的阶段。
MPC是一种不依赖误差的控制方法，前提是能够建立准确的预测模型(Predictivemodel，PM)并且输入确定，则系统过程响应的未来能够准确预测。但是在实际中，不确定性是普遍性的，确定性是特殊性的。在某种程度上看，MPC在理论上已经解决了确定性问题。但是对于不确定性问题要如何解决，MPC在理论上并没有给出实质性的答案。因为存在不确定性，不依赖误差的控制实际上难以实现。
确定性对于MPC的应用很重要，但是不确定性正是火电厂过程控制的基本特点所在。在火电厂，为响应用电侧的实时要求，火电厂生产运行时刻面临负荷或发电功率指令的经常性变化，重要输入控制量需要经常性发生变化，使得火电机组的过程控制时刻处于克服外扰与内绕的调整过程中，使得火电厂的过程控制、特别是大滞后过程控制中的不确定性一直是困扰火电厂过程控制的技术难题之一。大滞后是高阶较大惯性和较大纯滞后特性的一种简称。目前看，抑制不确定性的最有效方法仍然是包括PID(Proportionintegration differentiation)在内的闭环控制或反馈校正模型。
尽管MPC包括依赖预测模型的预测方法在理论上已经很完善了，但是在实际中，由于MPC在不确定性问题上存在难以克服的缺陷，所以问题得不到彻底解决；并且依赖预测模型的MPC始终很麻烦，为了获得较好的预测控制性能，需要建立尽量完善的预测系统，例如存在较多的耦合模型，从而使得，控制系统复杂化。
发明内容
本发明提供了一种预测方法和装置，以实现无预测模型的预测控制，从而满足实际预测控制需要。
本发明提供了一种预测方法，包括：
将过程响应的输入信号与预置第一常数2相乘，得到第一输出信号；
通过预置的纯滞后运算公式
Figure GDA0001859810820000023
对所述输入信号进行纯滞后运算，得到第二输出信号，其中Tp为预置观测频率带宽ωp的倒数，表示预测时间且单位为s，ωp的单位为rad/s；
将所述第二输出信号作为减信号，将所述输入信号作为被减信号，获取所述输入信号与所述第二输出信号的差并作为第三输出信号；
通过预置的积分运算公式
Figure GDA0001859810820000021
对所述第三输出信号进行积分运算，得到第四输出信号；
将所述第一输出信号作为被减信号，将所述第四输出信号作为减信号，获取所述第一输出信号和所述第四输出信号的差并作为过程响应的预测输出信号。
本发明提供了一种预测装置，包括：第一控制器、第二控制器、第一减法器、第二减法器和第一乘法器；
第一乘法器的一个输入端用于输入过程响应的输入信号，另一个输入端输入有预置常数2；
第一控制器用于通过预置的纯滞后运算公式
Figure GDA0001859810820000022
对输入信号进行纯滞后运算，其中Tp为预置观测频率带宽ωp的倒数，表示预测时间且单位为s，ωp的单位为rad/s；
第一控制器的输出端用于输出第二输出信号，且与第一减法器的减信号输入端连接；
第一减法器的被减信号输入端用于输入输入信号；
第一减法器的输出端用于输出第三输出信号，且与第二控制器的输入端连接；
第二控制器用于通过预置的积分运算公式
Figure GDA0001859810820000031
对第三输出信号进行积分运算；
第二控制器的输出端用于输出第四控制信号，且与第二减法器的减信号输入端连接；
第二减法器的被减信号输入端与第一乘法器的输出端连接，其中第一乘法器的输出端用于输出第一输出信号；
第二件减法器的输出端用于输出过程响应的预测输出信号。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
将过程响应的输入信号与预置第一常数2相乘，得到第一输出信号；
通过预置的纯滞后运算公式
Figure GDA0001859810820000032
对输入信号进行纯滞后运算，得到第二输出信号，其中Tp为预置观测频率带宽ωp的倒数，表示预测时间且单位为s，ωp的单位为rad/s；
将第二输出信号作为减信号，将输入信号作为被减信号，获取输入信号与第二输出信号的差并作为第三输出信号；
通过预置的积分运算公式
Figure GDA0001859810820000033
对第三输出信号进行积分运算，得到第四输出信号；
将第一输出信号作为被减信号，将第四输出信号作为减信号，获取第一输出信号和第四输出信号的差并作为过程响应的预测输出信号。
本发明在系统频率带宽ωSFB小于预测频率带宽ωP时，本发明能够提供在预设数的预测时间的高准确度的超前预测，具有通用性，无需建立准确的预测模型。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种预测装置的一个实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种预测方法的一个应用例的结果图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种预测方法和装置，解决了MPC在不确定性问题上存在难以克服的缺陷及设置较多的耦合模型会造成控制系统复杂化的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种预测方法的一个实施例，包括：
将过程响应的输入信号与预置第一常数2相乘，得到第一输出信号；
通过预置的纯滞后运算公式
Figure GDA0001859810820000041
对输入信号进行纯滞后运算，得到第二输出信号，其中Tp为预置观测频率带宽ωp的倒数，表示预测时间且单位为s，ωp的单位为rad/s；
将第二输出信号作为减信号，将输入信号作为被减信号，获取输入信号与第二输出信号的差并作为第三输出信号；
通过预置的积分运算公式
Figure GDA0001859810820000042
对第三输出信号进行积分运算，得到第四输出信号；
将第一输出信号作为被减信号，将第四输出信号作为减信号，获取第一输出信号和第四输出信号的差并作为过程响应的预测输出信号。
请参阅图1，本发明提供的一种高准确度预测装置的一个实施例的结构示意图。
本发明提供了一种预测装置的一个实施例，包括：第一控制器2、第二控制器4、第一减法器3、第二减法器5和第一乘法器1；
第一乘法器1的一个输入端用于输入过程响应的输入信号，另一个输入端输入有预置常数2；
第一控制器2用于通过预置的纯滞后运算公式
Figure GDA0001859810820000051
对输入信号进行纯滞后运算，其中Tp为预置观测频率带宽ωp的倒数，表示预测时间且单位为s，ωp的单位为rad/s；
第一控制器2的输出端用于输出第二输出信号，且与第一减法器3的减信号输入端连接；
第一减法器3的被减信号输入端用于输入输入信号；
第一减法器3的输出端用于输出第三输出信号，且与第二控制器4的输入端连接；
第二控制器4用于通过预置的积分运算公式
Figure GDA0001859810820000052
对第三输出信号进行积分运算；
第二控制器4的输出端用于输出第四控制信号，且与第二减法器5的减信号输入端连接；
第二减法器5的被减信号输入端与第一乘法器1的输出端连接，其中第一乘法器1的输出端用于输出第一输出信号；
第二件减法器的输出端用于输出过程响应的预测输出信号。
需要说明的是，在本申请实施例中，从被减信号输入端输入的信号是指在减法运算中作为被减数的信号，从减信号输入端输入的信号是指减法运算中作为减数的信号。
请参阅图2，本发明实施例提供的一种预测方法的一个应用例的结果图。
如图2所示，输入信号为
Figure GDA0001859810820000053
在图2用虚线表示。通过本发明应用例提供的一种预测方法预测该输入信号，设定预测时间TP＝100s或预测频率带宽ωP＝0.01rad/s，在图2中用实线表示输出过程响应的预测输出信号，从实线和虚线的相似程度可以看出，本发明实施例能够实现该输入信号的超前预测。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种预测方法，其特征在于，包括：
将过程响应的输入信号与预置第一常数2相乘，得到第一输出信号，所述过程响应的输入信号具体为火电厂生产运行的负荷；
通过预置的纯滞后运算公式
Figure FDA0003051926940000011
对所述输入信号进行纯滞后运算，得到第二输出信号，其中Tp为预置观测频率带宽ωp的倒数，表示预测时间且单位为s，ωp的单位为rad/s；
将所述第二输出信号作为减信号，将所述输入信号作为被减信号，获取所述输入信号与所述第二输出信号的差并作为第三输出信号；
通过预置的积分运算公式
Figure FDA0003051926940000012
对所述第三输出信号进行积分运算，得到第四输出信号；
将所述第一输出信号作为被减信号，将所述第四输出信号作为减信号，获取所述第一输出信号和所述第四输出信号的差并作为过程响应的预测输出信号。
2.一种预测装置，其特征在于，包括：第一控制器、第二控制器、第一减法器、第二减法器和第一乘法器；
第一乘法器的一个输入端用于输入过程响应的输入信号，另一个输入端输入有预置常数2；
第一控制器用于通过预置的纯滞后运算公式
Figure FDA0003051926940000013
对输入信号进行纯滞后运算，其中Tp为预置观测频率带宽ωp的倒数，表示预测时间且单位为s，ωp的单位为rad/s；
第一控制器的输出端用于输出第二输出信号，且与第一减法器的减信号输入端连接；
第一减法器的被减信号输入端用于输入输入信号；
第一减法器的输出端用于输出第三输出信号，且与第二控制器的输入端连接；
第二控制器用于通过预置的积分运算公式
Figure FDA0003051926940000014
对第三输出信号进行积分运算；
第二控制器的输出端用于输出第四控制信号，且与第二减法器的减信号输入端连接；
第二减法器的被减信号输入端与第一乘法器的输出端连接，其中第一乘法器的输出端用于输出第一输出信号；
第二件减法器的输出端用于输出过程响应的预测输出信号。
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