融合高性能PC及高控制稳定性DCS的智能联合控制方法与流程

本发明涉及工业过程控制与发电机组运行优化，具体为融合高性能pc及高控制稳定性dcs的智能联合控制方法。

背景技术：

1、分散控制系统（dcs）是燃煤发电机组的核心控制载体，具备高可靠性、强实时性与稳定的现场执行能力，是工业生产控制的主流架构。但受限于嵌入式控制器的计算性能，传统dcs仅能承载pid等基础控制算法，难以部署复杂的多变量耦合控制、系统辨识与自抗扰算法，导致机炉耦合大滞后、强扰动场景下的控制品质受限。

2、随着发电机组深度调峰需求提升，20%-100%全负荷灵活运行对控制精度与响应速度提出更高要求。现有dcs升级方案多为替换控制器硬件，存在改造成本高、停机周期长、兼容性不足等问题；部分外置优化系统仅采用单向数据读取与开环指导，无法实现闭环控制的深度融合，通讯延迟与数据交互机制的缺陷也易导致控制不同步。

3、目前，针对dcs与外置计算单元融合的控制方案，普遍存在算法适配性不足、全负荷覆盖度低、安全冗余机制不完善等问题，难以同时满足复杂计算承载能力与现场控制稳定性的双重需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供融合高性能pc及高控制稳定性dcs的智能联合控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：融合高性能pc及高控制稳定性dcs的智能联合控制方法，包括以下步骤：

3、步骤一：搭建高性能计算pc端与分散控制系统dcs端之间的modbus通讯链路，配置双向数据映射寄存器，实现dcs端过程运行数据向pc端的采集传输，以及pc端控制指令向dcs端的回写下发；

4、步骤二：对采集获取的发电机组全负荷运行数据进行工况划分与预处理，针对机炉耦合过程进行分负荷段的动态模型智能辨识，得到各负荷区间对应的机炉耦合动态模型；

5、步骤三：构建覆盖20%-100%全负荷范围的多智能体自抗扰控制架构，按照被控对象功能划分子控制智能体，并设置协调智能体实现各子控制智能体的解耦匹配；

6、步骤四：针对每个子控制智能体设计自抗扰控制器，通过扩张状态观测器实时估计系统总扰动，结合机炉耦合动态模型的输出预测生成基础控制量，并叠加总扰动补偿量得到最终控制修正量；

7、步骤五：基于电网频率偏差与当前机组负荷工况，生成一次调频动态补偿指令，适配不同负荷段的调频响应特性；

8、步骤六：将自抗扰控制生成的控制修正量与一次调频动态补偿指令进行叠加校验，经速率限制与幅值限制后，通过modbus通讯链路回写至dcs端的控制执行回路；

9、步骤七：设置滚动时间窗口，基于周期采集的最新运行数据迭代更新机炉耦合动态模型参数与自抗扰控制器参数，实现控制策略的在线优化。

10、进一步的，所述步骤一中，modbus通讯链路采用以太网tcp协议传输，dcs端的过程模拟量、开关量状态映射至连续的保持寄存器地址区间，pc端按固定采样周期读取寄存器数据；pc端生成的控制指令映射至dcs端的可写寄存器地址区间，每组指令对应双寄存器校验位，数据不一致时丢弃当前帧并保留上一帧有效指令。

11、进一步的，所述步骤二中，机炉耦合动态模型采用增量式状态空间结构，其计算方程式为：

12、

13、式中，为k时刻的系统输出增量向量，包含主蒸汽压力、主蒸汽温度、机组有功功率、供热抽汽压力四个被控量增量；为时刻的控制输入增量向量，包含燃料量指令、总给水流量指令、高压调门开度指令、一级减温水流量指令四个控制量增量；为时刻的可测扰动增量向量，包含环境温度、供热抽汽流量、原煤收到基低位发热量三个扰动量增量；为状态转移矩阵，表征被控量自身的惯性耦合特性；为控制增益矩阵，表征控制量对被控量的作用强度；为扰动增益矩阵，表征可测扰动对被控量的影响程度；为当前采样时刻序号。

14、进一步的，所述步骤三中，子控制智能体划分为锅炉燃烧智能体、汽水系统智能体、汽机供热智能体三类；锅炉燃烧智能体的被控量为主蒸汽压力、炉膛负压，控制量为总燃料量指令、总送风量指令、总引风量指令；汽水系统智能体的被控量为主蒸汽温度、再热蒸汽温度，控制量为一级减温水流量指令、二级减温水流量指令、烟气挡板开度指令；汽机供热智能体的被控量为机组有功功率、供热抽汽压力，控制量为高压调门开度指令、抽汽调节阀开度指令；协调智能体接收各子智能体的状态信息，以机炉能量平衡偏差最小为目标调整各子智能体的设定值权重。

15、进一步的，所述步骤四中，自抗扰控制器的控制律计算方程式为：

16、

17、式中，为k时刻的初始控制量；为控制器比例增益参数；为k时刻的被控量设定值；为k时刻扩张状态观测器输出的被控量状态观测值；为k时刻扩张状态观测器输出的系统总扰动观测值，包含系统未建模动态、外部未知扰动与子系统间耦合扰动；为控制增益补偿因子，用于匹配控制量与被控量的增益关系。

18、进一步的，所述步骤五中，一次调频动态补偿指令的计算方程式为：

19、

20、式中，为k时刻的一次调频指令修正量；为调频基础增益系数；为k时刻的电网频率偏差值；为电网额定频率；为机组额定有功功率；为负荷自适应系数，取值随当前机组负荷率动态调整，20%-40%负荷区间对应第一系数区间，40%-100%负荷区间对应第二系数区间。

21、进一步的，所述步骤二中的工况划分按照机组负荷率划分为四个连续区间，分别为20%-40%低负荷区间、40%-60%中低负荷区间、60%-80%中高负荷区间、80%-100%高负荷区间；每个负荷区间分别辨识得到独立的模型参数矩阵，控制过程中根据实时负荷率调用对应区间的模型参数，相邻负荷区间边界处采用参数线性插值方式实现平滑过渡。

22、进一步的，所述步骤六中，指令回写过程设置三级安全校验机制：第一级为幅值校验，控制修正量超出预设上下限时时强制限制为边界值；第二级为速率校验，相邻两帧指令的变化量超出预设变化速率时按最大速率限制；第三级为通讯状态校验，连续多帧未收到dcs端应答或数据校验错误时，停止指令下发并触发dcs端自动切换至原生控制逻辑。

23、进一步的，所述步骤七中，滚动时间窗口长度设置为固定采样周期的整数倍，每次迭代时将窗口内最新运行数据代入辨识算法，采用加权递推方式更新模型参数，新数据权重高于旧数据权重；控制器参数以控制偏差的平方和最小为优化目标，采用梯度下降法进行迭代调整，参数更新步长随负荷波动幅度动态调整。

24、进一步的，所述步骤四中的扩张状态观测器为三阶线性扩张状态观测器，输入为被控量实测值与控制量输出值，输出分别为被控量状态观测值、被控量变化率观测值与系统总扰动观测值；观测器增益参数按各负荷段模型特性分别配置，随负荷区间切换同步调整。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

26、本发明依托modbus通讯实现高性能pc与dcs的双向闭环融合，无需替换原有dcs硬件即可赋予系统复杂算法承载能力，降低改造升级成本。通过分负荷段机炉耦合建模与多智能体自抗扰控制，覆盖20%-100%全负荷运行区间，提升机组变负荷过程的跟踪能力与抗扰性能。引入扩张状态观测器统一补偿系统内扰与外扰，弱化机炉耦合带来的控制滞后与波动。结合负荷自适应的一次调频优化，兼顾不同负荷段的调频响应能力与运行稳定性。设置多级安全校验与无扰切换机制，保障联合控制模式下的运行可靠性。整体方案实现了复杂计算能力与高控制稳定性的优势互补，为燃煤发电机组全负荷灵活运行提供了可行的控制架构。