CN102953966A - 泵站群变频泵的自适应迭代控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种泵站群变频泵的自适应迭代控制方法，包括以下步骤：（1）确定控制对象与控制回路，（2）确定控制输入和控制输出，（3）选取期望轨迹；（4）确立迭代学习规律；（5）确定启停泵的数量；控制输出uk+1(t)，当满足高限或者低限值时，能够控制启停泵的数量，取代了传统的基于液位定值启停泵的数量控制。本发明的这种基于uk+1(t)控制的方式，满足迭代控制的学习规律，相较传统的控制方式，本发明能够很好的调节变频泵的频率，使得液位变化变得平缓并且能够很好的跟踪期望轨迹。

Description

泵站群变频泵的自适应迭代控制方法
技术领域
本发明涉及一种泵站群变频泵的自适应迭代控制方法。
背景技术
目前我国排水泵站群系统规模大、工艺复杂，控制方式各异。现有的控制策略简单，无法对水池水位突变迅速做出正确的动作。针对这种参数不确定性的非线性控制系统，传统的PID控制策略已经不能很好的满足泵站群水位变频控制的控制要求。传统PID控制对于水位的控制表现为：（1）水位波动大时，变频泵频率调节较为频繁，对泵体本身是一种严重的磨损，同时也不环保；（2）变频泵出力的频繁波动导致水位波动较大，不符合泵站实际要求。面对这种情况，如何找到一种符合实际控制的方法便成为泵站群控制的焦点。
发明内容
针对该非线性系统的一些特征和控制要求，本发明选取了自适应迭代方法，来实现泵站群的平稳控制。自适应迭代控制方法能够很好的满足控制系统的控制要求：（1）防止水位过高，水池液位应控制在安全范围内；（2）避免频繁启停设备。
为了达到以上目的，本发明的主要技术内容如下：
一种泵站群变频泵的自适应迭代控制方法，包括以下步骤：
（1）、确定控制对象与控制回路，
控制对象：泵站水池液位；
控制回路：闭环控制；
所述闭环控制的学习策略是：取第K+1次运行的误差作为学习的修正项，即
uk+1(t)=L(uk(t),ek+1(t))                ①
式①中L为线性或者非线性算子，K表示第K次学习运行，uk+1(t)表示第K+1次运行的控制量，uk(t)表示第K次运行的控制量，ek+1(t)表示第K+1次运行的输出误差量；
（2）、确定控制输入和控制输出，
控制输入：液位偏差；
控制输出：变频泵的频率uk；
（3）、选取期望轨迹y(d)
泵站水池液位的期望轨迹满足下述公式②
y(t)=k1·x-3(t)+k2·x-2(t)+k3·x-1(t)+a0②
式②中y(t)表示输出量，x(t)表示状态量，K1、K2、K3为系数，a0表示初始液位值。
（4）、确立迭代学习规律
迭代学习规律增量式表示为：
uk+1(t)=uk(t)+k1(yk-yd)·Δt+k2(yk+1-yk)③
式③中uk+1(t)表示第K+1次运行的控制量，uk+1(t)∈(0,100％)；uk(t)表示第K次运行的控制量，yk+1-yk表示下一时刻液位值与当前液位值的差值，(yk-yd)·Δt表示的是Δt时间内当前液位值与期望轨迹液位值的差值，K1是差值系数，K2是放大系数。
利用迭代学习规律控制算法③，找到合适的控制律uk+1使得泵站水池液位变化曲线按照期望轨迹y(d)运动，满足泵站对于水池液位变化的要求；
（5）、确定启停泵的数量
公式③中的uk+1(t)，当满足高限或者低限值时，能够控制启停泵的数量，取代了传统的基于液位定值启停泵的数量控制。
公式③得出的控制律uk+1是在前一时刻基于液位偏差计算得到的控制律uk(t)运行时间Δt之后得到的，每重复一次该过程，uk+1便愈适合该液位变化，如此反复，uk+1不断得到修正，从而使得液位变化能够按照期望轨迹变化。
上述公式③的uk+1(t)对应泵站工频泵的频率，经过迭代计算后得到的uk+1(t)=100%时启动一台泵，uk+1(t)=0时停止一台泵，取代了传统的基于液位定值启停泵的数量控制。
借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：
本发明的自适应迭代控制方法，给出了一种适用于泵站水池液位控制的方法，提出了一种水池液位测量值或估计值-期望轨迹-迭代学习规律-下一时刻变频泵频率输出-水池液位的闭环迭代控制模型，通过建立该模型，可以将泵站水池液位按照期望轨迹零误差的跟踪，保证了泵站液位控制的实时性、稳定性、鲁棒性等动态性能。大大减少了泵站设备的频繁启停操作。
本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
图1为本发明的期望轨迹图；
图2为本发明的原理图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
如图1、图2所示，一种泵站群变频泵的自适应迭代控制方法，包括以下步骤：
（1）、确定控制对象与控制回路，
控制对象：泵站水池液位；
控制回路：闭环控制；
所述闭环控制的学习策略是：取第K+1次运行的误差作为学习的修正项，即
uk+1(t)=L(uk(t),ek+1(t))                ①
式①中L为线性或者非线性算子，K表示第K次学习运行，uk+1(t)表示第K+1次运行的控制量，uk(t)表示第K次运行的控制量，ek+1(t)表示第K+1次运行的输出误差量；
（2）、确定控制输入和控制输出，
控制输入：液位偏差；
控制输出：变频泵的频率uk；
（3）、选取期望轨迹y(d)，如图1所示，
泵站水池液位的期望轨迹满足下述公式②
y(t)=k1·x-3(t)+k2·x-2(t)+k3·x-1(t)+a0②
式②中y(t)表示输出量，x(t)表示状态量，K1、K2、K3为系数，a0表示初始液位值。
（4）、确立迭代学习规律
迭代学习规律增量式表示为：
uk+1(t)=uk(t)+k1(yk-yd)·Δt+k2(yk+1-yk)③
式③中uk+1(t)表示第K+1次运行的控制量，uk+1(t)∈(0,100％)；uk(t)表示第K次运行的控制量，yk+1-yk表示下一时刻液位值与当前液位值的差值，(yk-yd)·Δt表示的是Δt时间内当前液位值与期望轨迹液位值的差值，K1是差值系数，K2是放大系数。
利用迭代学习规律控制算法③，找到合适的控制律uk+1使得泵站水池液位变化曲线按照期望轨迹y(d)运动，满足泵站对于水池液位变化的要求；
（5）、确定启停泵的数量
公式③中的uk+1(t)，当满足高限或者低限值时，能够控制启停泵的数量，取代了传统的基于液位定值启停泵的数量控制。
公式③得出的控制律uk+1是在前一时刻基于液位偏差计算得到的控制律uk(t)运行时间Δt之后得到的，每重复一次该过程，uk+1便愈适合该液位变化，如此反复，uk+1不断得到修正，从而使得液位变化能够按照期望轨迹变化。
上述公式③的uk+1(t)对应泵站工频泵的频率，经过迭代计算后得到的uk+1(t)=100%时启动一台泵，uk+1(t)=0时停止一台泵，取代了传统的基于液位定值启停泵的数量控制。
实施例一
泵站液位控制按照传统的控制方式，波动较大，控制效果较差，本发明采用的自适应迭代控制方式，针对被控对象——水池液位，将液位作为控制输入，频率作为控制输出，迭代学习规律选择增量式形式③，按照③式，将当前时刻液位值与上一时刻液位值之差、当前时刻液位值与期望液位值之差和当前频率值分别作为学习规律的输入，通过迭代运算得出下一时刻频率值，这种方式得到的频率实际上是超前动作才会使得液位波动幅度变得平缓，设备也不会因为液位波动频繁启停。
本实施例适用于泵站水池液位超前控制。
实施例二
本实施例是在实施例一的控制过程一样，但是控制目的不一样，本实施例的控制目的是将通过迭代得出的频率值百分比后，当该值为100%时，启动一台变频泵。随着液位的继续升高，该值通过③式计算也在不断的更新，当再一次达到100%时，说明启动一台泵已经不能满足要求，需要再启动一台泵，如此反复，便能够决定在液位持续升高过程中该启动的变频泵的数量。相反地，停止变频泵的数量也是通过比较该值决定，当该值为0时便停一台泵。
本实施例适用于泵站启停泵数量控制。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种泵站群变频泵的自适应迭代控制方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）、确定控制对象与控制回路，
控制对象：泵站水池液位；
控制回路：闭环控制；
（2）、确定控制输入和控制输出，
控制输入：液位偏差；
控制输出：变频泵的频率uk；
（3）、选取期望轨迹y(d)
泵站水池液位的期望轨迹满足下述公式②
y(t)=k1·x-3(t)+k2·x-2(t)+k3·x-1(t)+a0②
式②中y(t)表示输出量，x(t)表示状态量，K1、K2、K3为系数，a0表示初始液位值；
（4）、确立迭代学习规律
迭代学习规律增量式表示为：
uk+1(t)=uk(t)+k1(yk-yd)·Δt+k2(yk+1-yk)③
式③中uk+1(t)表示第K+1次运行的控制量，uk+1(t)∈(0,100％)；uk(t)表示第K次运行的控制量，yk+1-yk表示下一时刻液位值与当前液位值的差值，(yk-yd)·Δt表示的是Δt时间内当前液位值与期望轨迹液位值的差值，K1是差值系数，K2是放大系数；
利用迭代学习规律控制算法③，找到合适的控制律uk+1使得泵站水池液位变化曲线按照期望轨迹y(d)运动，满足泵站对于水池液位变化的要求；
（5）、确定启停泵的数量
公式③中的uk+1(t)，当满足高限或者低限值时，能够控制启停泵的数量，取代了传统的基于液位定值启停泵的数量控制。
2.根据权利要求1所述的泵站液位自适应迭代控制方法，其特征在于：所述公式③得出的控制律uk+1是在前一时刻基于液位偏差计算得到的控制律uk(t)运行时间Δt之后得到的，每重复一次该过程，uk+1便愈适合该液位变化，如此反复，uk+1不断得到修正，从而使得液位变化能够按照期望轨迹变化。
3.根据权利要求1所述的泵站液位自适应迭代控制方法，其特征在于：所述公式③的uk+1(t)对应泵站工频泵的频率，经过迭代计算后得到的uk+1(t)=100%时启动一台泵，uk+1(t)=0时停止一台泵，取代了传统的基于液位定值启停泵的数量控制。
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