CN104632416A - 一种燃气轮机转速控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃气轮机转速控制方法,实现所述方法的系统包括计算机、转速控制器和现场设备。计算机安装了用于实现模糊控制算法的软件和OPC服务软件。所述方法包括:采集现场设备的转速并求系统转速误差;计算机对所述系统转速误差和转速误差的变化率进行模糊化处理,经模糊推理和精确化处理得到精确控制量,然后送转速控制器自适应调整PID的控制参数,并进行PID运算,实现对现场设备的控制。本发明的转速控制器的参数能够自适应调整;通过增加一个Matlab控制,复杂的控制算法由Matlab软件实现,不增加转速控制器的程序量和程序执行负担,甚至可以将转速控制器的一部分功能转移到Matlab中,提高了系统的控制性能。
Description
技术领域
本发明属于燃气轮机控制领域,具体涉及一种燃气轮机转速控制方法。
背景技术
现有的燃气轮机转速控制大多采用传统的PID控制,由于燃气轮机本身的结构和工艺非常复杂,加之工作环境恶劣,本身多个执行机构调节过程相互耦合干扰,传统的PID控制的参数固定,不能根据系统的变化自动整定。目前,虽然智能算法在燃气轮机中的应用已经进行了一定的研究,但是大多数只是停留在实验室方法阶段。燃气轮机的控制系统使用的控制器主要以PLC(Programmable logic Controller,可编程逻辑控制器)或者DCS(Distributed Control System,集散控制系统)为主,控制程序的设计语言主要是梯形图和语句表,实现复杂的参数自整定程序非常困难,而且程序的可移植性差,不同的控制器之间由于本身语法结构和指令的不同,无法通用。
发明内容
为了克服传统PID控制在燃气轮机转速控制领域的不足,本发明提供一种燃气轮机转速控制方法,结合Matlab软件实现自适应模糊PID控制,提高燃气轮机系统转速的控制精度和抗干扰能力。
一种燃气轮机转速控制方法,实现所述方法的系统包括:计算机、转速控制器和现场设备;其中,计算机安装了用于实现模糊控制算法的软件,用于通过模糊控制算法计算PID参数变化量,计算机还安装有OPC服务软件,用作OPC服务器,实现计算机与转速控制器之间的数据通讯;转速控制器用于在计算机的的配合下,实现对现场设备即燃气轮机转速的直接控制。所述方法包括以下步骤:
步骤1,转速控制器对现场设备进行数据采集,得到现场设备当前的转速,求设定转速与当前转速的差,得到所述系统的转速误差e。
步骤2,转速控制器将所述系统的转速误差e传输给计算机;
步骤3,计算机对所述系统的转速误差和转速误差的变化率进行模糊化处理,经模糊推理和精确化处理得到精确控制量ΔKp,ΔKi,ΔKd;
步骤4,计算机将步骤3得到的所述精确控制量ΔKp,ΔKi,ΔKd传输给转速控制器;
步骤5,转速控制器根据精确控制量ΔKp,ΔKi,ΔKd自适应调整PID的控制参数Kp,Ki,Kd,并进行PID运算。
进一步地,所述步骤3还包括:
步骤3.1,对转速误差e进行微分运算得到误差变化率e′,之后对e和e′进行模糊化处理;
步骤3.2,根据模糊规则,进行模糊推理,得到模糊控制量;
步骤3.3,将模糊推理得到的模糊输出量进行精确化处理,得到精确控制量ΔKp,ΔKi,ΔKd。
进一步地,步骤5所述自适应调整控制参数Kp,Ki,Kd的表达式为:
Kp=Kp0+ΔKp
Ki=Ki0+ΔKi
Kd=Kd0+ΔKd
式中,Kp0、Ki0、Kd0为初始参数。
进一步地,步骤5所述进行PID运算后的最终输出为:
进一步地,安装在计算机上的模糊控制算法软件为Matlab软件。
进一步地,所述Matlab软件通过OPC Toolbox与过程变量交互,并提供fuzzy Toobox实现模块控制算法,将两者结合起来,实现模糊控制。
进一步地,计算机还安装有OPC服务软件,作为以OLE/COM机制为应用程序通讯标准的OPC服务器实现计算机与转速控制器之间的数据通讯。
进一步地,所述转速控制器采用KM950控制器;KM950控制器支持冗余,具有网络通信功能,扫描周期短。
与现有的技术比较,本发明的优点是:
(1)转速控制器的参数能够自适应调整,系统的响应速度和调节精度会明显优于传统的转速控制器;
(2)与传统的控制系统相比,本发明只是增加了一个Matlab控制,使本发明易于应用到实际工程中。
(3)复杂的控制算法由Matlab软件实现,不增加转速控制器的程序量和程序执行负担,甚至可以将转速控制器的一部分功能转移到Matlab中,以减轻转速控制器的负担,提高系统的控制性能。
(4)采用KM950控制器,支持冗余、网络通信功能强大、扫描周期短,整体性能优于一般控制器。
附图说明
图1为实现本发明所述方法的系统组成框图;
图2为本发明所述方法流程图;
图3为KM950控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
实现燃气轮机转速控制的系统如图1所示,包括计算机101、转速控制器102和现场设备103。计算机101内部安装了实现模糊控制算法的Matlab软件,计算机同时作为OPC服务器,安装有OPC服务软件,它提供了一个工业标准接口,其作用是与转速控制其进行数据通讯。转速控制器102采用KM950控制器。计算机101通过OPC服务器接收转速控制器102采集的转速误差信号,并由转速误差信号计算误差的变化率。之后对误差和误差变化率模糊化,根据模糊规则进行模糊推理得到模糊控制量。最后对模糊控制量进行精确化处理得到PID参数的变化量。转速控制器102为整个燃气轮机系统的主要控制单元,根据由Matlab软件实现的模糊控制器计算出的PID参数变化量实时调整控制器中的Kp,Ki,Kd三个参数,并根据设定转速和反馈转速进行PID运算,计算出最终的控制量。
燃气轮机的转速控制方法的流程图如图2所示,包括以下步骤:
步骤1,转速控制器102采集现场设备103的转速,通过求设定转速与当前转速的差得到系统的转速误差e。
步骤2,转速控制器102将转速误差e传输给计算机101。
步骤3,计算机101对转速误差和转速误差的变化率进行模糊化处理,经模糊推理和精确化处理得到精确的控制量ΔKp,ΔKi,ΔKd,具体方法如下:
步骤3.1,计算机101对转速误差e进行微分运算得到误差变化率e′,之后对e和e′进行模糊化处理;
步骤3.2,计算机101根据模糊规则,进行模糊推理,得到模糊控制量;
步骤3.3,计算机101将模糊推理得到的模糊输出量进行精确化处理,得到精确的控制量ΔKp,ΔKi,ΔKd。
步骤4,计算机101将步骤3得到的精确控制量ΔKp,ΔKi,ΔKd传输给转速控制器102;
步骤5,转速控制器102根据精确控制量ΔKp,ΔKi,ΔKd自适应调整PID的控制参数Kp,Ki,Kd,并进行PID运算。
Kp,Ki,Kd的表达式为:
Kp=Kp0+ΔKp
Ki=Ki0+ΔKi
Kd=Kd0+ΔKd
式中,Kp0、Ki0、Kd0为默认参数。
如图3所示,PID运算后的输出为:
优选地,所述Matlab软件通过OPC Toolbox与过程变量交互,并提供fuzzy Toobox实现模块控制算法,将两者结合起来,实现模糊控制。
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,或者对其中部分或者全部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权利要求所限定的范围。
Claims (8)
1.一种燃气轮机转速控制方法,实现所述方法的系统包括:计算机(101)、转速控制器(102)和现场设备(103);其中,计算机(101)安装了用于实现模糊控制算法的软件,用于通过模糊控制算法计算PID参数变化量;转速控制器(102)用于在计算机(101)的配合下,实现对现场设备(103)即燃气轮机转速的直接控制。其特征在于,所述方法包括以下步骤:
步骤1,转速控制器(102)对现场设备(103)进行数据采集,得到现场设备(103)当前的转速,求设定转速与当前转速的差,得到所述系统的转速误差e。
步骤2,转速控制器(102)将所述系统的转速误差e传输给计算机(101);
步骤3,计算机(101)对所述系统的转速误差和转速误差的变化率进行模糊化处理,经模糊推理和精确化处理得到精确控制量△Kp,△Ki,△Kd;
步骤4,计算机(101)将步骤3得到的所述精确控制量△Kp,△Ki,△Kd传输给转速控制器(102);
步骤5,转速控制器(102)根据精确控制量△Kp,△Ki,△Kd自适应调整PID的控制参数Kp,Ki,Kd,并进行PID运算,实现对现场设备(103)的控制。
2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机转速控制方法,其特征在于,所述步骤3还包括:
步骤3.1,计算机(101)对转速误差e进行微分运算得到误差变化率e′,之后对e和e′进行模糊化处理;
步骤3.2,计算机(101)根据模糊规则,进行模糊推理,得到模糊控制量;
步骤3.3,计算机(101)将模糊推理得到的模糊输出量进行精确化处理,得到精确控制量△Kp,△Ki,△Kd。
3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机转速控制方法,其特征在于,步骤5所述自适应调整控制参数Kp,Ki,Kd的表达式为:
Kp=Kp0+△Kp
Ki=Ki0+△Ki
Kd=Kd0+△Kd
式中,Kp0、Ki0、Kd0为系统初始参数。
4.根据权利要求1或3所述的一种燃气轮机转速控制方法,其特征在于,步骤5所述进行PID运算后的输出为:
。
5.根据权利要求1所述的一种燃气轮机转速控制方法,其特征在于,安装在计算机(101)上的模糊控制算法软件为Matlab软件。
6.根据权利要求5所述的一种燃气轮机转速控制方法,其特征在于,所述Matlab软件通过OPC Toolbox与过程变量交互,并提供fuzzy Toobox实现模块控制算法,将两者结合起来,实现模糊控制。
7.根据权利要求1所述的一种燃气轮机转速控制方法,其特征在于,计算机(101)还安装有OPC服务软件,作为以OLE/COM机制为应用程序通讯标准的OPC服务器实现计算机(101)与转速控制器(102)之间的数据通讯。
8.根据权利要求1、2、3、5、6、7中任意一项所述的一种燃气轮机转速控制方法,其特征在于,所述转速控制器(102)采用支持冗余、具有网络通信功能、扫描周期短的KM950控制器。
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