CN104698833B - 冗余控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种冗余控制方法和系统，冗余控制系统包括至少一个控制器，该控制器包含处理器，所述处理器用于在所属的控制器被启用时采集被控制目标的运行参数并分别使用至少两种不同的算法对采集到的运行参数进行运算，得到对应的控制指令；判断各个控制指令对应的控制指令是否正确，并根据各个算法的预设优先级选择优先级最高的正确控制指令。这样，如果因优先级高的算法的缺陷导致控制指令错误，处理器能够使用优先级较低的算法输出正确的控制指令。采用本发明提供的冗余控制系统，能够降低所使用的处理器以及其他相关硬件的数量，从而降低相应的硬件成本和硬件架构的复杂度。

Description

冗余控制方法和系统

技术领域

本发明涉及控制技术领域，尤其涉及一种冗余控制方法和系统。

背景技术

在燃气轮发电机组中，燃气控制装置的作用就是通过测量系统获取燃气轮发电机组的各种热力性能参数后，通过控制器内的控制逻辑计算后，输出到辅机系统的执行机构中，主要为燃料系统的控制阀和进口导叶调节系统中的油动机，通过调节燃料量和进口导叶角度可以将燃气轮发电机机组运行到期望的负荷。由于目前的燃气控制装置通常采用数字电子控制硬件本身存在一定的故障率，一旦故障将对燃气发电机组造成大的影响。为了保证安全和可靠性，目前燃气控制装置通常会采用多个控制器进行冗余控制，一旦一个控制器发生故障，其它控制器继续可以保证燃气轮发电机机组的安全运行。

虽然采用多个控制器进行冗余控制可以提高整个控制装置的可靠性，但是硬件成本高，硬件架构也复杂。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种能冗余控制方法和系统。

本发明提供了一种冗余控制系统，包括至少一个控制器，所述控制器包括处理器；

所述处理器用于在所属的控制器被启用时采集被控制目标的运行参数并分别使用至少两种不同的算法对采集到的运行参数进行运算，得到对应的控制指令；判断各个控制指令是否正确，并根据各个算法的预设优先级选择对应的算法的优先级最高的正确控制指令。

进一步的，所述处理器还用于在判断各个控制指令均错误时，输出故障报告指令。

进一步的，所述冗余控制系统包括至少两个控制器，每一个控制器中包含一个处理器，各个控制器依次级联；

所述处理器还用于在判断各个控制指令均错误时，关闭所属的控制器；在所属的控制器级联的上一级控制器中的处理器输出故障报告指令时，启用所属的控制器。

进一步的，所述处理器用于所述处理器用于在判断||Y_M(t)×K_M-1||<δ时，确定算法M对应的控制指令正确，否则判断算法M对应的控制指令错误；其中，

其中，Y_M(t)为根据算法M在t时刻得到的控制指令中n个不同类别的控制参数所组 成的向量，

||·||表示绝对值·的绝对值；

[]^-1表示矩阵的逆，如果矩阵不可逆时，[]^-1表示矩阵的伪逆；||·||₂表示向量的2范数。

进一步的，所述被控制目标为燃气机轮；所述控制参数包括以下参数中的一种或者几种：

燃料量、压气机进口导叶角、抽气加热量。

本发明还提供了一种冗余控制方法，用于包含至少一个控制器的控制系统中，所述控制器包括处理器，所述方法包括：所述处理器在所属的控制器被启用时，执行如下步骤：

采集被控制目标的运行参数并分别使用至少两种不同的算法对采集到的运行参数进行运算，得到对应的控制指令；

判断各个控制指令是否正确，并根据各个算法的预设优先级选择对应的算法的优先级最高的正确控制指令。

进一步的，所述处理器在被启用时，执行的步骤还包括：

在判断各个控制指令均错误时，输出故障报告指令。

进一步的，所述冗余控制系统包括至少两个控制器，每一个控制器中包含一个处理器，各个控制器依次级联；

所述处理器在所属的控制器在被启用时，还执行如下步骤：

在判断各个控制指令均错误时，关闭所属的控制器；在所属的控制器级联的上一级控制器中的处理器输出故障报告指令时，启用所属的控制器。

进一步的，所述判断各个控制指令对应的控制指令是否正确包括：：

所述处理器用于在判断||Y_M(t)×K_M-1||<δ时，确定算法M对应的控制指令正确，否则判断算法M对应的控制指令错误；其中，

其中，Y_M(t)为根据算法M在t时刻得到的控制指令中n个不同类别的控制参数所组 成的向量，

||·||表示绝对值·的绝对值；

[]^-1表示矩阵的逆，如果矩阵不可逆时，[]^-1表示矩阵的伪逆；||·||₂表示向量的2范数。

进一步的，所述被控制目标为燃气机轮；所述控制参数包括以下参数中的一种或者几种：

燃料量、压气机进口导叶角、抽气加热量。

本发明中，处理器根据至少两种算法对采集到的运行参数进行运算，得到对应的控制指令；判断各个控制指令对应的控制指令是否正确，并根据各个算法的预设优先级选择对应的算法的优先级最高的正确控制指令。这样，如果因优先级高的算法的缺陷导致控制指令错误，处理器能够使用优先级较低的算法输出正确的控制指令。采用本发明提供的冗余控制系统，能够降低所使用的处理器以及其他相关硬件的数量，从而降低相应的硬件成本和硬件架构的复杂度。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种冗余控制系统的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种冗余控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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他的实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种冗余控制系统，该冗余控制系统包括至少一个控制器，该控制器具有处理器，所述处理器用于在所属的控制器被启用时采集被控制目标的运行参数并分别使用至少两种不同的算法对采集到的运行参数进行运算，得到对应的控制指令；判断各个控制指令是否正确，并根据各个算法的预设优先级选择对应的算法的优先级最高的正确控制指令。

采用本发明提供的冗余控制系统中，一个处理器能够根据至少两种算法对采集到的运行参数进行运算，得到对应的控制指令；判断各个控制指令对应的控制指令是否正确，并根据各个算法的预设优先级选择优先级最高的正确控制指令。这样，如果因优先级高的算法的缺陷导致控制指令错误，处理器能够使用优先级较低的算法输出正确的控制指令。而在实际应用中，控制器输出错误的控制指令的原因一般是由于算法错误，采用本发明提供的冗余控制系统，能够在保证冗余控制的前提下，降低所使用的处理器以及其他相关硬件的数量，降低相应的硬件成本。

在具体实施时，这里的处理器与现有技术中的处理器的概念一致，均是指具有计算处理功能的一类硬件。不难理解，这里所指的选择对应的算法的优先级最高的正确控制指令是指根据对应的算法的优先级最高的正确控制指令对被控制的目标进行控制。

在具体实施时，所述处理器还可以用于在判断各个控制指令均错误时，输出故障报告指令。该故障报告指令可以输出到相应的其他系统，或者也可以输出到该冗余控制系统中的其他器件(比如报警装置)。

上述的冗余控制系统还可以多个控制器，多个控制器按照优先级进行级联，当高优先级的控制器故障时，仅次于该高优先级的控制器启用，依次类推。

如图2所示，为冗余控制系统包含两个级联的控制器的一种情况，其中控制器B为控制器A的下一级，每一个控制器包含一个处理器，不难理解的是，这里的控制器除了包括处理器之外，采集接口、输出接口、连接线路等其他硬件，这些不是本发明所重点关注的内容，在此已不再详细说明。

控制器A中的处理器还用于在判断各个控制指令均错误时，关闭所属的控制器；控制器B的处理器还用于在所属的控制器级联的上一级控制器中的处理器输出故障报告指令时，启用所属的控制器。

在实际应用中，如果控制器A本身发生硬件故障，则其输出的控制指令很可能均是错误的。此时，通过设置另一个控制器B，并使控制器A中的处理器还用于在判断各个控制指令均错误时，关闭所属的控制器；控制器B的处理器还用于在所属的控制器级联的上一级控制器中的处理器输出故障报告指令时，启用所属的控制器，能够实现进一步实现硬件冗余。

在具体实施时，所述处理器用于所述处理器用于在判断||Y_M(t)×K_M-1||<δ时，确定算法M对应的控制指令正确，否则判断算法M对应的控制指令错误；其中，

其中，Y_M(t)为根据算法M在t时刻得到的控制指令中n个不同类别的控制参数所组 成的向量，

||·||表示绝对值·的绝对值；

[]^-1表示矩阵的逆，如果矩阵不可逆时，[]^-1表示矩阵的伪逆；||·||₂表示向量的2范数。由于容错阈值δ为故障敏感系数，如果需要提高对渐变式故障的敏感度，可以根据现场调试进行适当的参数整定，整定幅度不要超过计算值的正负50％。

在具体实施是，在确定某个算法对应的控制指令故障后，还可以输出算法故障报告，用于指示该算法发生故障，如果一个处理器的各个算法对应的控制指令故障均错误，则输出硬件错误报告。

在具体实施时，上述的所述被控制目标为燃气机轮；所述控制参数包括以下参数中的一种或者几种：燃料量FM、压气机进口导叶角IGV、抽气加热量IBH。比如在燃料量FM、压气机进口导叶角IGV，Y_M＝[FM_M IGV_M]。

举例来说，如果一个处理器所使用的算法有两种，其中算法1为纯比例算法、算法2为PI算法，在燃气基本负荷时，选择42个数据点，并结合MATLAB软件中的pinv和ones函数，利用本发明的公式，得到容错系数K_A、K_B和容错阈值δ如下：

δ＝0.0095

基于相同的构思，本发明还提供了一种冗余控制方法，用于包含至少一个控制器的控制系统中，所述控制器包括处理器，所述方法包括：所述处理器在所属的控制器被启用时，执行如下步骤：

步骤S21，采集被控制目标的运行参数并分别使用至少两种不同的算法对采集到的运行参数进行运算，得到对应的控制指令；

步骤S22，判断各个控制指令对应的控制指令是否正确，并根据各个算法的预设优先级选择优先级最高的正确控制指令。

本发明中，处理器能够根据至少两种算法对采集到的运行参数进行运算，得到对应的控制指令；判断各个控制指令对应的控制指令是否正确，并根据各个算法的预设优先级选择优先级最高的正确控制指令。这样，如果因优先级高的算法的缺陷导致控制指令错误，处理器能够使用优先级较低的算法输出正确的控制指令。采用本发明提供的冗余控制系统，能够降低所使用的处理器以及其他相关硬件的数量，从而降低相应的硬件成本和硬件架构的复杂度。

在具体实施是，所述处理器在被启用时，执行的步骤还包括：

步骤S23，在判断各个控制指令均错误时，输出故障报告指令。

在具体实施时，所述冗余控制系统包括至少两个控制器，每一个控制器中包含一个处理器，各个控制器依次级联；

所述处理器在所属的控制器在被启用时，还执行如下步骤：

步骤S24，在判断各个控制指令均错误时，关闭所属的控制器；在所属的控制器级联的上一级控制器中的处理器输出故障报告指令时，启用所属的控制器。

在具体实施时，所述判断各个控制指令对应的控制指令是否正确包括：

所述处理器用于在判断||Y_M(t)×K_M-1||<δ时，确定算法M对应的控制指令正确，否则判断算法M对应的控制指令错误；其中，

其中，Y_M(t)为根据算法M在t时刻得到的控制指令中n个不同类别的控制参数所组 成的向量，

||·||表示绝对值·的绝对值；

[]^-1表示矩阵的逆，如果矩阵不可逆时，[]^-1表示矩阵的伪逆；||·||₂表示向量的2范数。

在具体实施时，所述被控制目标为燃气机轮；所述控制参数包括以下参数中的一种或者几种：

燃料量、压气机进口导叶角、抽气加热量。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但是，本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替代，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种冗余控制系统，其特征在于，包括至少一个控制器，所述控制器包括处理器；

所述处理器用于在所属的控制器被启用时采集被控制目标的运行参数并分别使用至少两种不同的算法对采集到的运行参数进行运算，得到对应的控制指令；判断各个控制指令是否正确，并根据各个算法的预设优先级选择对应的算法的优先级最高的正确控制指令；

所述处理器用于在判断||Y_M(t)×K_M-1‖＜δ时，确定算法M对应的控制指令正确，否则判断算法M对应的控制指令错误；其中，

其中，Y_M(t)为根据算法M在t时刻得到的控制指令中n个不同类别的控制参数所组成的向量，

||·‖表示绝对值·的绝对值；

[]^-1表示矩阵的逆，如果矩阵不可逆时，[]^-1表示矩阵的伪逆；‖·‖₂表示向量的2范数。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器还用于在判断各个控制指令均错误时，输出故障报告指令。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述冗余控制系统包括至少两个控制器，每一个控制器中包含一个处理器，各个控制器依次级联；

所述处理器还用于在判断各个控制指令均错误时，关闭所属的控制器；在所属的控制器级联的上一级控制器中的处理器输出故障报告指令时，启用所属的控制器。

4.如权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述被控制目标为燃气机轮；所述控制参数包括以下参数中的一种或者几种：

燃料量、压气机进口导叶角、抽气加热量。

5.一种冗余控制方法，其特征在于，用于包含至少一个控制器的控制系统中，所述控制器包括处理器，所述方法包括：所述处理器在所属的控制器被启用时，执行如下步骤：

采集被控制目标的运行参数并分别使用至少两种不同的算法对采集到的运行参数进行运算，得到对应的控制指令；

判断各个控制指令是否正确，并根据各个算法的预设优先级选择对应的算法的优先级最高的正确控制指令；

所述判断各个控制指令对应的控制指令是否正确包括：

在判断||Y_M(t)×K_M-1||＜δ时，确定算法M对应的控制指令正确，否则判断算法M对应的控制指令错误；其中，

其中，Y_M(t)为根据算法M在t时刻得到的控制指令中n个不同类别的控制参数所组成的向量，

||·||表示绝对值·的绝对值；

[]^-1表示矩阵的逆，如果矩阵不可逆时，[]^-1表示矩阵的伪逆；||·||₂表示向量的2范数。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述处理器在被启用时，执行的步骤还包括：

在判断各个控制指令均错误时，输出故障报告指令。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述冗余控制系统包括至少两个控制器，每一个控制器中包含一个处理器，各个控制器依次级联，所述方法还包括：

所述处理器在所属的控制器在被启用且在判断各个控制指令均错误时，关闭所属的控制器；在所属的控制器级联的上一级控制器中的处理器输出故障报告指令时，启用所属的控制器。

8.如权利要求5-7任一项所述的方法，其特征在于，所述被控制目标为燃气机轮；所述控制参数包括以下参数中的一种或者几种：

燃料量、压气机进口导叶角、抽气加热量。

Images