CN109854955A - 一种省级天然气输气站场智能调节控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及天然气输送领域，特别是一种省级天然气输气站场智能调节控制方法。现有天然气输气站场的上游调节支路缺乏联动、相互独立，供气支路故障时无法进行无扰切换问题，本发明为一种省级天然气输气站场智能调节控制方法，该方法在控制器设计中以增量型PI作为主控制器，通过模糊算法来计算PI参数改变量，引入调节阀的跟随速度和阀门特性曲线，计算以二次修正PI参数改变量，得到最终参数修正值，优化调节过程；将两支路通过逻辑联锁实现串联控制，在任一支路发生切断时根据阀位和流量、压力变化来触发支路切换，并将故障支路切出联锁控制改由另一支路接管调控。本发明可对上游调节器在较大范围作稳态控制，超调量小，并可实现供气支路勿扰切换。
Description
技术领域
本发明涉及天然气输送技术领域，特别是一种省级天然气输气站场智能调节控制方法。
背景技术
在省级天然气管网的输气站场设计时，需要对下游进行压力和流量的调节控制，一般采用两路由站场PLC控制的电动调节阀，而下游一般为地方城市燃气的接气站，需要对压力进行二次调，故常采用自力式调节阀，且流量在不同时段的变化较大。在站场规划时，综合考虑土地、管道等建设成本，往往将上游和下游的站场相邻设置，造成上下游两级调节器相近设置，各自独立调节，互不协调，而且下游的计量参数通常为商业机密，不会反馈至上游，所以上游对下游的调节器的调节工控基本未知，极难控制，极易造成失调；同时上游调节支路之间缺乏联动功能，相互之间独立控制，在供气支路故障时无法实现无扰切换。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有省级天然气输气站场中的上游调节支路缺乏联动、相互独立，在供气支路故障时无法进行无扰切换问题，本发明提出一种省级天然气输气站场智能调节控制方法，所述控制方法适用于上游的调节器，使调节器可以在较大范围内实现稳态控制，而且超调量极小，可同时实现供气支路的勿扰切换。
本发明解决技术问题采用的技术方案：一种省级天然气输气站场智能调节控制方法，其特征是包括控制器设计和支路无扰联动控制逻辑设计两部分，正常情况下将控制器设计用于主调节器，调节控制上游场站各输气支路，在任一输气支路发生故障时按照支路无扰联动控制逻辑设计切换输气支路；
(1)控制器设计：
(1.1)主调节器采用增量型PI控制，所有的调节阀共用一个阀位增量，同时保证在同一时间点只有一条支路处于动作状态，其余支路保持当前阀位不变；
(1.2)所述PI控制的参数由调节过程中产生的调节误差和误差变化通过模糊算法计算，再进行两次修正后得出实现自整定；
(1.3)模糊算法规则表的制定为根据PI控制的特性曲线进行阶段性优化，采用正、反两套相近相反的算法来适应不同的调节，在起调阶段通过比对阶跃误差正负值来选用算法，然后根据实际的测试情况进行修正；
(1.4)模糊算法的去模糊化过程中，采用分段重积分法计算重心的方式计算P、I参数一次修正值；
(1.5)引入调节阀门的跟随速度和调节特性曲线，以此计算P、I参数的二次修正值(引入两者的作用一是对修正值的幅度进行限定，防止过度修正；二是通过计算调节阀在不同开度下的流通趋势来对修正值进一步优化)；
(2)支路无扰联动控制逻辑设计：
将两支路通过逻辑联锁实现串联控制，在任一支路发生切断时，根据阀位和流量、压力变化来触发支路切换，并将故障支路切出联锁控制，由另一支路接管调节控制；在支路的动作区间，设置A％和B％两个阀位阈值，同时设置0～30％、30％～60％、60％～100％三个调节阶段，并且始终保证两条支路处于相邻或相同的调节阶段。
本发明在控制器设计中以增量型PI作为主控制器，通过模糊算法来计算PI参数的改变量(一次修正值)，再引入调节阀的跟随速度和阀门特性曲线，通过计算来二次修正PI参数的改变量(最终修正值)，得到最终的参数修正值，从而优化调节过程。本发明在支路无扰联动控制逻辑设计中将两条支路通过逻辑联锁实现串联控制，其主逻辑为每个周期将阀位增量赋予联动的某一条支路，同时保持另一条支路不动，保证在同一时间点只有一条支路处于动作状态，避免调节耦合；当任一支路发生切断时，综合阀位和流量、压力变化来触发支路切换，并将故障支路切出联锁控制，由另一支路接管调节控制，由于两个阀门采用同一个阀位增量，故在接管时不会因输出值不同引起扰动；在支路的动作区间，为避免单一支路瞬间负荷过大，根据实际情况设置了30％和60％两个阀位阈值，并设置了0～30％、30％～60％、60％～100％三个调节阶段，且始终保证两条支路处于相邻或相同的调节阶段，一是为了负载均衡，二是避免支路切换时反馈值下行过快，三是尽可能降低支路切换后的超调量。本发明可以在较大范围内能实现稳态控制，实际测试过程中压力调节可以满足50％的阶跃量、流量调节可以满足25％的阶跃量；超调量极小，实际测试不足2％，能同时能实现支路的无扰切换，具体是将两支路通过逻辑联锁实现串联控制，在任一支路发生切断时，根据阀位和流量、压力变化来触发支路切换，并将故障支路切出联锁控制，由另一支路接管调节控制(由于所有调节阀门均采用同一个阀位增量，故在接管时不会因输出值不同引起扰动)；在支路的动作区间，设置A％和B％两个阀位阈值，同时设置0～30％、30％～60％、60％～100％三个调节阶段，并且始终保证两条支路处于相邻或相同的调节阶段，设置两个阀位阈值可以避免单一支路瞬间负荷过大，设置三个调节阶段并保证两条支路处于相邻或相同调节阶段的目的一是为了负载均衡，二是避免支路切换时反馈值下行过快，三是尽可能降低支路切换后的超调量。本发明中所述的模糊算法参考刘金琨《先进PID控制MATLAB仿真(第2版)》.电子工业出版社.2004；102-118。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采用如下技术措施：所述模糊算法包括模糊集及论域划分：将误差和误差变化分别划分为正大、正中、正小、零、负小、负中、负大七个模糊集，并在隶属度函数论域中分别用-3、-2、-1、0、1、2、3对应具体的模糊集边界；
所述隶属度函数划分如下，对误差、误差变化和P、I参数采用统一的三角划分法进行设计，其中正大表示为PB，正中表示为PM，正小表示为PS，零表示为ZO，负小表示为NS，负中表示为NM，负大表示为NB，对应函数y＝f(x)如下：
所述模糊算法规则表：在正常的PI控制中，根据起始误差的正负分为设定值大于反馈值的正向调节和设定值小于反馈值的反向调节；完整的正向调节过程中，当调节曲线收敛时，按照模糊算法的模糊集划分，误差先后经历正大、正中、正小、稳定前零、负小、负中、负大、负中、负小、稳定前零、正小、正中、正小、稳定前零、负小、稳定时零、稳定后零对应区域，相应的误差变化先后经历负大、负中、负小、稳定前零、正小、正中、正大、正中、正小、稳定前零、负小、负中、负小、稳定前零、正小、稳定时零、稳定后零对应区域，在完整的反向调节过程中，区间不变、正负相反；
PI参数的整定原则为：正向调节时，在正负大区时取最小积分值和适中比例值以限制超调量；在正负中区取适中的积分值和适中的比例值以加快响应速度；在正负小区取较大的积分值用于快速抵消先前的积分增益效果，同时取适中的比例值和最大的积分值以应对超调量的快速回调要求；在零区则分为三个阶段，稳定前零区沿用正负小区的设置，在进入稳定时零区取最小的比例值和最小的积分值，在进入稳定后零区取适中的比例值和适中的积分值来提高消差速度；按照所述思路和整定原则，以IF...AND
...THEN...的描述方式制定正向调节模糊则表和方向调节模糊规则表。
所述去模糊化过程中，选用重心法来计算PI参数的修正值对应在论域x轴上的坐标，先对连续的积分算法进行离散化，利用有限元方式将整个图形分割成n个矩形或梯形的单元图形，利用重积分法分段计算面积及其在x轴的积分后得出重心坐标，再转化成一次修正值Δk；所述重心坐标计算公式：
X轴上的重心坐标
其中：
在计算V和VX时，f(x)取同一X坐标下隶属度值最大的隶属度函数。
在相同的模糊集合内通过求导阀门特性曲线并乘以一定的系数来修正权重系数W，权重系数计算方式为：
其中：W为权重系数，G(x)为系数在0.8～1.0之间，CV(OP)为阀门调节特性函数。在去模糊化的过程中一般会引入静态的权重系数，其作用主要是对修正值进行限制，防止修正过度，本发明将调节阀的跟随速度和阀门特性曲线引入权重系数的计算，将传统的模糊算法静态的权重系数动态化，以获得更好的控制特性，在实际应用中，在相同的模糊集合内通过求导阀门特性曲线并乘以一定的系数来修正权重系数W，对控制效果的提升十分显著。
所述P、I参数的二次修正值计算如下：
KP＝KP+ΔKP″；
而：
ΔKP″＝ΔKP′·WP；
ΔKI″＝ΔKI′·WI；
其中：
KP和KI为参数基数；
ΔKP″和ΔKI″为二次修正值；
KP和KI为输入PI控制器的最终参数。
本发明所述控制方法具有以下优点：(1)传统的PI控制器只能满足某种特定工况，适应性范围较小，当工况发生变更时，需要再次对参数进行整定，本发明所述的控制器具有较广的适应性和较强的抗干扰能力，仅当调节工艺发生变化或者工况重大变更时才需要进行再次整定，可减少技术人员的工作量，提高生产效率；(2)充分利用备用支路的输气能力，将传统的一用一冷备的输气方式改为同用互为热备的方式，提高输气能力，降低站场建设成本；(3)解决站场建设时的调节器设置难问题，后期建设时可以通过发明所述控制实现上下游站场背靠背设置，无需额外征用土地作建设，缓解土地征用难问题；(4)提高站场自动化水平，减少人员依赖需求，在本发明的基础上，可以进一步开发站场自动输配功能，实现站场无人化控制，提高企业效益。
具体的，本发明的核心主要是使用曲线跟踪法，在实际应用过程中，对于系统的调节有正向、反向两种，一般的模糊控制算法要么着重单一方向的调节，要么在冲突区域取一个中间点，牺牲了部分控制特性，但是在实际应用中发现适应性有限，特别是大的工况变更。在传统的模糊控制中，不会引入阀门特性曲线和阀门跟随速度参与权重系数的计算，但是在实际应用中引入后，对系统的调节精度和稳定性均有显著提高。在天然气输配过程中，下游的计量参数通常为商业机密，不会反馈至上游，所以上游对下游的调节器的调节工控基本未知，而在实际过程中，这种两个调节器背靠背的设置方式对气体的流态影响较大，存在涡流现象，同时考虑下游调节影响，以及传感器的精度和稳定性影响，使得反馈值在一定程度上频繁变化即存在回差影响，所以在误差的计算前需要进行滤波，使微分环节的作用无法得到有效控制，甚至起反作用，而且在模糊控制中已经引入了误差变化，所以只需要配置比例、积分两个基本环节而舍弃微分环节，在实际应用中反而使系统有更好的稳定性。关于调节支路的联动方式，传统的输气站场中将支路按照冷备设计，当主用支路发生关闭时一种通用做法是将故障支路的开度直接赋予备用支路，但在实际测试过程中发现，特别是这种微管存的站场，很容易发生断供或者超调，所以本发明设计了串联支路的联动方式，本发明将两条支路通过逻辑联锁实现串联控制，其主逻辑为每个周期将阀位增量赋予联动的某一条支路，同时保持另一条支路不动，保证在同一时间点只有一条支路处于动作状态，避免调节耦合；在任一支路发生切断时，综合阀位和流量、压力变化来触发支路切换，并将故障支路切出联锁控制，由另一支路接管调节控制，由于两个阀门采用同一个阀位增量，故在接管时不会因输出值不同引起扰动；在支路的动作区间，为避免单一支路瞬间负荷过大，所以根据实际情况设置了30％和60％两个阀位阈值，并设置了0～30％、30％～60％、60％～100％三个调节阶段，且始终保证两条支路处于相邻或相同的调节阶段，一是为了负载均衡，二是避免支路切换时反馈值下行过快，三是尽可能降低支路切换后的超调量。
附图说明
图1：模糊控制原理图。
图2：模糊集合划分示意图。
图3：论域-隶属度函数划分。
图4：有限元求重心法示意图。
图5：支路串联控制逻辑图。
图6：徐村湾站工艺流程图。
图7：PV136401特性曲线。
图8：PV136402特性曲线。
图9：传统PI控制压力调节正向阶跃测试曲线图。
图10：传统PI控制压力调节反向阶跃测试曲线图。
图11：自适应PI控制压力调节正向阶跃测试曲线图。
图12：自适应PI控制压力调节反向阶跃测试曲线图。
图13：自适应PI控制开度不传递时支路切换曲线图。
图14：自适应PI控制开度传递时支路切换曲线图。
图15：传统PI控制流量调节正、反向阶跃测试曲线图。
图16：自适应PI控制流量调节正、反向阶跃测试曲线图。
图17：自适应PI控制开度不传递时支路切换曲线图。
图18：自适应PI控制开度传递时支路切换曲线图。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
如图1～5所示，一种省级天然气输气站场智能调节控制方法，包括控制器设计和支路无扰联动控制逻辑设计两部分，正常情况下将控制器设计用于主调节器，调节控制上游场站各输气支路，在任一输气支路发生故障时按照支路无扰联动控制逻辑设计切换输气支路；
(1)控制器设计：
(1.1)主调节器采用增量型PI控制，所有的调节阀共用一个阀位增量，同时保证在同一时间点只有一条支路处于动作状态，其余支路保持当前阀位不变；
(1.2)所述PI控制的参数由调节过程中产生的调节误差和误差变化通过模糊算法计算，再进行两次修正后得出实现自整定；
(1.3)模糊算法规则表的制定为根据PI控制的特性曲线进行阶段性优化，采用正、反两套相近相反的算法来适应不同的调节，在起调阶段通过比对阶跃误差正负值来选用算法，然后根据实际的测试情况进行修正；
(1.4)模糊算法的去模糊化过程中，采用分段重积分法计算重心的方式计算P、I参数一次修正值；
(1.5)引入调节阀门的跟随速度和调节特性曲线，以此计算P、I参数的二次修正值；
(2)支路无扰联动控制逻辑设计：
将两支路通过逻辑联锁实现串联控制，在任一支路发生切断时，根据阀位和流量、压力变化来触发支路切换，并将故障支路切出联锁控制，由另一支路接管调节控制；在支路的动作区间，设置A％和B％两个阀位阈值，同时设置0～30％、30％～60％、60％～100％三个调节阶段，并且始终保证两条支路处于相邻或相同的调节阶段。
所述模糊算法包括模糊集及论域划分：将误差和误差变化分别划分为正大、正中、正小、零、负小、负中、负大七个模糊集，并在隶属度函数论域中分别用-3、-2、-1、0、1、2、3对应具体的模糊集边界(参见图2)；
为后续的PLC程序设计考虑，所述隶属度函数划分如下，对误差、误差变化和P、I参数采用统一的三角划分法进行设计(参见图3)，其中正大表示为PB，正中表示为PM，正小表示为PS，零表示为ZO，负小表示为NS，负中表示为NM，负大表示为NB，对应函数y＝f(x)如下：
所述模糊算法规则表：在正常的PI控制中，根据起始误差的正负分为设定值大于反馈值的正向调节和设定值小于反馈值的反向调节；完整的正向调节过程中，当调节曲线收敛时，按照模糊算法的模糊集划分，误差先后经历正大、正中、正小、稳定前零、负小、负中、负大、负中、负小、稳定前零、正小、正中、正小、稳定前零、负小、稳定时零、稳定后零对应区域，相应的误差变化先后经历负大、负中、负小、稳定前零、正小、正中、正大、正中、正小、稳定前零、负小、负中、负小、稳定前零、正小、稳定时零、稳定后零对应区域，在完整的反向调节过程中，区间不变、正负相反；
PI参数的整定原则为：正向调节时，在正负大区时，考虑该域时间跨度最长，故取最小积分值和适中比例值以限制超调量；在正负中区，考虑该域时间跨度适中，取适中的积分值和适中的比例值以加快响应速度；在正负小区，考虑该域时间跨度较小，且比例作用弱积分作用趋于最强，故取较大的积分值用于快速抵消先前的积分增益效果，同时取适中的比例值和最大的积分值以应对超调量的快速回调要求；在零区则分为三个阶段，稳定前零区，系统即将进入超调区域，该域内比例作用最弱积分作用最强，所以沿用正负小区的设置，在进入稳定时零区，取最小的比例值和最小的积分值以尽可能消除静差，在进入稳定后零区，取适中的比例值和适中的积分值来提高消差速度，以应对下游调节干扰带来的误差；按照所述思路和整定原则，以IF...AND...THEN...的描述方式制定正向调节模糊则表和方向调节模糊规则表。
调节模糊规则表制定如下，表1-正向调节模糊规则表
表2-反向调节模糊规则表
去模糊化，在去模糊化过程中选用重心法来计算PI参数的修正值对应在论域x轴上的坐标，先对连续的积分算法进行离散化，利用有限元方式将整个图形分割成n个矩形或梯形的单元图形，利用重积分法分段计算面积及其在x轴的积分后得出重心坐标，再转化成一次修正值Δk(示例见图4)；所述重心坐标计算公式：
X轴上的重心坐标
其中：
在计算V和VX时，f(x)取同一X坐标下隶属度值最大的隶属度函数(可能为两个不同函数)，由于在两个函数转折区会被直线化，故有误差，Interval越小，误差越小。
参数修正，在去模糊化的过程中一般会引入静态的权重系数，其作用主要是对修正值进行限制，防止修正过度，本发明将调节阀的跟随速度和阀门特性曲线引入权重系数的计算，将传统的模糊算法静态的权重系数动态化，以获得更好的控制特性，本发明在相同的模糊集合内通过求导阀门特性曲线并乘以一定的系数来修正权重系数W，这对控制效果的提升十分显著，权重系数计算方式为：
其中：W为权重系数，G(x)为调整函数或系数，本实施例中设为系数并在0.8～1.0之间，具体与模糊集的划分界限有关，CV(OP)为阀门调节特性函数。
那么
KP＝KP+ΔKP″；
而：
ΔKP″＝ΔKP′·WP；
ΔKI″＝ΔKI′·WI；
其中：
KP和KI为参数基数；
ΔKP″和ΔKI″为二次修正值；
KP和KI为输入PI控制器的最终参数。
本发明基于PLC的增量型PI控制器改进，在传统的PID模块中，其中比例和积分环节的计算公式如下：
YP＝KP·ER；
其中：
KP为比例系数；
KI为积分系数；
ER为误差；
dt为积分时间系数，等同于PLC的扫描周期。
连续型的PI计算式为：
离散化后的PI计算式为：
那么增量型PI控制的计算公式为：
其中：
KP＝KP
KI＝KI·dt。
如图5所示，在支路无扰联动控制逻辑设计中将两条支路通过逻辑联锁实现串联控制，其主逻辑为每个周期将阀位增量赋予联动的某一条支路，同时保持另一条支路不动，保证在同一时间点只有一条支路处于动作状态，避免调节耦合；当任一支路发生切断时，综合阀位和流量、压力变化来触发支路切换，并将故障支路切出联锁控制，由另一支路接管调节控制，由于两个阀门采用同一个阀位增量，故在接管时不会因输出值不同引起扰动；在支路的动作区间，为避免单一支路瞬间负荷过大，根据实际情况设置了30％和60％两个阀位阈值，并设置了0～30％、30％～60％、60％～100％三个调节阶段，且始终保证两条支路处于相邻或相同的调节阶段，一是为了负载均衡，二是避免支路切换时反馈值下行过快，三是尽可能降低支路切换后的超调量。
本发明用于实际测试所述控制方法具有较广的适应性和较强的抗干扰能力，仅当调节工艺发生变化或者工况重大变更时才需要进行再次整定，可减少技术人员的工作量，提高生产效率；充分利用备用支路的输气能力，将传统的一用一冷备的输气方式改为同用互为热备的方式，提高输气能力，降低站场建设成本；解决站场建设时的调节器设置难问题，后期建设时可以通过发明实现上下游站场背靠背设置，无需额外征用土地作建设，缓解土地征用困难；提高站场自动化水平，减少人员依赖需求，在本发明的基础上，还可以进一步开发站场自动输配功能，实现站场无人化控制，提高企业效益。
本发明选取浙江省天然气管网的徐村湾站作为本发明的研究和测试地点，该站的控制系统分为上下位两部分，其中下位机采用施耐德Premium系列TSX P57 3634M型PLC，程序下载后扫描周期为25ms；上位机采用Intouch10.1开发版，采样周期为1s；工艺区设置有两级调节系统，其中我方为两路DN100电动调节阀(PV136401和PV136402，测试时我方PCV不参与调节)控制，下游为两路自力式调节阀(PCV136501和PCV136502)，相互间距不足10米，测试时调前压力3.5MPa左右，调后压力要求2MPa左右，正常供气约3000-4000Nm3/h，下游调后压力0.4MPa左右，其余调节工况未知，相关工艺见图7。
调节阀特性测试包括阀门跟随速度测试和阀门调节特性测试，其中阀门跟随速度测试在30％-60％区间通过每秒速度变化分别计算两个调节阀的最大跟随速度，测试结果见表3-调节阀跟随速度测试表
实测结果：PV136401的最大跟随速度为2.50％/s；PV136402的最大跟随速度为2.65％/s。
阀门调节特性测试原则上需要在恒压情况下进行，考虑到实际条件，以实际测得值作为近似计算参考，拟合的函数作为模糊计算后PI参数二次优化的参考，测试结果见表4-阀门调节特性测试表
通过MATLAB用傅里叶级数(3阶)拟合后的函数和趋势分别见图7和图8。
测试数据分析：徐村湾站所用PLC的扫描周期为25ms，阀门最大跟随速度为2.65％/s，所以PI控制器每个PLC扫描周期阀位增量值不得超过0.00006625％，该值作为参数整定的参考阈值；考虑到PLC计算的非连续性，两个阀门特性曲线采用傅里叶级数进行拟合，同时考虑准确度以及为了编程计算方便，选取3阶函数拟合，所得的特性函数分别为：CV＝-0.05315×OP3+11.08×OP2+33.3×OP+24.79和CV＝-0.0784×OP3+10.53×OP2+34.86×OP+26.03。从趋势走向看，两者区别不大，可采用任一函数计算，本发明选取PV136401的函数作为曲线跟踪基础和参数整定依据。应用测试：对控制系统的测试主要包括控制系统的压力、流量两个环节，在控制特性的测试过程中采用阶跃测试、支路切换两中测试方式，同等情况下通过对传统PI(固定参数)和自适应PI(自适应参数)系统的测试，从系统的稳差、调整时间、上升时间、峰值时间、震荡次数、最大超调量六个基本方面进行控制特性的对比，检验算法的适应性。
压力调节：阶跃测试，阶跃值1.0MPa，测试结果见表5-压力调节阶跃测试表
。自适应PI控制器的支路切换测试：为达到快速切断目的，人为关闭主用支路安全切断阀(SSV136401，见图5)，测试结果见表6-压力调节支路切换测试表
小结，在压力调节过程中，自适应PI系统相对传统PI系统有明显的特性改善，无论在系统的快速性还是超调量控制方面均有显著改善，且在该站的测试过程中，基本可以消除超调影响，所以在合适的参数支持下，其适应性更广，抗干扰能力更强；支路切换测试方面，采用开度传递方式(支路中断时会将故障支路的开度加载到其余联锁支路)更能控制反馈值的下行量，调整时间也明显减小，但相应的超调量有一定增加，但幅度极小。
流量调节
阶跃测试：阶跃值1000Nm3/h，测试结果见表7-流量调节阶跃测试表
自适应PI控制器的支路切换测试：为达到快速切断目的，人为关闭主用支路安全切断阀(SSV136401，见图1)，测试结果见表8-流量调节支路切换测试表
小结，在流量调节过程中，自适应PI系统相对传统PI系统对正向调节的超调量有明显的改善，在反向调节时，由于传统PI系统也有较好的控制特性，故改善不明显，而且在系统的快速性方面，自适应PI系统无论正向还是反向调节均有一定程度的降低，主要是流量调节没有滞后和惯性环节因素影响，而模糊算法中有一个在起调阶段通过减少积分值来控制超调的环节，所以这种通过降低系统响应性来提高系统稳定性的方式在量调节过程中直接体现出来，但对于系统整体的改善具有显著效果；在该站的测试过程中，无论正向还是反向调节，自适应PI系统均可以消除超调影响，所以同样的，在合适的参数支持下，其适应性更广，抗干扰能力更强；支路切换测试方面，采用开度传递方式(支路中断时会将故障支路的开度加载到其余联锁支路)更能控制反馈值的下行量，但是调整时间明显增加，且相应的超调量也有一定程度的增加，反而开度不传递的方式具有更好的稳定性和响应性。
Claims (6)
1.一种省级天然气输气站场智能调节控制方法，其特征是包括控制器设计和支路无扰联动控制逻辑设计两部分，正常情况下将控制器设计用于主调节器，调节控制上游场站各输气支路，在任一输气支路发生故障时按照支路无扰联动控制逻辑设计切换输气支路；
(1)控制器设计：
(1.1)主调节器采用增量型PI控制，所有的调节阀共用一个阀位增量，同时保证在同一时间点只有一条支路处于动作状态，其余支路保持当前阀位不变；
(1.2)所述PI控制的参数由调节过程中产生的调节误差和误差变化通过模糊算法计算，再进行两次修正后得出实现自整定；
(1.3)模糊算法规则表的制定为根据PI控制的特性曲线进行阶段性优化，采用正、反两套相近相反的算法来适应不同的调节，在起调阶段通过比对阶跃误差正负值来选用算法，然后根据实际的测试情况进行修正；
(1.4)模糊算法的去模糊化过程中，采用分段重积分法计算重心的方式计算P、I参数一次修正值；
(1.5)引入调节阀门的跟随速度和调节特性曲线，以此计算P、I参数的二次修正值；
(2)支路无扰联动控制逻辑设计：
将两支路通过逻辑联锁实现串联控制，在任一支路发生切断时，根据阀位和流量、压力变化来触发支路切换，并将故障支路切出联锁控制，由另一支路接管调节控制；在支路的动作区间，设置A％和B％两个阀位阈值，同时设置0～30％、30％～60％、60％～100％三个调节阶段，并且始终保证两条支路处于相邻或相同的调节阶段。
2.根据权利要求1所述的省级天然气输气站场智能调节控制方法，其特征是所述模糊算法包括模糊集及论域划分：将误差和误差变化分别划分为正大、正中、正小、零、负小、负中、负大七个模糊集，并在隶属度函数论域中分别用-3、-2、-1、0、1、2、3对应具体的模糊集边界；
所述隶属度函数划分如下，对误差、误差变化和P、I参数采用统一的三角划分法进行设计，其中正大表示为PB，正中表示为PM，正小表示为PS，零表示为ZO，负小表示为NS，负中表示为NM，负大表示为NB，对应函数y＝f(x)如下：
3.根据权利要求2所述的省级天然气输气站场智能调节控制方法，其特征是所述模糊算法规则表：在正常的PI控制中，根据起始误差的正负分为设定值大于反馈值的正向调节和设定值小于反馈值的反向调节；完整的正向调节过程中，当调节曲线收敛时，按照模糊算法的模糊集划分，误差先后经历正大、正中、正小、稳定前零、负小、负中、负大、负中、负小、稳定前零、正小、正中、正小、稳定前零、负小、稳定时零、稳定后零对应区域，相应的误差变化先后经历负大、负中、负小、稳定前零、正小、正中、正大、正中、正小、稳定前零、负小、负中、负小、稳定前零、正小、稳定时零、稳定后零对应区域，在完整的反向调节过程中，区间不变、正负相反；
PI参数的整定原则为：正向调节时，在正负大区时取最小积分值和适中比例值以限制超调量；在正负中区取适中的积分值和适中的比例值以加快响应速度；在正负小区取较大的积分值用于快速抵消先前的积分增益效果，同时取适中的比例值和最大的积分值以应对超调量的快速回调要求；在零区则分为三个阶段，稳定前零区沿用正负小区的设置，在进入稳定时零区取最小的比例值和最小的积分值，在进入稳定后零区取适中的比例值和适中的积分值来提高消差速度；按照所述思路和整定原则，以IF...AND...THEN...的描述方式制定正向调节模糊则表和方向调节模糊规则表。
4.根据权利要求3所述的省级天然气输气站场智能调节控制方法，其特征是所述去模糊化过程中，选用重心法来计算PI参数的修正值对应在论域x轴上的坐标，先对连续的积分算法进行离散化，利用有限元方式将整个图形分割成n个矩形或梯形的单元图形，利用重积分法分段计算面积及其在x轴的积分后得出重心坐标，再转化成一次修正值Δk；所述重心坐标计算公式：X轴上的重心坐标
其中：
在计算V和VX时，f(x)取同一X坐标下隶属度值最大的隶属度函数。
5.根据权利要求4所述的省级天然气输气站场智能调节控制方法，其特征是在相同的模糊集合内通过求导阀门特性曲线并乘以一定的系数来修正权重系数W，权重系数计算方式为：
其中：W为权重系数，G(x)为系数在0.8～1.0之间，CV(OP)为阀门调节特性函数。
6.根据权利要求5所述的省级天然气输气站场智能调节控制方法，其特征是所述P、I参数的二次修正值计算如下：
KP＝KP+ΔKP″；
而：
ΔKP″＝ΔKP′·WP；
ΔKI″＝ΔKI′·WI；
其中：
KP和KI为参数基数；
ΔKP″和ΔKI″为二次修正值；
KP和KI为输入PI控制器的最终参数。
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