CN113391549B - 一种并联执行机构动作量优化分配方法及装置 - Google Patents

一种并联执行机构动作量优化分配方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种并联执行机构动作量优化分配方法及装置，并联执行机构为N个执行机构并联，其中N大于等于2，包括：将接收到的动作量输入信号分解为N‑1个小幅分解分量和一个大幅分解分量；将N‑1个小幅分解分量和模拟量常数0经信号分配逻辑分配得到N个分配输出信号；模拟量常数0由模拟量常数模块产生；将每个分配输出信号分别与大幅分解分量求和，得到N个求和输出信号；将N个求和输出信号一一对应地输入给N个执行机构，控制并联执行机构动作。

Description

一种并联执行机构动作量优化分配方法及装置
技术领域
本发明涉及自动化控制领域，尤其涉及一种并联执行机构动作量优化分配方法及装置。
背景技术
执行机构是构成控制系统的要素之一。常见的执行机构包括调节阀、挡板、动叶、变频器等。理想执行机构其动作应当准确、快速跟随控制器输出的执行机构动作指令变化。以电动调节阀为例，执行机构包括电气控制电路、电机驱动电路、直流电机、减速齿轮、机械联动阀芯、阀门开度反馈测量电路等部分。电气控制电路接收阀门开度指令信号和阀门开度反馈信号，根据两者偏差输出电机转动控制信号，由电机驱动电路放大后驱动直流电机转动，再经过齿轮组减速后带动阀芯动作改变阀门开度，最终使得阀门实际开度跟随阀门开度指令变化。实际的执行机构受电气、机械、测量等因素限制，特性与理想执行机构存在一定差异。仍以电动调节阀为例：直流电机带负载起动电流很大，频繁起动特别是频繁换向转动容易烧毁电机，电机起动后必须单向转动一段最小距离；减速齿轮、机械传动部分由于制造、安装误差，一般存在回差(间隙)非线性特性；同时阀门开度反馈存在静态测量误差和干扰等。因此，执行机构非常不适合小幅度正反向频繁动作，否则容易造成减速、传动机械部分磨损导致特性变差甚至失效，电机烧毁等故障。
执行机构的控制电路内通常设置动作死区以保护执行机构。死区非线性与执行机构自身各种非线性相叠加，往往出现“死区-过冲”非线性，实际执行机构则存在一个自然形成的或人为设置的“死区”，当指令变化幅度小于死区范围时执行机构并不动作；当指令变化幅度超出死区后的一个范围内，执行机构电机起动，在最小转动距离和转动惯性的共同作用下会产生一个“过冲”动作，导致执行机构动作幅度比比指令变化幅度还要大；当指令大幅变化时，执行机构正常动作，反馈反而能够很好跟随指令等幅变化。
执行机构的“死区-过冲”非线性会对控制造成不利影响。当控制系统设定值与反馈值的偏差比较小时，控制器输出的执行机构指令变化幅度比较小，落入死区范围内，实际执行机构并不动作，设定值与反馈值的偏差将一直存在；当设定值与反馈值的偏差增大，控制器输出的执行机构指令变化幅度加大，超出死区内落入过冲区时，实际执行机构动作幅度比预期幅度偏大，容易导致过量调节并导致反向调节，诱发控制系统产生小幅度振荡；只有当设定值与反馈值的偏差很大，控制器输出的执行机构指令变化幅度足够大，超出过冲区时，控制系统才能实现正常调节。由于现场控制系统反馈值测量、执行机构位置反馈测量过程中存在小幅干扰，容易导致控制系统在一定范围内小幅振荡，如果不及时发现和处理，将很快导致执行机构损坏。常规的处理方法是：减弱控制器的比例和微分调节强度；在设定值和反馈值求偏差之后增加死区环节。两种方法都会降低控制品质。
在工业现场中，存在许多执行机构并联运行的情况。例如，抽汽式供热机组采用两台热网加热器并联运行的方式，通过两个供热抽汽调节蝶阀分别控制进入两台热网加热器的供热蒸汽流量，从而控制供热负荷；大型火电机组锅炉普遍采用两台一次风机、两台送风机、两台引风机并联运行，控制锅炉的一次风量、送风风量、引风风量；一些锅炉也采用两只喷水减温阀并联控制末级过热蒸汽温度。对于并联运行的执行机构，常规的控制方式是两台执行机构同步动作，共同控制被调参数。控制器输出的执行机构动作指令变化时，每个执行机构接收到的指令同时变化，多个执行机构同时处于“死区”或“过冲”区内，与单个执行机构动作的情况无太大差异。
综上所述，现有技术存在因实际执行机构的“死区-过冲”非线性诱发控制系统产生小幅度振荡，导致控制品质变差的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种并联执行机构动作量优化分配方法及装置，解决了现有技术中因执行机构的“死区-过冲”非线性诱发控制系统产生小幅度振荡，导致控制品质变差的问题，并且进一步解决了长时间运行后，各执行机构磨损不一致导致并联执行机构整体使用寿命降低的问题。
为达到上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种并联执行机构动作量优化分配方法，所述并联执行机构为N个执行机构并联，其中N大于等于2，包括以下步骤：
将接收到的动作量输入信号分解为N-1个小幅分解分量和一个大幅分解分量；
将所述N-1个小幅分解分量和模拟量常数0经信号分配逻辑分配得到N个分配输出信号；所述模拟量常数0由模拟量常数模块产生；
将每个分配输出信号分别与所述大幅分解分量求和，得到N个求和输出信号；
将所述N个求和输出信号一一对应地输入给所述N个执行机构，控制并联执行机构动作。
进一步地，所述将接收到的动作量输入信号分解为N-1个小幅分解分量和一个大幅分解分量，具体为：
将所述动作量输入信号输入给级联逻辑，得到N-1个小幅分解分量和一个大幅分解分量；
其中，所述级联逻辑由N-1个分解逻辑依次串联级联得到；所述分解逻辑用于将当前时刻的待分解信号分解为当前时刻的小幅变化分量和当前时刻的大幅变化分量；所述分解逻辑包括分解输入端口、小分量输出端口和大分量输出端口；所述分解输入端口用于输入当前时刻的待分解信号，所述小分量输出端口用于输出当前时刻的小幅变化分量，所述大分量输出端口用于输出当前时刻的大幅变化分量；
所述级联逻辑由N-1个分解逻辑依次串联级联得到，包括：
依次将所述串联级联中的前一分解逻辑的小分量输出端口连接后一分解逻辑的分解输入端口；以及，
将所述串联级联中的最前一个分解逻辑的序号定义为1，所述串联级联中各分解逻辑的序号从前到后依次递增；将第1分解逻辑的分解输入端口作为所述级联逻辑的动作量输入端口，将第1分解逻辑的大分量输出端口作为所述级联逻辑的大分解输出端口；以及，
将第N-1分解逻辑的小分量输出端口作为所述级联逻辑的第N-1小分解输出端口；以及，
当N大于2时，还包括：
将第2到N-1分解逻辑的大分量输出端口按序号顺序一一对应作为所述级联逻辑的第1到N-2小分解输出端口；
所述动作量输入端口用于输入所述动作量输入信号；
所述大分解输出端口用于输出所述大幅分解分量；
小分解输出端口用于输出小幅分解分量。
进一步地，所述将当前时刻的待分解信号分解为当前时刻的小幅变化分量和当前时刻的大幅变化分量，包括：
将当前时刻的待分解信号经带死区的惯性滤波逻辑处理，得到当前时刻的大幅变化分量；
将当前时刻的待分解信号减去当前时刻的大幅变化分量得到当前时刻的小幅变化分量；
其中，所述经带死区的惯性滤波逻辑处理，包括：
从当前时刻的待分解信号中减去前一时刻的大幅变化分量，得到差值信号；所述前一时刻的大幅变化分量是所述分解逻辑输出的大幅变化分量；
通过指定的死区处理规则，根据指定死区阈值与所述差值信号的大小关系，计算死区输出信号；
对所述死区输出信号进行增益修正得到修正信号；
对所述修正信号积分输出当前时刻的大幅变化分量。
进一步地，所述级联逻辑中的N-1个分解逻辑各自的指定死区阈值按如下公式设置：
Figure BDA0003055820360000031
其中，1≤i≤N-1，i表示串联级联中分解逻辑的序号；N表示执行机构的数量；
dzi表示第i个分解逻辑的指定死区阈值；a为指定正模拟量常数。
进一步地，所述将所述N-1个小幅分解分量和模拟量常数0经信号分配逻辑分配得到N个分配输出信号，包括：
将所述N-1个小幅分解分量和所述模拟量常数0输入给信号分配逻辑；
根据信号分配逻辑的分配选择信号，将所述N-1个小幅分解分量和所述模拟量常数0分配输出为所述N个分配输出信号。
另一方面，本发明实施例还提供了一种并联执行机构动作量优化分配装置，所述并联执行机构为N个执行机构并联，其中N大于等于2，包括：
分解单元，用于将接收到的动作量输入信号分解为N-1个小幅分解分量和一个大幅分解分量；
分配单元，用于将所述N-1个小幅分解分量和模拟量常数0经信号分配逻辑分配得到N个分配输出信号；所述模拟量常数0由模拟量常数模块产生；
求和单元，用于将每个分配输出信号分别与所述大幅分解分量求和，得到N个求和输出信号；
控制单元，用于将所述N个求和输出信号一一对应地输入给所述N个执行机构，控制并联执行机构动作。
进一步地，所述分解单元，具体用于：
将所述动作量输入信号输入给级联逻辑，得到N-1个小幅分解分量和一个大幅分解分量；
其中，所述级联逻辑由N-1个分解逻辑依次串联级联得到；所述分解逻辑用于将当前时刻的待分解信号分解为当前时刻的小幅变化分量和当前时刻的大幅变化分量；所述分解逻辑包括分解输入端口、小分量输出端口和大分量输出端口；所述分解输入端口用于输入当前时刻的待分解信号，所述小分量输出端口用于输出当前时刻的小幅变化分量，所述大分量输出端口用于输出当前时刻的大幅变化分量；
所述级联逻辑由N-1个分解逻辑依次串联级联得到，包括：
依次将所述串联级联中的前一分解逻辑的小分量输出端口连接后一分解逻辑的分解输入端口；以及，
将所述串联级联中的最前一个分解逻辑的序号定义为1，所述串联级联中各分解逻辑的序号从前到后依次递增；将第1分解逻辑的分解输入端口作为所述级联逻辑的动作量输入端口，将第1分解逻辑的大分量输出端口作为所述级联逻辑的大分解输出端口；以及，
将第N-1分解逻辑的小分量输出端口作为所述级联逻辑的第N-1小分解输出端口；以及，
当N大于2时，还包括：
将第2到N-1分解逻辑的大分量输出端口按序号顺序一一对应作为所述级联逻辑的第1到N-2小分解输出端口；
所述动作量输入端口用于输入所述动作量输入信号；
所述大分解输出端口用于输出所述大幅分解分量；
小分解输出端口用于输出小幅分解分量。
进一步地，所述分解逻辑，包括：
滤波模块，用于将当前时刻的待分解信号经带死区的惯性滤波逻辑处理，得到当前时刻的大幅变化分量；
小幅分量模块，用于将当前时刻的待分解信号减去当前时刻的大幅变化分量得到当前时刻的小幅变化分量；
其中，所述惯性滤波逻辑，包括：
差值模块，用于从当前时刻的待分解信号中减去前一时刻的大幅变化分量，得到差值信号；所述前一时刻的大幅变化分量是所述分解逻辑输出的大幅变化分量；
死区模块，用于通过指定的死区处理规则，根据指定死区阈值与所述差值信号的大小关系，计算死区输出信号；
增益模块，用于对所述死区输出信号进行增益修正得到修正信号；
积分模块，用于对所述修正信号积分输出当前时刻的大幅变化分量。
进一步地，所述级联逻辑中的N-1个分解逻辑各自的指定死区阈值按如下公式设置：
Figure BDA0003055820360000041
其中，1≤i≤N-1，i表示串联级联中分解逻辑的序号；N表示执行机构的数量；
dzi表示第i个分解逻辑的指定死区阈值；a为指定正模拟量常数。
进一步地，所述分配单元，包括：
分配输入模块，用于将所述N-1个小幅分解分量和所述模拟量常数0输入给信号分配逻辑；
分配输出模块，用于根据信号分配逻辑的分配选择信号，将所述N-1个小幅分解分量和所述模拟量常数0分配输出为所述N个分配输出信号。
上述技术方案具有如下有益效果：通过将控制器输出的控制信号分解为一个大幅分解分量，以及多个递减的小幅分解分量或一个小幅分解分量，再将模拟量常数0和各小幅分解分量分别与大幅分解分量叠加后的信号作为各并联执行机构各自的控制信号，实现了控制器输出大幅变化时，所有执行机构同步动作保证系统控制品质；控制器输出小幅变化时，执行机构依次动作。在整体执行机构的“死区-过冲”非线性区间内实现了低增益大行程调节，达到提高系统控制精度、避免系统小幅振荡、保护执行机构的效果。进一步地，还通过将模拟量常数0和各小幅分解分量输入给多路分配器，根据运行人员设置的通道选择信号，通过通道选择信号指定的各输出通道输出模拟量常数0和各小幅分解分量，从而按运行人员指定的匹配关系匹配模拟量常数0和各小幅分解分量与各执行机构的一一对应的关系，运行过程中运行人员可以根据执行机构的状态定期调整动作次序，可选择最大限度保护执行机构的工作方式，可以选择部分的优化动作次序的工作方式，也可以选择取消执行机构动作量优化分配功能的工作方式，允许操作者每隔一段时间更改匹配关系，从而定期改变各执行机构的动作次序，解决了各执行机构磨损不平衡的问题，进一步延长了并联执行机构整体的寿命，同时提高了在寿命期内，并联执行机构整体的控制精度。
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，下面将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是本发明实施例之一的一种并联执行机构动作量优化分配方法的流程图；
图2是本发明实施例之一的一种并联执行机构动作量优化分配装置的示意图；
图3是本发明实施例之一的死区-过冲理想和实际特性曲线对比示意图；
图4是本发明实施例之一的两层信号分解逻辑级联的示意图；
图5是本发明实施例之一的分解逻辑结构的示意图；
图6是本发明实施例之一的两个执行机构的信号分配逻辑的示意图；
图7是本发明实施例之一的三个执行机构的信号分配逻辑的示意图。
具体实施方式
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、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，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实施例，都属于本发明保护的范围。
如图3所示，x为执行机构动作指令(％)；y为执行机构动作反馈(％)；(x0、y0)为初始时刻执行机构的位置；虚线为理想执行机构动作曲线，实线为实际执行机构动作曲线。执行机构初始位置位于(x0、y0)处，当执行机构开度指令x变化时，理想执行机构的开度反馈y应当跟随x等量变化，如理想特性曲线所示。实际执行机构则存在一个自然形成的或人为设置的“死区”，当指令变化幅度小于死区范围时执行机构并不动作；当指令变化幅度超出死区后的一个范围内，执行机构电机起动，在最小转动距离和转动惯性的共同作用下会产生一个“过冲”动作，导致执行机构动作幅度比比指令变化幅度还要大；当指令大幅变化时，执行机构正常动作，反馈反而能够跟随很好跟随指令等幅变化。
实际执行机构存在“死区-过冲”非线性特性，容易导致控制系统小幅振荡降低控制品质、损坏执行机构。对于存在两个及以上并联执行机构的控制系统，可以通过优化调整执行机构的动作方式，合理分配每个执行机构的动作量，克服“死区-过冲”特性带来的问题。
本发明实施例通过信号分解逻辑，将控制器输出的执行机构动作指令信号分解为大幅变化分量信号和小幅变化分量信号。如果存在3个及以上的并联执行机构，可以采用相同结构的信号分解逻辑对小幅变化分量信号继续分解。大幅变化分量信号直接送至各个执行机构，小幅变化分量信号经过可以由运行人员设置动作次序的多路分配器，按照幅度由小到大依次动作的原则分配到各个执行机构上与大幅变化分量信号相叠加。能够实现：控制器输出大幅变化时，所有执行机构同步动作保证系统控制品质；控制器输出小幅变化时，执行机构依次动作。在整体执行机构的“死区-过冲”非线性区间内实现了低增益大行程调节，能够提高系统控制精度、避免系统小幅振荡、保护执行机构。
对于多个(N≥2)执行机构并联的控制系统，传统控制方案下，所有执行机构同步动作，如果将所有执行机构等效为一个整体，则等效执行机构仍然存在如图3所示的“死区-过冲”非线性特性，容易引起控制系统小幅振荡降低控制品质。
理论上，N个执行机构并联的系统，N个执行机构同步动作时，等效执行机构增益为1、综合行程为1。若各个执行机构依次动作，则等效执行机构增益变为1/N、综合行程变为N。依次动作情况下，每一个执行机构的“死区-过冲”非线性的行程段是不变的，但由于等效执行机构的综合行程增加了N倍，所以相当于将每一个执行机构的“死区-过冲”非线性行程段压缩了N倍，通过规划各个执行机构动作次序，也就可以将等效执行机构的“死区-过冲”非线性的行程段压缩了N倍，从而实现提高系统控制精度、避免系统小幅振荡、保护执行机构的目的。
本发明的关键在于：(1)控制器输出的执行机构动作指令大幅变化时，执行机构处于同步动作状态；控制器输出的执行机构动作指令小幅变化时，执行机构处于依次动作状态；(2)合理规划执行机构依次动作的次序。本发明适用于使用并联执行机构并且执行机构存在“死区-过冲”非线性的控制系统。例如火力发电机组中的供热抽汽流量、一次风量、二次风量、引风风量、多泵并联的锅炉给水流量、单出口的过热蒸汽温减温水流量等控制系统。
一方面，如图1所示，本发明是实施例提供了一种并联执行机构动作量优化分配方法，并联执行机构为N个执行机构并联，其中N大于等于2，包括以下步骤：
步骤S100，将接收到的动作量输入信号分解为N-1个小幅分解分量和一个大幅分解分量；
步骤S101，将N-1个小幅分解分量和模拟量常数0经信号分配逻辑分配得到N个分配输出信号；模拟量常数0由模拟量常数模块产生；
步骤S102，将每个分配输出信号分别与大幅分解分量求和，得到N个求和输出信号；
步骤S103，将N个求和输出信号一一对应地输入给N个执行机构，控制并联执行机构动作。
在一个实施例中如图1所示，动作量输入信号可以是由控制器输出用于直接或经变换后输入给执行机构，控制执行机构动作的控制信号，例如可以包括但不限于电压、电流、可变电阻信号等；在步骤S100中，为了能控制N个并联执行机构，动作量输入信号被分解为N-1个小幅分解分量和一个大幅分解分量；在本实施例中不对具体的分解方法做限制，可以通过单一装置将动作量输入信号分解为N-1个小幅分解分量和一个大幅分解分量，也可以通过多个装置级联的方式将动作量输入信号分解为N-1个小幅分解分量和一个大幅分解分量；当动作量输入信号发生大幅变化时，大幅分解分量会发生变化，当动作量输入信号发生小幅变化时，大幅分解分量不变化，仅全部或者部分小幅分解分量发生变化，从而对应的执行机构也发生动作或保持不变；在步骤S101中，N-1个小幅分解分量和模拟量常数0按照由操作者设定的分配方案与N个执行机构一一对应；具体的分配方法可以将控制信号线直接与执行机构对应，此时N-1个小幅分量和模拟量常数0与执行机构的对应关系将保持不变，若需要改变对应关系，则必须改变硬件线路的连接；还可以通过多路模拟量选择模块作为分配逻辑，N-1个小幅分量和模拟量常数0构成了分配逻辑的输入信号，分配逻辑根据分配选择信号将分配逻辑的N个输入信号分配输出为N个分配输出信号，N个分配输出信号与N个执行机构之间一一对应，从而可以通过设置分配选择信号将N-1个小幅分解分量和模拟量常数0动态的与N个执行机构间建立不同的匹配关系。在步骤S102中通过将分配输出信号分别与大幅分解分量求和，得到N个求和输出信号，N个求和输出信号就是可以通过步骤S103一一对应的输入给N个执行机构的控制信号，控制执行机构的动作；
本发明实施例具有如下技术效果：将动作量控制信号分解为N-1个小幅分解分量和一个大幅分解分量，实现了控制器输出的执行机构动作指令大幅变化时，执行机构处于同步动作状态；控制器输出的执行机构动作指令小幅变化时，执行机构处于依次动作状态的目的，达到了控制效果好，避免控制系统产生小幅度振荡、过冲导致执行机构损坏，并提高了控制品质的效果。进一步地，通过分配逻辑，允许运行人员每间隔一定时间，根据各执行机构磨损情况，重新分配N-1个小幅分解分量和模拟量常数与N个执行机构之间的对应关系，从而调整各执行机构动作次序，以平衡磨损情况，达到了延长每个执行机构的寿命及将整体并联执行机构的整体控制精度保持在合理的水平上的效果，并且运行方式灵活。运行过程中运行人员可以根据执行机构的状态定期调整动作次序，可选择最大限度保护执行机构的工作方式，可以选择部分的优化动作次序的工作方式，也可以选择取消执行机构动作量优化分配功能的工作方式，运行方式灵活。
进一步地，将接收到的动作量输入信号分解为N-1个小幅分解分量和一个大幅分解分量，具体为：
将动作量输入信号输入给级联逻辑，得到N-1个小幅分解分量和一个大幅分解分量；
其中，级联逻辑由N-1个分解逻辑依次串联级联得到；分解逻辑用于将当前时刻的待分解信号分解为当前时刻的小幅变化分量和当前时刻的大幅变化分量；分解逻辑包括分解输入端口、小分量输出端口和大分量输出端口；分解输入端口用于输入当前时刻的待分解信号，小分量输出端口用于输出当前时刻的小幅变化分量，大分量输出端口用于输出当前时刻的大幅变化分量；
级联逻辑由N-1个分解逻辑依次串联级联得到，包括：
依次将串联级联中的前一分解逻辑的小分量输出端口连接后一分解逻辑的分解输入端口；以及，
将串联级联中的最前一个分解逻辑的序号定义为1，串联级联中各分解逻辑的序号从前到后依次递增；将第1分解逻辑的分解输入端口作为级联逻辑的动作量输入端口，将第1分解逻辑的大分量输出端口作为级联逻辑的大分解输出端口；以及，
将第N-1分解逻辑的小分量输出端口作为级联逻辑的第N-1小分解输出端口；以及，
当N大于2时，还包括：
将第2到N-1分解逻辑的大分量输出端口按序号顺序一一对应作为级联逻辑的第1到N-2小分解输出端口；
动作量输入端口用于输入动作量输入信号；
大分解输出端口用于输出大幅分解分量；
小分解输出端口用于输出小幅分解分量。
如图4所示，对于N(N≥2)个执行机构并联，需要N-1层信号分解逻辑串联级联构成级联逻辑，通过级联逻辑对控制器输出动作量输入信号进行分解。级联逻辑中的每一层分解逻辑将待分解信号分解一个小幅变化分量和一个大幅变化分量；N-1层分解逻辑将得到的小幅变化分量信号进行逐级分解。例如：当N等于2时，使用1层信号分解逻辑，将待分解信号也就是第一层分解逻辑输入的动作量输入信号分解为大幅变化信号分量和小幅变化分量即可，此时得到的大幅变化分量就是级联逻辑输出的大幅分解分量，此时得到的小幅变化分量就是级联逻辑输出的小幅分解分量。当N等于3时，使用2层信号分解逻辑，第一层信号分解逻辑将动作量输入信号分解为大幅变化分量信号即大幅变化分量和小幅变化分量信号即小幅变化分量，第二组信号分解逻辑即第二层分解逻辑对第一层分解逻辑输出的小幅变化分量信号继续进行分解，得到第二层分解逻辑输出的大幅变化分量作为小幅变化1级分量也就是级联逻辑的第1小幅分解分量，同时得到第二层分解逻辑输出的小幅变化分量作为小幅变化2级分量也就是级联逻辑的第2小幅分解分量。对于N>3的其他情况，依此类推。
本发明实施例具有如下技术效果：通过级联逻辑将动作量控制信号分解为N-1个小幅分解分量和一个大幅分解分量，实现了控制器输出的执行机构动作指令大幅变化时，执行机构处于同步动作状态；控制器输出的执行机构动作指令小幅变化时，执行机构处于依次动作状态的目的，达到了控制效果好，避免控制系统产生小幅度振荡、过冲导致执行机构损坏，并提高了控制品质的效果。进一步地，通过分配逻辑，允许运行人员每间隔一定时间，根据各执行机构磨损情况，重新分配N-1个小幅分解分量和模拟量常数与N个执行机构之间的对应关系，从而调整各执行机构动作次序，以平衡磨损情况，达到了延长每个执行机构的寿命及将整体并联执行机构的整体控制精度保持在合理的水平上的效果，并且运行方式灵活。运行过程中运行人员可以根据执行机构的状态定期调整动作次序，可选择最大限度保护执行机构的工作方式，可以选择部分的优化动作次序的工作方式，也可以选择取消执行机构动作量优化分配功能的工作方式，运行方式灵活。在本实施例中，通过N-1个分解逻辑串联级联的方式构成级联逻辑完成对动作量输入信号的分解方便对各种数量的并联执行机构进行适应性调整，对于不同数量的执行机构，只要改变串联级联的分解逻辑的个数即可，尤其是在将分解逻辑通过软件或硬件的方式模块化后或者通过组态软件实现，提高了系统的可扩展性，显著地简化了系统搭建。使用过程中若出现故障，也可以在不同分解逻辑层的输入和输出节点上进行软硬件测试，从而快速缩小故障范围，提高维护效率，降低维护成本。
进一步地，将当前时刻的待分解信号分解为当前时刻的小幅变化分量和当前时刻的大幅变化分量，包括：
将当前时刻的待分解信号经带死区的惯性滤波逻辑处理，得到当前时刻的大幅变化分量；
将当前时刻的待分解信号减去当前时刻的大幅变化分量得到当前时刻的小幅变化分量；
其中，经带死区的惯性滤波逻辑处理，包括：
从当前时刻的待分解信号中减去前一时刻的大幅变化分量，得到差值信号；前一时刻的大幅变化分量是所述分解逻辑输出的大幅变化分量；
通过指定的死区处理规则，根据指定死区阈值与所述差值信号的大小关系，计算死区输出信号；
对所述死区输出信号进行增益修正得到修正信号；
对所述修正信号积分输出当前时刻的大幅变化分量。
如图5所示，图5中的输入信号的输入位置就是用于输入待分解信号的分解输入端口；待分解信号最终被分解为一个小幅变化分量和一个大幅变化分量，图5中的SUM1模块、DZ模块、K模块、INTE模块分别对应差值模块、死区模块、增益模块、积分模块；上述四个模块一起构成了带死区的惯性滤波逻辑，当DZ的死区值(即指定死区阈值)设置为0时，SUM1、DZ、K、INTE构成以积分方式实现的惯性滤波逻辑，惯性时间为增益模块K中增益值的倒数，大幅变化分量信号将以一定的惯性时间跟随输入信号变化；当DZ的死区值设置为大于0的数值时，输入信号与大幅变化分量信号的差如果小于死区值，则DZ模块的输出为0，大幅变化分量信号会保持不变，因此能够将输入信号中变化幅度小于死区值的分量过滤掉，只保留大幅变化部分。然后用输入信号减去大幅变化分量信号，即得到小幅变化分量信号。在本实施例中，每个分解逻辑都包含一个死区模块，每个死区模块都需要指定一个死区阈值，对于由N-1个分解逻辑串联级联得到的级联逻辑，则需要指定N-1个死区阈值。其中指定的死区处理规则可以是如下公式(1)定义的规则：
Figure BDA0003055820360000091
其中，dz表示当前的分解逻辑的指定的死区阈值；i表示差值信号；o表示死区输出信号；
本发明实施例具有如下技术效果：通过级联逻辑将动作量控制信号分解为N-1个小幅分解分量和一个大幅分解分量，实现了控制器输出的执行机构动作指令大幅变化时，执行机构处于同步动作状态；控制器输出的执行机构动作指令小幅变化时，执行机构处于依次动作状态的目的，达到了控制效果好，避免控制系统产生小幅度振荡、过冲导致执行机构损坏，并提高了控制品质的效果。进一步地，通过分配逻辑，允许运行人员每间隔一定时间，根据各执行机构磨损情况，重新分配N-1个小幅分解分量和模拟量常数与N个执行机构之间的对应关系，从而调整各执行机构动作次序，以平衡磨损情况，达到了延长每个执行机构的寿命及将整体并联执行机构的整体控制精度保持在合理的水平上的效果，并且运行方式灵活。运行过程中运行人员可以根据执行机构的状态定期调整动作次序，可选择最大限度保护执行机构的工作方式，可以选择部分的优化动作次序的工作方式，也可以选择取消执行机构动作量优化分配功能的工作方式，运行方式灵活。在本实施例中，通过N-1个分解逻辑串联级联的方式构成级联逻辑完成对动作量输入信号的分解方便对各种数量的并联执行机构进行适应性调整，对于不同数量的执行机构，只要改变串联级联的分解逻辑的个数即可，尤其是在将分解逻辑通过软件或硬件的方式模块化后或者通过组态软件实现，提高了系统的可扩展性，显著地简化了系统搭建。使用过程中若出现故障，也可以在不同分解逻辑层的输入和输出节点上进行软硬件测试，从而快速缩小故障范围，提高维护效率，降低维护成本。进一步地，本发明实施例具体地使用带死区的惯性滤波逻辑实现了分解逻辑，完成对待分解信号分解为一个小幅变化分量和一个大幅变化分量；并且通过指定每个分解逻辑中的死区模块的指定的死区阈值控制每层分解逻辑的输出从而控制每个小幅分解分量的大小，进而可以有针对性的控制各执行机构各自对动作量输入信号变化的敏感程度，实现对各执行机构的响应的精确控制。
进一步地，所述级联逻辑中的N-1个分解逻辑各自的指定死区阈值按如下公式设置：
Figure BDA0003055820360000101
其中，1≤i≤N-1，i表示串联级联中分解逻辑的序号；N表示执行机构的数量；
dzi表示第i个分解逻辑的指定死区阈值；a为指定正模拟量常数。
在一个实施例中，以4个并联执行机构举例，需要3个分解逻辑级联构成级联逻辑，3个分解逻辑需要设置3个各自指定的死区阈值，具体的取值可以依据公式2计算得到：
dz1＝a
dz2＝0.5a
dz3＝0.25a
…
其中，dz1是第一层分解逻辑的死区阈值；dz2是第二层分解逻辑的死区阈值；dz3是第三层分解逻辑的死区阈值；a为一正模拟量常数，其数值略微超过执行机构“过冲”区即可，由现场调试确定。对于N个并联执行机构的控制系统，按照上述信号分解逻辑，控制器输出信号(即动作量输入信号)经过分解后，将输出1个大幅分解分量，N-1个小幅分解分量，分别为1级到N-1级小幅分解分量。将模拟量常数0作为第N级小幅分解分量，则得到N个变化幅度依次递减的小幅分解分量信号。
本发明实施例具有如下技术效果：通过级联逻辑将动作量控制信号分解为N-1个小幅分解分量和一个大幅分解分量，实现了控制器输出的执行机构动作指令大幅变化时，执行机构处于同步动作状态；控制器输出的执行机构动作指令小幅变化时，执行机构处于依次动作状态的目的，达到了控制效果好，避免控制系统产生小幅度振荡、过冲导致执行机构损坏，并提高了控制品质的效果。进一步地，通过分配逻辑，允许运行人员每间隔一定时间，根据各执行机构磨损情况，重新分配N-1个小幅分解分量和模拟量常数与N个执行机构之间的对应关系，从而调整各执行机构动作次序，以平衡磨损情况，达到了延长每个执行机构的寿命及将整体并联执行机构的整体控制精度保持在合理的水平上的效果，并且运行方式灵活。运行过程中运行人员可以根据执行机构的状态定期调整动作次序，可选择最大限度保护执行机构的工作方式，可以选择部分的优化动作次序的工作方式，也可以选择取消执行机构动作量优化分配功能的工作方式，运行方式灵活。在本实施例中，通过N-1个分解逻辑串联级联的方式构成级联逻辑完成对动作量输入信号的分解方便对各种数量的并联执行机构进行适应性调整，对于不同数量的执行机构，只要改变串联级联的分解逻辑的个数即可，尤其是在将分解逻辑通过软件或硬件的方式模块化后或者通过组态软件实现，提高了系统的可扩展性，显著地简化了系统搭建。使用过程中若出现故障，也可以在不同分解逻辑层的输入和输出节点上进行软硬件测试，从而快速缩小故障范围，提高维护效率，降低维护成本。进一步地，本发明实施例具体地使用带死区的惯性滤波逻辑实现了分解逻辑，完成对待分解信号分解为一个小幅变化分量和一个大幅变化分量；并且通过指定每个分解逻辑中的死区模块的指定的死区阈值控制每层分解逻辑的输出从而控制每个小幅分解分量的大小，进而可以有针对性的控制各执行机构各自对动作量输入信号变化的敏感程度，实现对各执行机构的响应的精确控制。
进一步地，将N-1个小幅分解分量和模拟量常数0经信号分配逻辑分配得到N个分配输出信号，包括：
将N-1个小幅分解分量和模拟量常数0输入给信号分配逻辑；
根据信号分配逻辑的分配选择信号，将N-1个小幅分解分量和模拟量常数0分配输出为N个分配输出信号。
在一个实施例中，信号分配逻辑的功能是，将此N个小幅分解分量信号(包括N-1个由级联逻辑分解得到的小幅分解分量和一个模拟量常数0构成，在信号分配逻辑输入端将模拟量常数0作为第N个小幅分解分量)，按照运行人员设置的分配规则分配得到N个分配输出信号，分配输出信号与各个执行机构一一对应，将分配输出信号与大幅分解分量信号(即大幅分解分量)相加后得到N个求和信号，N个求和信号即作为各个执行机构的动作指令被一一对应的输入给N个执行机构控制执行机构的动作。下面举例说明。
对于N＝2个执行机构并联的控制系统，信号分配逻辑的结构如图6所示。图6中：S1、S2是由运行人员设置的整数输出模块，分别对应执行机构1、2，图6中S1设置输出为0，S2设置输出为1；常数模块输出模拟量常数0；NSEL1、NSEL2为多路模拟量选择模块，功能是根据左侧输入的整数，选择上侧对应整数数值通道的模拟量输入信号作为输出信号，例如左侧输入为1时，则选择上侧第1通道的模拟量输入信号作为输出信号；SUM3、SUM4为求和计算模块。
信号分配逻辑的信号流程是：模拟量常数0和级联逻辑输出的小幅分解分量，分别被送至多路模拟量选择模块NSEL1和NSEL2。由运行人员通过设置对应执行机构的整数输出模块S1、S2的数值(即设置信号分配逻辑的分配选择信号)确定NSEL1和NSEL2选择哪一路输入作为输出，图6中NSEL1选择小幅分解分量信号作为输出，NSEL2选择模拟量常数0作为输出。NSEL1输出的信号与级联逻辑输出的大幅分解分量信号经过SUM3求和后输出至执行机构1，NSEL2输出的信号与级联逻辑输出的大幅分解分量信号经过SUM4求和后输出至执行机构2。
图6逻辑中，整数输出模块S1、S2的输出一个为0、一个为1时能实现执行机构依次动作功能；S1、S2均设置为0时两个执行机构均只接收大幅分解分量信号，能够最大限度的保护执行机构；S1、S2均设置为1时两个执行机构均接收大幅分解分量信号加小幅分解分量信号，相当于取消执行机构动作量优化分配功能，恢复至传统控制方式。
对于N＝3个执行机构并联的控制系统，信号分配逻辑的结构如图7所示。图7中：S3：0、S4：1、S5：2是由运行人员设置的对应执行机构的整数模块，分别对应执行机构1、2、3；常数模块输出模拟量常数0；NSEL3～NSEL5为模拟量选择模块；SUM5～SUM7为求和计算模块。信号分配逻辑信号流程是：模拟量常数0和信号分解逻辑输出的1级小幅分解分量、2级小幅分解分量，分别被送至多路模拟量选择模块NSEL3～NSEL5。由运行人员通过设置自然数输出模块S3～S5的数值确定NSEL3～NSEL5选择哪一路输入作为输出，图7中NSEL3选择1级小幅分解分量信号作为输出，NSEL4选择2级小幅变化分量信号作为输出，NSEL5选择模拟量常数0作为输出。NSEL3～NSEL5输出的信号与信号分解逻辑输出的大幅变化分量信号分别经过SUM5～SUM7求和后输出至执行机构1～3。
图7的逻辑中，整数输出模块S3～S5的输出为0、1、2的排列时能实现完整的执行机构依次动作功能；S3～S5均设置为0时能够最大限度的保护执行机构；S3～S5均设置为2时相当于取消执行机构动作量优化分配功能，恢复至传统控制方式。其它设置方式，例如S3～S5分别设置为0、1、1或0、0、2时，能够实现部分的执行机构依次动作功能。
按照上述分配逻辑，当控制器输出变化时，各执行机构会按照设定的动作次序依次动作，由运行人员设置的对应执行机构的整数模块的数值越大，执行机构动作次序越优先。例如图7中，控制器输出由小变大时，执行机构1先动作、执行机构2后动作、执行机构3最后动作。先动作执行机构的磨损会相对严重。为了避免这种情况，运行人员可以每间隔一定实践，根据各执行机构磨损情况，调整各执行机构动作次序，以平衡磨损情况。也可以根据各执行机构的状态，设置存在一定缺陷的执行机构后动作。
本发明实施例具有如下技术效果：通过级联逻辑将动作量控制信号分解为N-1个小幅分解分量和一个大幅分解分量，实现了控制器输出的执行机构动作指令大幅变化时，执行机构处于同步动作状态；控制器输出的执行机构动作指令小幅变化时，执行机构处于依次动作状态的目的，达到了控制效果好，避免控制系统产生小幅度振荡、过冲导致执行机构损坏，并提高了控制品质的效果。进一步地，通过分配逻辑，允许运行人员每间隔一定时间，根据各执行机构磨损情况，重新分配N-1个小幅分解分量和模拟量常数与N个执行机构之间的对应关系，从而调整各执行机构动作次序，以平衡磨损情况，达到了延长每个执行机构的寿命及将整体并联执行机构的整体控制精度保持在合理的水平上的效果，并且运行方式灵活。运行过程中运行人员可以根据执行机构的状态定期调整动作次序，可选择最大限度保护执行机构的工作方式，可以选择部分的优化动作次序的工作方式，也可以选择取消执行机构动作量优化分配功能的工作方式，运行方式灵活。
另一方面，如图2所示，本发明实施例还提供了一种并联执行机构动作量优化分配装置，并联执行机构为N个执行机构并联，其中N大于等于2，包括：
分解单元200，用于将接收到的动作量输入信号分解为N-1个小幅分解分量和一个大幅分解分量；
分配单元201，用于将N-1个小幅分解分量和模拟量常数0经信号分配逻辑分配得到N个分配输出信号；模拟量常数0由模拟量常数模块产生；
求和单元202，用于将每个分配输出信号分别与大幅分解分量求和，得到N个求和输出信号；
控制单元203，用于将N个求和输出信号一一对应地输入给N个执行机构，控制并联执行机构动作。
进一步地，分解单元200，具体用于：
将动作量输入信号输入给级联逻辑，得到N-1个小幅分解分量和一个大幅分解分量；
其中，级联逻辑由N-1个分解逻辑依次串联级联得到；分解逻辑用于将当前时刻的待分解信号分解为当前时刻的小幅变化分量和当前时刻的大幅变化分量；分解逻辑包括分解输入端口、小分量输出端口和大分量输出端口；分解输入端口用于输入当前时刻的待分解信号，所述小分量输出端口用于输出当前时刻的小幅变化分量，大分量输出端口用于输出当前时刻的大幅变化分量；
级联逻辑由N-1个分解逻辑依次串联级联得到，包括：
依次将串联级联中的前一分解逻辑的小分量输出端口连接后一分解逻辑的分解输入端口；以及，
将串联级联中的最前一个分解逻辑的序号定义为1，串联级联中各分解逻辑的序号从前到后依次递增；将第1分解逻辑的分解输入端口作为级联逻辑的动作量输入端口，将第1分解逻辑的大分量输出端口作为级联逻辑的大分解输出端口；以及，
将第N-1分解逻辑的小分量输出端口作为级联逻辑的第N-1小分解输出端口；以及，
当N大于2时，还包括：
将第2到N-1分解逻辑的大分量输出端口按序号顺序一一对应作为级联逻辑的第1到N-2小分解输出端口；
动作量输入端口用于输入动作量输入信号；
大分解输出端口用于输出大幅分解分量；
小分解输出端口用于输出小幅分解分量。
进一步地，所述分解逻辑，包括：
滤波模块，用于将当前时刻的待分解信号经带死区的惯性滤波逻辑处理，得到当前时刻的大幅变化分量；
小幅分量模块，用于将当前时刻的待分解信号减去当前时刻的大幅变化分量得到当前时刻的小幅变化分量；
其中，所述惯性滤波逻辑，包括：
差值模块，用于从当前时刻的待分解信号中减去前一时刻的大幅变化分量，得到差值信号；前一时刻的大幅变化分量是分解逻辑输出的大幅变化分量；
死区模块，用于通过指定的死区处理规则，根据指定死区阈值与所述差值信号的大小关系，计算死区输出信号；
增益模块，用于对死区输出信号进行增益修正得到修正信号；
积分模块，用于对修正信号积分输出当前时刻的大幅变化分量。
如图5所示，由图5中的差值模块SUM1、死区模块DZ、增益模块K、积分模块INTE构成了滤波模块，实现了带死区的惯性滤波逻辑；图5中的SUM2即小幅分量模块，用于将当前时刻的待分解信号减去当前时刻的大幅变化分量得到当前时刻的小幅变化分量。
进一步地，级联逻辑中的N-1个分解逻辑各自的指定死区阈值按如下公式设置：
Figure BDA0003055820360000141
其中，1≤i≤N-1，i表示串联级联中分解逻辑的序号；N表示执行机构的数量；
dzi表示第i个分解逻辑的指定死区阈值；a为指定正模拟量常数。
进一步地，分配单元201，包括：
分配输入模块，用于将N-1个小幅分解分量和所述模拟量常数0输入给信号分配逻辑；
分配输出模块，用于根据信号分配逻辑的分配选择信号，将N-1个小幅分解分量和模拟量常数0分配输出为N个分配输出信号。
本发明实施例提供了一种并联执行机构动作量优化分配装置与本发明前述的一种并联执行机构动作量优化分配方法的实施例一一对应，本领域技术人员根据前述的一种并联执行机构动作量优化分配方法的实施例可以充分理解本发明实施例提供了一种并联执行机构动作量优化分配装置，在此不再赘述。
下面结合具体的应用实例对本发明实施例上述技术方案进行详细说明，实施过程中没有介绍到的技术细节，可以参考前文的相关描述。
实际执行机构存在“死区-过冲”非线性特性，容易导致控制系统小幅振荡降低控制品质、损坏执行机构。对于存在两个及以上并联执行机构的控制系统，可以通过优化调整执行机构的动作方式，合理分配每个执行机构的动作量，克服“死区-过冲”特性带来的问题。本发明通过信号分解逻辑，将控制器输出的执行机构动作指令信号(即动作量输入信号)分解为大幅分解分量信号和小幅分解分量信号。如果存在3个及以上的并联执行机构，可以采用多个相同结构的信号分解逻辑串联级联，并对串联级联中的前级分解逻辑输出的小幅变化分量信号继续分解得到多个小幅分解分量和一个大幅分解分量。大幅分解分量信号直接送至各个执行机构，小幅分解分量信号经过可以由运行人员设置动作次序的多路分配器，按照幅度由小到大依次动作的原则分配到各个执行机构上与大幅分解分量信号相叠加。能够实现：控制器输出大幅变化时，所有执行机构同步动作保证系统控制品质；控制器输出小幅变化时，执行机构依次动作。在整体执行机构的“死区-过冲”非线性区间内实现了低增益大行程调节，能够提高系统控制精度、避免系统小幅振荡、保护执行机构。
对于多个(N≥2)执行机构并联的控制系统，传统控制方案下，所有执行机构同步动作，如果将所有执行机构等效为一个整体，则等效执行机构仍然存在如图3所示的“死区-过冲”非线性特性，容易引起控制系统小幅振荡降低控制品质。
理论上，N个执行机构并联的系统，N个执行机构同步动作时，等效执行机构增益为1、综合行程为1。若各个执行机构依次动作，则等效执行机构增益变为1/N、综合行程变为N。依次动作情况下，每一个执行机构的“死区-过冲”非线性的行程段是不变的，但由于等效执行机构的综合行程增加了N倍，所以相当于将每一个执行机构的“死区-过冲”非线性行程段压缩了N倍，通过规划各个执行机构动作次序，也就可以将等效执行机构的“死区-过冲”非线性的行程段压缩了N倍，从而实现提高系统控制精度、避免系统小幅振荡、保护执行机构的目的。
本发明的关键在于：(1)控制器输出的执行机构动作指令大幅变化时，执行机构处于同步动作状态；控制器输出的执行机构动作指令小幅变化时，执行机构处于依次动作状态；(2)合理规划执行机构依次动作的次序。
本发明主要由信号分解逻辑和信号分配逻辑两部分组成。
信号分解逻辑的功能是将输入信号分解为一个大幅变化分量和一个小幅变化分量两个信号，结构如图5所示。图5中，SUM1、SUM2用于求和，其中SUM1作为差值模块，用于从图5中的输入信号即待分解信号中减去经惯性滤波的大幅变化分量得到差值信号；DZ为死区模块，其输入输出特性如式(1)所示；K为增益模块；INTE为积分模块。信号流程为：待分解信号与大幅变化分量信号经过SUM1模块相减后的差即得到差值信号，差值信号经过死区模块DZ进行死区处理得到死区输出信号，死区输出信号再经过增益模块K进行增益修正得到修正信号，修正信号由积分模块INTE进行积分后输出大幅变化分量。图5中SUM2即小幅分量模块，用于将图5中的输入信号即待分解信号与大幅变化分量信号经过SUM2模块相减后得到差即小幅变化分量。其中，死区模块DZ中的死区处理规则由公式(1)定义；其工作原理是：SUM1、DZ、K、INTE构成带死区的惯性滤波逻辑。当DZ的死区值(即死区处理阈值)设置为0时，SUM1、DZ、K、INTE构成以积分方式实现的惯性滤波逻辑，惯性时间为增益模块K中增益值的倒数，大幅变化分量信号将以一定的惯性时间跟随动作量输入信号变化；当DZ的死区值设置为大于0的数值时，待分解信号与大幅变化分量信号的差值信号如果小于死区值，则DZ模块的输出为0，大幅变化分量信号会保持不变，因此能够将待分解信号中变化幅度小于死区值的分量过滤掉，只保留大幅变化部分。然后用待分解信号减去大幅变化分量信号，即得到小幅变化分量信号。
对于N(N≥2)个执行机构并联，需要N-1层信号分解逻辑串联对控制器输出信号(即动作量输入信号)进行分解，以及通过串联级联中的后级分解逻辑对串联级联中前级分解逻辑得到的小幅变化分量信号进行逐级分解得到多个小幅分解分量。例如：当N等于2时，使用1层信号分解逻辑，将动作量输入信号分解为大幅变化信号分量信号和小幅变化分量信号即可得到大幅分解分量和小幅分解分量；当N等于3时，如图4所示，使用2层信号分解逻辑串联级联，第一层信号分解逻辑1将图3中来自控制器的输入信号(即动作量输入信号)分解为大幅变化分量信号和小幅变化分量信号，第二层信号分解逻辑2对信号分解逻辑1输出的小幅变化分量信号继续进行分解。在两层信号分解逻辑串联级联的结构中，将信号分解逻辑1输出的大幅变化分量作为串联级联输出的大幅分解分量，将信号分解逻辑2输出的大幅变化分量作为串联级联(即级联逻辑)输出的小幅变化1级分量(即N-1个小幅分解分量中的第1个小幅分解分量)，将信号分解逻辑2输出的小幅变化分量作为串联级联(即级联逻辑)输出的小幅变化2级分量(即N-1个小幅分解分量中的第2个小幅分解分量)。对于N>3的情况，依此类推。图4所示逻辑中，各层信号分解逻辑中死区模块DZ的死区值的取值方式如公式(2)所示；其中：dz1，dz2，dz3分别为第一、二、三层信号分解逻辑中死区模块的死区设置值；a为一正模拟量常数，数值略微超过执行机构“过冲”区即可，由现场调试确定。
对于N个并联执行机构的控制系统，按照上述信号分解，控制器输出信号(即动作量输入信号)经过分解后，将输出1个大幅分解分量信号(即大幅分解分量)和N-1个小幅分解分量信号(即小幅分解分量)，N-1个小幅分解分量信号分别为第1级到第N-1级小幅分解分量信号。将模拟量常数0作为第N级小幅变化分解信号，则得到N个变化幅度依次递减的小幅分解分量信号。
信号分配逻辑的功能是，将N个小幅分解分量信号，按照运行人员设置的分配规则分配到各个执行机构，与大幅分解分量信号相加后得到各个执行机构的动作指令。下面举例说明。
对于N＝2个执行机构并联的控制系统，信号分配逻辑的结构如图6所示。图6中：NSEL1和NSEL2构成了2进2出的多路模拟量选择模块，S1、S2是由运行人员设置的整数输出模块，分别对应执行机构1、2，S1和S2用于为多路模拟量选择模块提供通道选择信号，根据S1和S2的选择，确定多路模拟量选择模块的输入通道与输出通道之间的导通关系；图6中S1设置输出为0，S2设置输出为1；常数模块输出模拟量常数0；NSEL1、NSEL2为2进2出的多路模拟量选择模块，功能是根据S1、S2提供的整数，选择图6中NSEL1、NSEL2上侧对应整数数值通道的模拟量输入信号作为多路模拟量选择模块的输出信号(即分配输出信号)，例如图6中NSEL1、NSEL2左侧输入为1时，则选择图6中NSEL1、NSEL2上侧第1通道的模拟量输入信号作为多路模拟量选择模块的输出信号(即分配输出信号)；SUM3、SUM4为求和计算模块。
信号分配逻辑的信号流程是：模拟量常数0和信号分解逻辑输出的至少一个小幅分解分量，分别被送至多路模拟量选择模块NSEL1和NSEL2。由运行人员通过设置对应执行机构的整数输出模块S1、S2的数值确定NSEL1和NSEL2选择哪一路输入作为输出，图6中NSEL1选择小幅分解分量信号作为输出，NSEL2选择模拟量常数0作为输出。NSEL1输出的信号与信号分解逻辑输出的大幅分解分量信号经过SUM3求和后输出至执行机构1，NSEL2输出的信号与信号分解逻辑输出的大幅分解分量信号经过SUM4求和后输出至执行机构2。
图6逻辑中，整数输出模块S1、S2的输出一个为0、一个为1时能实现执行机构依次动作功能；S1、S2均设置为0时两个执行机构均只接收大幅分解分量信号，能够最大限度的保护执行机构；S1、S2均设置为1时两个执行机构均接收大幅分解分量信号加小幅分解分量信号，相当于取消执行机构动作量优化分配功能，恢复至传统控制方式。
对于N＝3个执行机构并联的控制系统，信号分配逻辑的结构如图7所示。图7中：S3：0、S4：1、S5：2是由运行人员设置的对应执行机构的整数模块，分别对应执行机构1、2、3，用于为多路模拟量选择模块提供通道选择信号；常数模块输出模拟量常数0；NSEL3～NSEL5为构成了多路模拟量选择模块；SUM5～SUM7为求和计算模块。信号分配逻辑信号流程是：模拟量常数0和信号分解逻辑输出的1级小幅分解分量(即N-1个小幅分解分量中的第1个小幅分解分量)、2级小幅分解分量(即N-1个小幅分解分量中的第2个小幅分解分量)，分别被送至多路模拟量选择模块NSEL3～NSEL5。由运行人员通过设置自然数输出模块S3～S5的数值确定NSEL3～NSEL5选择哪一路输入作为输出，图7中NSEL3选择1级小幅分解分量信号作为输出，NSEL4选择2级小幅分解分量信号作为输出，NSEL5选择模拟量常数0作为输出。NSEL3～NSEL5输出的信号与信号分解逻辑输出的大幅分解分量信号分别经过SUM5～SUM7求和后输出至执行机构1～3。
图7逻辑中，整数输出模块S3～S5的输出为0、1、2的排列时能实现完整的执行机构依次动作功能；S3～S5均设置为0时能够最大限度的保护执行机构；S3～S5均设置为2时相当于取消执行机构动作量优化分配功能，恢复至传统控制方式。其它设置方式，例如S3～S5分别设置为0、1、1或0、0、2时，能够实现部分的执行机构依次动作功能。
按照上述小幅指令分配逻辑，当控制器输出变化时，各执行机构会按照设定的动作次序依次动作，由运行人员设置的对应执行机构的整数模块的数值越大，执行机构动作次序越优先。例如图7中，控制器输出由小变大时，执行机构1先动作、执行机构2后动作、执行机构3最后动作。先动作执行机构的磨损会相对严重。为了避免这种情况，运行人员可以每间隔一定实践，根据各执行机构磨损情况，调整各执行机构动作次序，以平衡磨损情况。也可以根据各执行机构的状态，设置存在一定缺陷的执行机构后动作。
以下介绍发明实施步骤
(1)实施条件确认
本发明适用于使用并联执行机构并且执行机构存在“死区-过冲”非线性的控制系统。例如火力发电机组中的供热抽汽流量、一次风量、二次风量、引风风量、多泵并联的锅炉给水流量、单出口的过热蒸汽温减温水流量等控制系统。
(2)控制逻辑组态和调试。
控制逻辑在机组DCS(分散控制系统)中以组态的方式实施。依据发明技术方案和图7所示的控制逻辑，在机组DCS中进行组态。组态完成后设置以下参数：所有信号分解逻辑中增益模块K的增益值设置为0.5；所有信号分解逻辑中死区模块DZ的死区值(即死区处理阈值)均设置为0。同时将原控制系统的控制器输出信号连接到本发明中信号分解逻辑中的输入信号端(即图4中串联级联中的信号分解逻辑1的用于输入动作量输入信号的输入端口)，将原控制系统中的各个执行机构接收到指令信号替换为本发明中信号分配逻辑输出的各执行机构指令信号。
依据公式(2)描述的规则，逐渐增加各层信号分解逻辑中死区模块DZ的死区值，使第一层信号分解逻辑死区模块DZ的死区值a刚好越过执行机构的“过冲”区即可。
(3)长期运行执行机构动作次序调整
优化分配系统运行后，在控制器输出小幅波动时，各个执行机构将按照设定的次序依次动作。为了避免长时间运行各执行机构磨损程度不均匀，运行人员可以每间隔一定时间，根据各执行机构磨损等情况，调整各执行机构动作次序。
本发明技术方案的技术效果如下：
(1)控制效果好。对于多个执行机构并联工作且执行机构存在“死区-过冲”非线性的控制系统，本发明所述的方法能够克服执行机构“死区-过冲”非线性造成的控制系统小幅振荡现象，避免执行机构磨损并提高控制品质。
(2)实施方便。本发明所述控制逻辑只需要依据实施方案完成组态，简单设置好各个死区环节的死区值后即可投入使用。现场实施、使用、维护方便。
(3)运行方式灵活。运行过程中运行人员可以根据执行机构的状态定期调整动作次序，可选择最大限度保护执行机构的工作方式，可以选择部分的优化动作次序的工作方式，也可以选择取消执行机构动作量优化分配功能的工作方式。运行方式灵活。
应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。
本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrative logical block)，单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrative components)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。
本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。
本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。
在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片(disk)和磁盘(disc)包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种并联执行机构动作量优化分配方法，其特征在于，所述并联执行机构为N个执行机构并联，其中N大于等于2，包括以下步骤：
将接收到的动作量输入信号分解为N-1个小幅分解分量和一个大幅分解分量；
将所述N-1个小幅分解分量和模拟量常数0经信号分配逻辑分配得到N个分配输出信号；所述模拟量常数0由模拟量常数模块产生；
将每个分配输出信号分别与所述大幅分解分量求和，得到N个求和输出信号；
将所述N个求和输出信号一一对应地输入给所述N个执行机构，控制并联执行机构动作；
所述将接收到的动作量输入信号分解为N-1个小幅分解分量和一个大幅分解分量，具体为：
将所述动作量输入信号输入给级联逻辑，得到N-1个小幅分解分量和一个大幅分解分量；
其中，所述级联逻辑由N-1个分解逻辑依次串联级联得到；所述分解逻辑用于将当前时刻的待分解信号分解为当前时刻的小幅变化分量和当前时刻的大幅变化分量；所述分解逻辑包括分解输入端口、小分量输出端口和大分量输出端口；所述分解输入端口用于输入当前时刻的待分解信号，所述小分量输出端口用于输出当前时刻的小幅变化分量，所述大分量输出端口用于输出当前时刻的大幅变化分量；
所述级联逻辑由N-1个分解逻辑依次串联级联得到，包括：
依次将所述串联级联中的前一分解逻辑的小分量输出端口连接后一分解逻辑的分解输入端口；以及，
将所述串联级联中的最前一个分解逻辑的序号定义为1，所述串联级联中各分解逻辑的序号从前到后依次递增；将第1分解逻辑的分解输入端口作为所述级联逻辑的动作量输入端口，将第1分解逻辑的大分量输出端口作为所述级联逻辑的大分解输出端口；以及，
将第N-1分解逻辑的小分量输出端口作为所述级联逻辑的第N-1小分解输出端口；以及，
当N大于2时，还包括：
将第2到N-1分解逻辑的大分量输出端口按序号顺序一一对应作为所述级联逻辑的第1到N-2小分解输出端口；
所述动作量输入端口用于输入所述动作量输入信号；
所述大分解输出端口用于输出所述大幅分解分量；
小分解输出端口用于输出小幅分解分量。
2.如权利要求1所述的并联执行机构动作量优化分配方法，其特征在于，所述将当前时刻的待分解信号分解为当前时刻的小幅变化分量和当前时刻的大幅变化分量，包括：
将当前时刻的待分解信号经带死区的惯性滤波逻辑处理，得到当前时刻的大幅变化分量；
将当前时刻的待分解信号减去当前时刻的大幅变化分量得到当前时刻的小幅变化分量；
其中，所述经带死区的惯性滤波逻辑处理，包括：
从当前时刻的待分解信号中减去前一时刻的大幅变化分量，得到差值信号；所述前一时刻的大幅变化分量是所述分解逻辑输出的大幅变化分量；
通过指定的死区处理规则，根据指定死区阈值与所述差值信号的大小关系，计算死区输出信号；
对所述死区输出信号进行增益修正得到修正信号；
对所述修正信号积分输出当前时刻的大幅变化分量。
3.如权利要求2所述的并联执行机构动作量优化分配方法，其特征在于，所述级联逻辑中的N-1个分解逻辑各自的指定死区阈值按如下公式设置：
Figure FDA0003909873380000021
其中，1≤i≤N-1，i表示串联级联中分解逻辑的序号；N表示执行机构的数量；
dzi表示第i个分解逻辑的指定死区阈值；a为指定正模拟量常数。
4.如权利要求1所述的并联执行机构动作量优化分配方法，其特征在于，所述将所述N-1个小幅分解分量和模拟量常数0经信号分配逻辑分配得到N个分配输出信号，包括：
将所述N-1个小幅分解分量和所述模拟量常数0输入给信号分配逻辑；
根据信号分配逻辑的分配选择信号，将所述N-1个小幅分解分量和所述模拟量常数0分配输出为所述N个分配输出信号。
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