CN115291499A - 一种取小值控制方法和控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种取小值控制方法，设置多个PID功能块用于分别接收多个被控量，并输出控制指令至最小值选取功能块；最小值选取功能块接收到多个控制指令后，进行比较并输出最终的最小值控制指令输出；最小值选取功能块的输出同时作为外部积分的信号发送到PID功能块中；PID功能块的内部设置有用于切换内部积分或外部积分的切换开关，通过选择外部积分信号，接收外部积分信号进入积分模块，进而控制PID功能块的被控量。本发明还公开了一种取小值控制系统，本发明的PID功能块能够选择接收外部积分信号，使得PID功能块的输出不受被控量的影响，不再发生变化，大大提高了所有PID功能块输出的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及火力发电机组自动控制技术领域，具体为一种取小值控制方法和控制系统。
背景技术
在火力发电机组自动控制领域，“取最小值”控制回路是普遍能被应用的。
现有控制回路的作用原理如下：在某些工艺生产流程中，存在多个控制回路控制一个执行机构的情况，例如汽轮机DEH系统存在负荷控制回路、压力控制回路共同作用于汽轮机调节汽门，燃气轮机控制系统中存在功率控制回路、负荷限制控制回路、排气温度控制回路等共同作用于燃料调节阀行程。
由于一个执行机构同一时刻只能接受一个控制指令，同时为保证执行机构的安全运行，采用取小值方法获得最终的控制指令输出。但上述未被选中的控制回路PID输出不受控制，会出现切换剧烈扰动的问题。如其中一个控制回路为最小值，则该控制回路能够稳定维持在设定值处，但其它控制回路的被控量此时与设定值一直存在偏差，则由于PID功能块积分环节的作用，导致PID控制器的输出一直在持续变化。从而降低了控制回路输出的稳定性。
公布号为CN113110631A的发明专利申请公开了一种火力发电厂主蒸汽压力控制方法。该申请通过设置PID控制器为基于纯积分作用的PID计算器，根据主蒸汽压力偏差可以将煤量迁移稳定在一个新的平衡点，对于减少主蒸汽压力频繁波动起到了决定性作用。对于火电机组供热期，负荷稳定时维持主蒸汽压力具有较好效果，可提高机组AGC和一次调频性能。但仍未公开在具有多路PID控制器时，所有的PID控制器的稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：提供一种取小值控制方法和控制系统，提高所有PID功能块输出的稳定性。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种取小值控制方法，包括如下步骤：
S1、设置多个PID功能块用于分别接收多个被控量，并输出控制指令至最小值选取功能块；
S2、最小值选取功能块接收到多个控制指令后，进行比较并输出最终的最小值控制指令输出；
S3、最小值选取功能块的输出同时作为外部积分的信号发送到PID功能块中；
S4、PID功能块的内部设置有用于切换内部积分或外部积分的切换开关，通过选择外部积分信号，接收外部积分信号进入积分模块，进而控制PID功能块的被控量。
优点：本发明的多个PID功能块能够分别接收多个不同的被控量，并经过最小值选取功能块得到最小值控制指令输出，因此最小值的PID功能块接收的被控量能够控制在设定值中。随后，PID功能块选择接收外部积分信号，使得其它的PID功能块的输出不受被控量的影响，不再发生变化，大大提高了所有PID功能块输出的稳定性。
优选地，所述步骤S1中：
S11、在PID功能块的内部设置用于选择内部积分或外部积分的切换开关，并将切换开关切换到内部积分；
S12、PID功能块接收到的被控量与设定值进行比较，得到偏差值；
S13、偏差值经过比例模块和积分模块后，再叠加前馈信号，最后输出控制指令。
优选地，所述步骤S4中：
S41、PID功能块的切换开关切换至与外部积分连通，使得外部积分信号与积分模块连通；
S42、PID功能块接收到的被控量与设定值进行比较，得到偏差值；
S43、偏差值经过比例模块和积分模块后，再叠加前馈信号，最后输出控制指令。
优选地，所述积分模块的传递函数为：
式中，KI为积分作用系数，G(s)为积分模块的输出。
本发明还公开了一种取小值控制系统，包括
多个PID功能块，用于分别接收多个被控量，并输出控制指令至最小值选取功能块；
最小值选取功能块，用于接收到多个控制指令后，进行比较并输出最终的最小值控制指令输出；最小值选取功能块的输出同时作为外部积分的信号发送到PID功能块中；
PID功能块的切换开关，用于选择外部积分信号，使得PID功能块接收外部积分信号进入积分模块，通过选择外部积分信号进而控制PID功能块的被控量。
优选地，PID功能块选择内部积分时：
在PID功能块的内部设置有用于选择内部积分或外部积分的切换开关，并将切换开关切换到内部积分；
PID功能块接收到的被控量与其内部的设定值进行比较，得到偏差值；
偏差值经过比例模块和积分模块后，再叠加前馈信号，最后输出控制指令。
优选地，PID功能块选择外部积分时：
PID功能块的切换开关切换至与外部积分连通，使得外部积分信号与积分模块连通；
PID功能块接收到的被控量与设定值进行比较，得到偏差值；
偏差值经过比例模块和积分模块后，再叠加前馈信号，最后输出控制指令。
优选地，积分模块的传递函数为：
式中，KI为积分作用系数，G(s)为积分模块的输出。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的多个PID功能块能够分别接收多个不同的被控量，并经过最小值选取功能块得到最小值控制指令输出，因此最小值的PID功能块接收的被控量能够控制在设定值中。随后，PID功能块选择接收外部积分信号，使得其它的PID功能块的输出不受被控量的影响，不再发生变化，大大提高了所有PID功能块输出的稳定性。
附图说明
图1为本发明的实施例一的控制回路逻辑框图；
图2为本发明的实施例一的PID功能块的内部逻辑图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例一
参阅图1，本实施例公开了一种取小值控制方法，包括如下步骤：
S1、设置多个PID功能块1用于分别接收多个被控量，并输出控制指令至最小值选取功能块2。
S2、最小值选取功能块2接收到多个控制指令后，进行比较并输出最终的最小值控制指令输出；
S3、最小值选取功能块2的输出同时作为外部积分的信号发送到PID功能块1中；
S4、PID功能块1接收外部积分信号进入积分模块，通过选择外部积分信号进而控制PID功能块1的被控量。
本实施例中，为保证能够更加清楚地说明，以设置三个PID功能块1为例进行说明。
首先，令三个PID功能块1分别设为PID1功能块、PID2功能块和PID3功能块，其中，PID1功能块的输入端用于接收被控量1，经过计算后，输出端输出控制指令输出A；PID2功能块的输入端用于接收被控量2，经过计算后，输出端输出控制指令输出B；PID3功能块的输入端用于接收被控量3，经过计算后，输出端输出控制指令输出C。
由于一个执行机构同一时刻只能接收一个控制指令，同时为保证执行机构的安全运行，因此将控制指令输出A、控制指令输出B和控制指令输出C共同输入到最小值选取功能块2。由最小值选取功能块2比较并得出当前时刻的控制指令输出A、控制指令输出B和控制指令输出C中的最小值，同时将最小值输出作为执行机构的控制指令。本实施例以控制指令输出A作为最小值进行说明。
由于被控量1所在的控制回路A为最小值，控制回路A被选中。此时，被控量2和被控量3此时与设定值一直存在偏差，则由于PID功能块1积分环节的作用，导致PID2功能块和PID3功能块的输出一直在持续变化。
因此，参阅图2，本实施例在PID功能块1中增加接收外部积分的切换开关11。
当选择内部积分时，使切换开关11的BD接头连通。此时，在每个PID功能块1中，被控量进入PID功能块1后，通过与PID功能块1内的设定值进行比较，同时将比较后的偏差值经过比例模块和积分模块后，再叠加前馈信号，最后输出控制指令。
当选择外部积分时，使切换开关11的BC接头连通。此时，在每个PID功能块1的切换开关11切换至与外部积分连通，使得外部积分信号与积分模块连通；PID功能块1接收到的被控量与设定值进行比较，得到偏差值；偏差值经过比例模块和积分模块后，再叠加前馈信号，最后输出控制指令。
其中，积分模块的传递函数为：
式中，KI为积分作用系数，G(s)为积分模块的输出。
本实施例的传递函数建立在复数域上的，s为函数中的自变量，KI为积分作用系数，具体的数值需要在实际应用过程中进行调试修改。
本实施例通过上述操作，能够有效避免上述出现的问题。具体的，由于PID1功能块的输出为最小值，因此被控量1稳定控制在设定值。而PID2功能块和PID3功能块的输出分别与被控量2和被控量3的偏差有关，而被控量2和被控量3与设定值一直存在偏差，则由于PID功能块1的积分模块的作用，PID2功能块和PID3功能块的输出一直变化。而本实施例通过在取得最小值后，每个PID功能块1中均引入外部积分信号与积分模块连接，从而控制PID2功能块和PID3功能块的输出。分析过程如下：
将out(n-3)继续进行迭代，则out(n)的值如下：……
Kp为比例模块的比例系数，T为积分作用的积分系数，en为第n时刻的偏差。s为函数中的自变量。
通过上述分析可知，通过选择外部积分信号，PID2功能块的控制输出只与被控量的偏差有关。所以，当被控量1稳定控制在设定值时，PID2功能块的输出不会再有变化。同理，PID3功能块的输出也不会有变化，从而大大提高了所有控制回路PID输出的稳定性。
本实施例以三个PID功能块1，其中PID1功能块输出最小值为例具体说明下工作流程：
首先，将三个PID功能块1内的切换开关11的BD接头连通，均连接到内部积分，外部积分断开不工作。此时，三个被控量分别输送到三个PID功能块1的输入端，被控量先是与设定值进行比较，并将得到的偏差值经过比例模块和积分模块后，再叠加前馈信号，最后输出控制指令。具体的，三个PID功能块1为PID1功能块、PID2功能块和PID3功能块，PID1功能块输出控制指令输出A，PID2功能块输出控制指令输出B，PID3功能块输出控制指令输出C。
随后由最小值选取功能块2比较并得出当前时刻的控制指令输出A、控制指令输出B和控制指令输出C中的最小值，本实施例中，最小值选取功能块2输出控制指令输出A作为执行机构的控制指令。
然后，将三个PID功能块1内的切换开关11的BC接头连通，使得外部积分导通连接到积分模块，因此外部积分能够进入积分模块。此时，最小值选取功能块2的输出作为外部积分信号分别与三个PID模块的积分模块连接，PID功能块1接收到的被控量与设定值进行比较，得到偏差值；偏差值经过比例模块和积分模块后，再叠加前馈信号，最后输出控制指令。
PID1功能块中，被控量1稳定控制在设定值，因此不会有变化，而PID2功能块和PID3功能块的输出控制也只与被控量1的偏差有关。所以，在被控量1稳定控制在设定值时，PID2功能块和PID3功能块的输出不会再有变化，从而大大提高了所有PID功能块1输出的稳定性。
实施例二
本发明还公开了一种取小值控制系统，包括
多个PID功能块1，用于分别接收多个被控量，并输出控制指令至最小值选取功能块2；
最小值选取功能块2，用于接收到多个控制指令后，进行比较并输出最终的最小值控制指令输出；最小值选取功能块2的输出同时作为外部积分的信号发送到PID功能块1中；
PID功能块1的切换开关11，用于选择外部积分信号，使得PID功能块1接收外部积分信号进入积分模块，通过选择外部积分信号进而控制PID功能块1的被控量。
其中，PID功能块1选择内部积分时：
将切换开关11切换到内部积分，使得积分模块接收内部信号；
PID功能块1接收到的被控量与其内部的设定值进行比较，得到偏差值；
偏差值经过比例模块和积分模块后，再叠加前馈信号，最后输出控制指令。
PID功能块1选择外部积分时：
PID功能块1的切换开关11切换至与外部积分连通，使得外部积分信号与积分模块连通；
PID功能块1接收到的被控量与设定值进行比较，得到偏差值；
偏差值经过比例模块和积分模块后，再叠加前馈信号，最后输出控制指令。
积分模块的传递函数为：
式中，KI为积分作用系数，G(s)为积分模块的输出。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述实施例仅表示发明的实施方式，本发明的保护范围不仅局限于上述实施例，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。
Claims (8)
1.一种取小值控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、设置多个PID功能块(1)用于分别接收多个被控量，并输出控制指令至最小值选取功能块(2)；
S2、最小值选取功能块(2)接收到多个控制指令后，进行比较并输出最终的最小值控制指令输出；
S3、最小值选取功能块(2)的输出同时作为外部积分的信号发送到PID功能块(1)中；
S4、PID功能块(1)的内部设置有用于切换内部积分或外部积分的切换开关(11)，通过选择外部积分信号，接收外部积分信号进入积分模块，进而控制PID功能块(1)的被控量。
2.根据权利要求1所述的取小值控制方法，其特征在于：所述步骤S1中：
S11、将切换开关(11)切换到内部积分，使得积分模块接收内部信号；
S12、PID功能块(1)接收到的被控量与设定值进行比较，得到偏差值；
S13、偏差值经过比例模块和积分模块后，再叠加前馈信号，最后输出控制指令。
3.根据权利要求1所述的取小值控制方法，其特征在于：所述步骤S4中：
S41、PID功能块(1)的切换开关(11)切换至与外部积分连通，使得外部积分信号与积分模块连通；
S42、PID功能块(1)接收到的被控量与设定值进行比较，得到偏差值；
S43、偏差值经过比例模块和积分模块后，再叠加前馈信号，最后输出控制指令。
4.根据权利要求2或3所述的取小值控制方法，其特征在于：所述积分模块的传递函数为：
式中，KI为积分作用系数，G(s)为积分模块的输出。
5.一种取小值控制系统，其特征在于：包括
多个PID功能块(1)，用于分别接收多个被控量，并输出控制指令至最小值选取功能块(2)；
最小值选取功能块(2)，用于接收到多个控制指令后，进行比较并输出最终的最小值控制指令输出；最小值选取功能块(2)的输出同时作为外部积分的信号发送到PID功能块(1)中；
PID功能块(1)的切换开关(11)，用于选择外部积分信号，使得PID功能块(1)接收外部积分信号进入积分模块，通过选择外部积分信号进而控制PID功能块(1)的被控量。
6.根据权利要求5所述的取小值控制方法，其特征在于：PID功能块(1)选择内部积分时：
将切换开关(11)切换到内部积分，使得积分模块接收内部信号；
PID功能块(1)接收到的被控量与其内部的设定值进行比较，得到偏差值；
偏差值经过比例模块和积分模块后，再叠加前馈信号，最后输出控制指令。
7.根据权利要求5所述的取小值控制方法，其特征在于：PID功能块(1)选择外部积分时：
PID功能块(1)的切换开关(11)切换至与外部积分连通，使得外部积分信号与积分模块连通；
PID功能块(1)接收到的被控量与设定值进行比较，得到偏差值；
偏差值经过比例模块和积分模块后，再叠加前馈信号，最后输出控制指令。
8.根据权利要求6或7所述的取小值控制方法，其特征在于：积分模块的传递函数为：
式中，KI为积分作用系数，G(s)为积分模块的输出。
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