CN115309038A - 过程信号的可调节加速装置及可调节加速观测方法 - Google Patents

过程信号的可调节加速装置及可调节加速观测方法 Download PDF

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CN115309038A CN202211068962.1A CN202211068962A CN115309038A CN 115309038 A CN115309038 A CN 115309038A CN 202211068962 A CN202211068962 A CN 202211068962A CN 115309038 A CN115309038 A CN 115309038A
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Abstract

本申请公开了一种过程信号的可调节加速装置及可调节加速观测方法，通过所述正向可调节加速单元，对过程信号进行正向可调节加速，生成正向加速信号；以及通过所述负向可调节加速单元，对所述过程信号进行负向可调节加速，生成负向加速信号；最后通过所述加法单元，对所述正向加速信号和所述负向加速信号进行加法运算，生成所述过程信号对应的目标加速信号。本申请的过程信号的可调节加速装置通过所述正向可调节加速单元和负向可调节加速单元对过程信号进行双向可调节加速，以实现调节限幅值选择过程信号的不同超前观测效果，从而满足不同控制系统的控制需求以及满足同一控制系统的不同时段控制需求，同时配合加法单元实现过程信号的双向加速观测。

Description

过程信号的可调节加速装置及可调节加速观测方法
技术领域
本申请涉及火电机组过程控制技术领域，尤其涉及一种过程信号的可调节加速装置及可调节加速观测方法。
背景技术
在火电机组过程控制领域中，对过程信号进行加速观测对提高火电机组的过程控制性能有重要作用。目前，主要有基于如微分器、PD控制器、相位超前校正器或高性能超前观测器的加速观测方法，但是当前加速观测方法的超前观测效果无法满足现有观测需求。例如，对于应用在火电机组的一次风温控制系统，一次风温设定随着季节、电网负荷等因素变化需随时调整，固定的超前观测方法无法有效满足一次风温控制效果。
发明内容
本申请提供了一种过程信号的可调节加速装置及可调节加速观测方法，以解决当前加速观测方法的超前观测效果无法满足现有可调节观测需求的技术问题。
为了解决上述技术问题，第一方面，本申请提供了一种过程信号的可调节加速装置，包括正向可调节加速单元、负向可调节加速单元和加法单元；
所述正向可调节加速单元，用于对过程信号进行正向可调节加速，生成正向加速信号；
所述负向可调节加速单元，用于对所述过程信号进行负向可调节加速，生成负向加速信号；
所述加法单元，用于对所述正向加速信号和所述负向加速信号进行加法运算，生成所述过程信号对应的目标加速信号。
作为优选，所述正向可调节加速单元包括第一正反馈加速器、第一微分器和正向输出控制器；
所述第一正反馈加速器，用于基于可调节高限值，对所述过程信号进行可调节加速，生成第一加速信号；
所述第一微分器和正向输出控制器，用于提取所述第一加速信号中的所述正向加速信号。
作为优选，所述第一正反馈加速器包括第一正反馈环节、第一积分器和第一积分限幅器；
所述第一正反馈环节，用于控制所述第一积分器加速；
所述第一积分器，用于对所述过程信号进行加速；
所述第一积分限幅器，用于根据所述可调节高限值，对所述第一积分器的输出信号进行限幅。
作为优选，所述第一积分限幅器为：
Figure BDA0003827445780000021
其中，IA(t)为所述第一积分器的输出信号，P(t)为所述过程信号，TIA为所述第一积分器的积分时间常数，VAHA为所述第一积分限幅器的可调节高限值。
作为优选，所述负向可调节加速单元包括第二正反馈加速器、第二微分器和负向输出控制器；
所述第二正反馈加速器，用于基于可调节低限值，对所述过程信号进行可调节加速，生成第二加速信号；
所述第二微分器和负向输出控制器，用于提取所述第二加速信号中的所述负向加速信号。
作为优选，所述第二正反馈加速器包括第二正反馈环节、第二积分器和第二积分限幅器；
所述第二正反馈环节，用于控制所述第二积分器加速；
所述第二积分器，用于对所述过程信号进行加速；
所述第二积分限幅器，用于根据所述可调节低限值，对所述第二积分器的输出信号进行限幅。
作为优选，所述第二积分限幅器为：
Figure BDA0003827445780000031
其中，IB(t)为所述第二积分器的输出信号，P(t)为所述过程信号，TIB为所述第二积分器的积分时间常数，VALB为所述第二积分限幅器的可调节低限值。
作为优选，所述加法单元为：
OA(t)＝DOC(t)+NOC(t)；
其中，OA(t)为加法单元输出的目标加速信号，DOC(t)为所述正向可调节加速单元输出的正向加速信号，NOC(t)为所述负向可调节加速单元输出的负向加速信号。
第二方面，本申请还提供一种过程信号的可调节加速观测方法，包括：
将单位阶跃输入信号输入至五阶惯性过程，得到过程信号；
将所述过程信号输入至如第一方面所述的过程信号的可调节加速装置，得到目标加速信号。
作为优选，所述五阶惯性过程为：
Figure BDA0003827445780000032
其中，FOIP(s)为五阶惯性过程的传递函数，TFOIP为五阶惯性过程的时间常数，s为拉普拉斯算子。
与现有技术相比，本申请至少具备以下有益效果：
通过所述正向可调节加速单元，对过程信号进行正向可调节加速，生成正向加速信号；以及通过所述负向可调节加速单元，对所述过程信号进行负向可调节加速，生成负向加速信号；最后通过所述加法单元，对所述正向加速信号和所述负向加速信号进行加法运算，生成所述过程信号对应的目标加速信号。本申请的过程信号的可调节加速装置通过所述正向可调节加速单元和负向可调节加速单元对过程信号进行双向可调节加速，以实现调节限幅值选择过程信号的不同超前观测效果，从而满足不同控制系统的控制需求以及满足同一控制系统的不同时段或因素下的控制需求，同时配合加法单元实现过程信号的双向加速观测。例如，一次风温控制系统能够随时调整限幅值，以能够观测到在不同季节或电网负荷等因素下的加速效果，实现加速观测效果可调节，从而满足不同控制系统的加速观测需求。
此外，本申请通过积分限幅器对积分加速器的输出直接进行条件限幅，实现可调节加速，并配合加法单元，解决当前超前观测方法的观测性能不高的问题，提高加速观测效果，从而有效抑制一次风温偏差，提高对火电机组的一次风温控制系统的风温控制效果。
附图说明
图1为本申请一实施例示出的过程信号的可调节加速装置的结构示意图；
图2为本申请另一实施例示出的过程信号的可调节加速装置的结构示意图；
图3为本申请实施例示出的可调节加速观测方法的信号流向示意图；
图4为本申请实施例示出的可调节加速观测方法的输出结果示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应当理解，在本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
请参照图1，图1为本申请实施例提供的一种过程信号的可调节加速装置的结构示意图。本申请实施例的过程信号的可调节加速装置可集成于计算机设备，该计算机设备包括但不限于智能手机、笔记本电脑、平板电脑、桌上型计算机、物理服务器和云服务器等设备。如图1所示，本实施例的过程信号的可调节加速装置(Process signal adjustableaccelerator，PSAA)，包括正向可调节加速单元11、负向可调节加速单元12和加法单元13；
所述正向可调节加速单元11，用于对过程信号进行正向可调节加速，生成正向加速信号；
所述负向可调节加速单元12，用于对所述过程信号进行负向可调节加速，生成负向加速信号；
所述加法单元13，用于对所述正向加速信号和所述负向加速信号进行加法运算，生成所述过程信号对应的目标加速信号。
在本实施例中，如图1所示，将过程信号分别输入到正向可调节加速单元11和负向可调节加速单元12，以对过程信号进行双向加速，再将正向可调节加速单元11输出的正向加速信号和负向可调节加速单元12输出的负向加速信号输入到加法单元13进行加法运算，以得到过程信号在双向加速后的目标加速信号，从而使过程信号中的正极信号和负极信号能够提前输出，实现双向加速效果，进而能够有效抑制信号偏差。
同时，本实施例能够调节限幅值，以选择过程信号的不同超前观测效果，从而满足不同控制系统的控制需求以及满足同一控制系统的不同时段或因素下的控制需求，同时配合加法单元实现过程信号的双向加速观测。例如，一次风温控制系统能够随时调整限幅值，以能够观测到在不同季节或电网负荷等因素下的加速效果，实现加速观测效果可调节，从而满足不同控制系统的加速观测需求。
在一些实施例中，图2所示了另一实施例提供的过程信号的可调节加速装置的结构示意图。
可选地，如图2所示，所述正向可调节加速单元11包括第一正反馈加速器111、第一微分器112和正向输出控制器113；
所述第一正反馈加速器111，用于基于可调节高限值，对所述过程信号进行可调节加速，生成第一加速信号；
所述第一微分器112和正向输出控制器113，用于提取所述第一加速信号中的所述正向加速信号。
在本实施例中，第一正反馈加速器111可以基于积分函数实现，所以对于第一正反馈加速器111输出的第一加速信号为积分信号。因此，通过第一微分器112对第一加速信号进行信号转换，以提取出微分信号，再通过正向输出控制器113提取该微分信号中的正极信号，从而输出正向加速信号。其中，第一正反馈加速器中具有可调节高限值，实现对过程信号中上升趋势的正极信号的可调节加速。
可选地，如图2所示，所述第一正反馈加速器111包括第一正反馈环节1111、第一积分器1112和第一积分限幅器1113；
所述第一正反馈环节1111，用于控制所述第一积分器加速；
所述第一积分器1112，用于对所述过程信号进行加速；
所述第一积分限幅器1113，用于根据所述可调节高限值，对所述第一积分器的输出信号进行限幅。
在本实施例中，如图2所示，第一正反馈环节1111的输出端与第一微分器112的输入端和第一积分器1112的输入端连接，以将过程信号输入到第一积分器1112进行加速，第一积分器1112将加速后的信号输出给第一正反馈环节1111，当第一正反馈环节1111确认过程信号加速完成后，则将第一积分器1112加速后的信号输出给第一微分器112。
其中，在第一积分器1112与第一积分限幅器1113连接，以在第一积分器1112对过程信号进行加速时，对第一积分器1112输出的信号进行限幅，其中第一积分限幅器1113的高限值可调，以实现过程信号的正向可调节加速。
可选地，第一积分器的函数表达式为：
Figure BDA0003827445780000071
其中，IA(s)为第一积分器的传递函数，TIA为第一积分器的积分时间常数，单位为秒。
可选地，所述第一积分限幅器的函数表达式为：
Figure BDA0003827445780000072
其中，IA(t)为所述第一积分器的输出信号，P(t)为所述过程信号，TIA为所述第一积分器的积分时间常数，VAHA为所述第一积分限幅器的可调节高限值，单位为无量纲。
可选地，第一微分器的函数表达式为：
Figure BDA0003827445780000081
其中，DA(s)为所述第一微分器的传递函数，s为拉普拉斯算子，TDA为所述第一微分器的微分时间常数，单位为秒，KDA为所述第一微分器的微分增益，单位为无量纲。
可选地，正向输出控制器的函数表达式为：
Figure BDA0003827445780000082
其中，DOC(t)为所述正向输出控制器的输出信号，DA(t)为所述第一微分器的输出信号。
可选地，如图2所示，所述负向可调节加速单元12包括第二正反馈加速器121、第二微分器122和负向输出控制器123；
所述第二正反馈加速器121，用于基于可调节低限值，对所述过程信号进行可调节加速，生成第二加速信号；
所述第二微分器122和负向输出控制器123，用于提取所述第二加速信号中的所述负向加速信号。
在本实施例中，第二正反馈加速器121可以基于积分函数实现，所以对于第二正反馈加速器121输出的第二加速信号为积分信号。因此，通过第二微分器122对第二加速信号进行信号转换，以提取出微分信号，再通过正向输出控制器123提取该微分信号中的正极信号，从而输出正向加速信号。其中，第二正反馈加速器中具有可调节高限值，实现对过程信号中上升趋势的正极信号的可调节加速。
可选地，如图2所示，所述第二正反馈加速器包括第二正反馈环节、第二积分器和第二积分限幅器；
所述第二正反馈环节，用于控制所述第二积分器加速；
所述第二积分器，用于对所述过程信号进行加速；
所述第二积分限幅器，用于根据所述可调节低限值，对所述第二积分器的输出信号进行限幅。
在本实施例中，如图2所示，第二正反馈环节1211的输出端与第二微分器122的输入端和第二积分器1212的输入端连接，以将过程信号输入到第二积分器1212进行加速，第二积分器1212将加速后的信号输出给第二正反馈环节1211，当第二正反馈环节1211确认过程信号加速完成后，则将第二积分器1212加速后的信号输出给第二微分器122。
其中，在第二积分器1212与第二积分限幅器1213连接，以在第二积分器1212对过程信号进行加速时，对第二积分器1212输出的信号进行限幅，其中第二积分限幅器1213的低限值可调，以实现过程信号的负向可调节加速。
可选地，第二积分器的函数表达式为：
Figure BDA0003827445780000091
其中，IB(s)为所述第二积分器的传递函数，s为拉普拉斯算子，TIB为所述第二积分器的积分时间常数，单位为秒。
可选地，所述第二积分限幅器的函数表达式为：
Figure BDA0003827445780000092
其中，IB(t)为所述第二积分器的输出信号，P(t)为所述过程信号，TIB为所述第二积分器的积分时间常数，单位为秒，VALB为所述第二积分限幅器的可调节低限值，单位为无量纲。
可选地，所述第二微分器的函数表达式为：
Figure BDA0003827445780000093
其中，DB(s)为所述第二微分器的传递函数，s为拉普拉斯算子，TDB为所述第二微分器的微分时间常数，单位为秒，KDB为所述第二微分器的微分增益，单位为无量纲。
可选地，所述负向输出控制器的函数表达式为：
Figure BDA0003827445780000101
其中，NOC(t)为所述负向输出控制器的输出信号，DB(t)为所述第二微分器的输出信号。
可选地，所述加法单元13的函数表达式为：
OA(t)＝DOC(t)+NOC(t)；
其中，OA(t)为加法单元输出的目标加速信号，DOC(t)为所述正向可调节加速单元输出的正向加速信号，NOC(t)为所述负向可调节加速单元输出的负向加速信号。
请参见图3，本申请实施例还提供一种过程信号的可调节加速观测方法，如图3所示的可调节加速观测方法的信号流向示意图，该方法包括：
将单位阶跃输入信号输入至五阶惯性过程，得到过程信号；
将所述过程信号输入至如图1或图2所述的过程信号的可调节加速装置，得到目标加速信号。
在本实施例中，利用5阶惯性过程(Five order inertia process，FOIP)对单位阶跃输入信号进行过程信号提取，并利用过程信号的可调节加速装置PSAA对过程信号进行加速观测。
可选地，所述五阶惯性过程为：
Figure BDA0003827445780000102
其中，FOIP(s)为五阶惯性过程的传递函数，TFOIP为五阶惯性过程的时间常数，s为拉普拉斯算子。
可选地，将过程信号的可调节加速装置应用于一级风温控制系统，则所述过程信号为一级风温控制系统的一级风温信号与一级风温给定信号之间的偏差信号，以利用过程信号的可调节加速装置使一级风温控制系统提前输出目标加速信号，提高一级风温控制系统的加速效果，从而降低过一级风温信号与一级风温给定信号之间的信号偏差而导致的一级风温控制偏差，进而提高一级风温系统的一级风温控制效果。
示例性地，在TIA＝TIB＝100s，TDA＝TDB＝100s，KDA＝KDB＝8，TFOIP＝100s；VAHA分别取0.05、0.1和0.15，对应VALB分别取－0.05、－0.1和－0.15，FOIP的输入为单位阶跃输入信号，得到过程信号的可调节加速装置PSAA的输出结果。
如图4所示，在t＝0s时，输入信号为单位正阶跃信号，在t＝1200s时刻，输入信号单位负阶跃变化。PVFOIP(t)为5阶惯性过程FOIP在单位阶跃输入时的过程输出信号，PV1PSAA(t)为VAHA＝0.15和VALB＝－0.15时过程信号的可调节加速装置PSAA的输出结果；PV2PSAA(t)为VAHA＝0.1和VALB＝－0.1时过程信号的可调节加速装置PSAA的输出结果；Pv3PSAA(t)为VAHA＝0.05和VALB＝－0.05时过程信号的可调节加速装置PSAA的输出结果。
由图4可见，过程信号的可调节加速装置PSAA的输出信号PV1PSAA(t)、PV2PSAA(t)、PV3PSAA(t)明显超前于过程输出信号PVFOIP(t)，实现了过程信号正负双向信号的加速观测，且根据积分限幅器可调节限值进行调节实现了不同加速观测效果。
在本申请所提供的几个实施例中，可以理解的是，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意的是，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台终端设备执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read－Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限定本申请的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种过程信号的可调节加速装置，其特征在于，包括正向可调节加速单元、负向可调节加速单元和加法单元；
所述正向可调节加速单元，用于对过程信号进行正向可调节加速，生成正向加速信号；
所述负向可调节加速单元，用于对所述过程信号进行负向可调节加速，生成负向加速信号；
所述加法单元，用于对所述正向加速信号和所述负向加速信号进行加法运算，生成所述过程信号对应的目标加速信号。
2.如权利要求1所述的过程信号的可调节加速装置，其特征在于，所述正向可调节加速单元包括第一正反馈加速器、第一微分器和正向输出控制器；
所述第一正反馈加速器，用于基于可调节高限值，对所述过程信号进行可调节加速，生成第一加速信号；
所述第一微分器和正向输出控制器，用于提取所述第一加速信号中的所述正向加速信号。
3.如权利要求2所述的过程信号的可调节加速装置，其特征在于，所述第一正反馈加速器包括第一正反馈环节、第一积分器和第一积分限幅器；
所述第一正反馈环节，用于控制所述第一积分器加速；
所述第一积分器，用于对所述过程信号进行加速；
所述第一积分限幅器，用于根据所述可调节高限值，对所述第一积分器的输出信号进行限幅。
4.如权利要求3所述的过程信号的可调节加速装置，其特征在于，所述第一积分限幅器为：
Figure FDA0003827445770000021
其中，IA(t)为所述第一积分器的输出信号，P(t)为所述过程信号，TIA为所述第一积分器的积分时间常数，VAHA为所述第一积分限幅器的可调节高限值。
5.如权利要求1所述的过程信号的可调节加速装置，其特征在于，所述负向可调节加速单元包括第二正反馈加速器、第二微分器和负向输出控制器；
所述第二正反馈加速器，用于基于可调节低限值，对所述过程信号进行可调节加速，生成第二加速信号；
所述第二微分器和负向输出控制器，用于提取所述第二加速信号中的所述负向加速信号。
6.如权利要求5所述的过程信号的可调节加速装置，其特征在于，所述第二正反馈加速器包括第二正反馈环节、第二积分器和第二积分限幅器；
所述第二正反馈环节，用于控制所述第二积分器加速；
所述第二积分器，用于对所述过程信号进行加速；
所述第二积分限幅器，用于根据所述可调节低限值，对所述第二积分器的输出信号进行限幅。
7.如权利要求6所述的过程信号的可调节加速装置，其特征在于，所述第二积分限幅器为：
Figure FDA0003827445770000022
其中，IB(t)为所述第二积分器的输出信号，P(t)为所述过程信号，TIB为所述第二积分器的积分时间常数，VALB为所述第二积分限幅器的可调节低限值。
8.如权利要求1所述的过程信号的可调节加速装置，其特征在于，所述加法单元为：
OA(t)＝DOC(t)+NOC(t)；
其中，OA(t)为加法单元输出的目标加速信号，DOC(t)为所述正向可调节加速单元输出的正向加速信号，NOC(t)为所述负向可调节加速单元输出的负向加速信号。
9.一种过程信号的可调节加速观测方法，其特征在于，包括：
将单位阶跃输入信号输入至五阶惯性过程，得到过程信号；
将所述过程信号输入至如权利要求1至8任一项所述的过程信号的可调节加速装置，得到目标加速信号。
10.如权利要求9所述的过程信号的可调节加速观测方法，其特征在于，所述五阶惯性过程为：
Figure FDA0003827445770000031
其中，FOIP(s)为五阶惯性过程的传递函数，TFOIP为五阶惯性过程的时间常数，s为拉普拉斯算子。
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