CN116518590A - 冷凝器过冷度控制方法、装置、设备及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种冷凝器过冷度控制方法、装置、设备及可读存储介质，冷凝器过冷度控制方法包括：获取过冷度跟踪误差；根据过冷度跟踪误差计算得到滑模变量；根据滑模变量计算得到控制变量；基于控制变量控制执行机构调节冷凝器的工作参数。通过本发明，相比PI控制策略，滑模控制策略不依赖控制对象参数，系统动态响应速度和跟踪误差与冷凝器内部参数无关，且系统的鲁棒性高，响应速度快，有助于提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及冷凝器技术领域，尤其涉及一种冷凝器过冷度控制方法、装置、设备及可读存储介质。
背景技术
冷凝器是船舶动力装置的重要设备，冷凝器的凝水过冷度大小是衡量冷凝器性能的一个重要指标，凝水过冷度太大会导致凝结水回热加热所需的热量增加，从而降低系统的热经济性，另外，还会导致凝结水的溶氧量增大，引起低压设备和管道的氧腐蚀，降低设备的安全可靠性。
目前的冷凝器过冷度控制方法采取PI(proportional integral，比例积分)控制策略，在不同的运行工况下，冷凝器内部参数将发生变化，导致固定PI参数下控制系统无法实现最优控制效果。为实现快响应和低误差控制目标，需要在使用时不断对PI参数进行调整，工作效率低。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种冷凝器过冷度控制方法、装置、设备及可读存储介质，旨在解决现有技术中采取PI控制策略的冷凝器过冷度控制方法的工作效率低的技术问题。
第一方面，本发明提供一种冷凝器过冷度控制方法，所述冷凝器过冷度控制方法包括：
获取过冷度跟踪误差；
根据所述过冷度跟踪误差计算得到滑模变量；
根据所述滑模变量计算得到控制变量；
基于所述控制变量控制执行机构调节冷凝器的工作参数。
可选地，所述根据所述过冷度跟踪误差计算得到滑模变量的步骤包括：
基于滑模面公式，计算得到滑模变量，所述滑模面公式为：
其中，s为所述滑模变量，x为所述过冷度跟踪误差，β为第一预设参数，t为时间。
可选地，所述根据所述滑模变量计算得到控制变量的步骤包括：
基于控制公式，计算得到控制变量，所述控制公式为：
uout＝k1s+k2sgn(s)
其中，s为所述滑模变量，k1为第二预设参数，k2为第三预设参数，sgn(s)为符号函数，表达式如下：
可选地，所述获取过冷度跟踪误差的步骤包括：
获取冷凝器的凝水温度和真空度；
根据所述凝水温度和所述真空度计算得到过冷度计算值；
将过冷度给定值减去所述过冷度计算值得到过冷度跟踪误差。
可选地，所述基于所述控制变量控制执行机构调节冷凝器的工作参数的步骤包括：
根据所述控制变量计算得到阀门开度调节量，将所述阀门开度调节量输入执行机构，以供所述执行机构基于所述阀门开度调节量调节阀门开度，以调节流经冷凝器的冷却水流量。
第二方面，本发明还提供一种冷凝器过冷度控制装置，所述冷凝器过冷度控制装置包括：
获取模块，用于获取过冷度跟踪误差；
第一计算模块，用于根据所述过冷度跟踪误差计算得到滑模变量；
第二计算模块，用于根据所述滑模变量计算得到控制变量；
控制模块，用于基于所述控制变量控制执行机构调节冷凝器的工作参数。
可选地，所述第一计算模块用于：
基于滑模面公式，计算得到滑模变量，所述滑模面公式为：
其中，s为所述滑模变量，x为所述过冷度跟踪误差，β为第一预设参数，t为时间。
可选地，所述第二计算模块用于：
基于控制公式，计算得到控制变量，所述控制公式为：
uout＝k1s+k2sgn(s)
其中，s为所述滑模变量，k1为第二预设参数，k2为第三预设参数，sgn(s)为符号函数，表达式如下：
第三方面，本发明还提供一种冷凝器过冷度控制设备，所述冷凝器过冷度控制设备包括处理器、存储器、以及存储在所述存储器上并可被所述处理器执行的冷凝器过冷度控制程序，其中所述冷凝器过冷度控制程序被所述处理器执行时，实现上述冷凝器过冷度控制方法的步骤。。
第四方面，本发明还提供一种所述可读存储介质上存储有冷凝器过冷度控制程序，其中所述冷凝器过冷度控制程序被处理器执行时，实现上述冷凝器过冷度控制方法的步骤。
本发明中，获取过冷度跟踪误差；根据过冷度跟踪误差计算得到滑模变量；根据滑模变量计算得到控制变量；基于控制变量控制执行机构调节冷凝器的工作参数。通过本发明，相比PI控制策略，滑模控制策略不依赖控制对象参数，系统动态响应速度和跟踪误差与冷凝器内部参数无关，且系统的鲁棒性高，响应速度快，有助于提高工作效率。
附图说明
图1为相关技术一实施例中冷凝器过冷度控制系统的结构示意图；
图2为本发明一实施例中冷凝器过冷度控制方法的流程示意图；
图3为本发明一实施例中冷凝器过冷度控制系统的结构示意图；
图4为本发明一实施例中冷凝器过冷度控制装置的硬件结构示意图；
图5为本发明一实施例中冷凝器过冷度控制设备的硬件结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了相关技术一实施例中冷凝器过冷度控制系统的结构示意图。
参见图1，相关技术中，冷凝器过冷度控制系统采用PI控制器，PI控制器存在参数调节困难、动态响应慢、受系统扰动影响等问题，难以实现高精度控制目标。
具体地，PI调节器表达式如下：
uout＝kpx+ki∫xdt
其中，x为过冷度跟踪误差，kp为比例调节参数，ki为积分调节参数，t为时间。
为获取快响应和低误差控制目标，需要在实际系统当中不断对PI调节器参数进行调整，降低了控制器的工作效率。
冷凝器简化数学模型如下：
蒸汽区涉及蒸汽质量与压力，以及冷凝器内部蒸汽的平均焓值。蒸汽质量与压力方程为：
其中，Gs为冷凝器壳侧的蒸汽含量，Gst为汽轮机排气量，Gost为冷凝器其他进汽量，Ggp为鼓泡除氧乏汽量，Gc为蒸汽主凝结量，Gss为抽真空设备抽出的蒸汽量，Ps为冷凝器内蒸汽分压，Rs为蒸汽气体常数，V为冷凝器内汽气空间体积，Ts为饱和气体的温度，t为时间。
冷凝器内部蒸汽的平均焓值的表达式为：
其中，Gs为冷凝器壳侧的蒸汽含量，Hs为蒸汽平均焓，Gst为汽轮机排气量，Hst为汽轮机排气焓，Gost为冷凝器其他进汽量，Host为其他进汽焓，Ggp为鼓泡除氧乏汽量，Hw为热井水焓，Gc为蒸汽主凝结量，Gss为抽真空设备抽出的蒸汽量，t为时间。
空气区涉及空气质量与压力，空气质量与压力方程为：
其中，Ga为冷凝器内空气含量，Gvb为由真空破坏阀进入冷凝器的空气量，Gn为正常漏入冷凝器的空气量，Gg为由轴封漏入冷凝器的空气量，Gair为抽气器抽出的空气量，Pa为冷凝器内空气分压，Ra为空气的气体常数，Ts为饱和气体的温度，t为时间。
热井区涉及热井水位、热井水质量与焓值，热井水位表达式为：
其中，Lc为热井水位，Gw为热井水质量，ρ为热井水密度，Aw为热井截面积。
热井水质量与焓值方程为：
其中，Gw为热井水质量，Gc为蒸汽主凝结量，Gwo为冷凝器出水量，Hw为热井水焓，Hcw为对应冷凝器压力下的饱和水焓，Ggp为鼓泡除氧乏汽量，Hgp为鼓泡除氧乏汽焓，t为时间。
冷凝器管侧数学模型为：
其中，Mw为循环水质量，Cw为循环水比热容，T2为循环水出口温度，Qc为蒸汽放热量，Qw为循环水吸热量，k为冷凝器传热系数，Δtm为对数传热温差，A为冷凝器传热面积，Dw为循环水流量，T1为循环水入口温度，t为时间。
因此，依据上述数学模型可知，在不同的运行工况下，冷凝器内部参数将发生变化，导致固定PI参数下控制系统无法实现最优控制效果。为实现快响应和低误差控制目标，需要在使用时不断对PI参数进行调整，工作效率低。
针对上述相关技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种冷凝器过冷度控制方法、装置、设备及可读存储介质，以提高工作效率。
第一方面，本发明实施例提供了一种冷凝器过冷度控制方法。
图2示出了本发明一实施例中冷凝器过冷度控制方法的流程示意图。
参照图2，一实施例中，冷凝器过冷度控制方法包括如下步骤：
S101、获取过冷度跟踪误差；
本实施例中，过冷度跟踪误差即为过冷度给定值与过冷度计算值之间的差值，其中，过冷度给定值为用户设定的能够保证冷凝器正常工作的凝水过冷度，过冷度计算值为根据冷凝器的相关工作参数计算得到的凝水过冷度。过冷度追踪误差表征了当前状态与目标状态之间的差距，因此过冷度追踪误差能够作为后续控制调节量的重要依据。
进一步地，一实施例中，步骤S101的步骤包括：
获取冷凝器的凝水温度和真空度；
根据凝水温度和真空度计算得到过冷度计算值；
将过冷度给定值减去过冷度计算值得到过冷度跟踪误差。
本实施例中，冷凝器的凝水温度和真空度由设置于冷凝器中的测量单元测量得到。凝水温度和真空度与过冷度计算值的公式关系与设备类型相关，通常需要根据设备类型查表确定具体的计算方法，本发明对此不作限定。
S102、根据过冷度跟踪误差计算得到滑模变量；
本实施例中，滑模变量为滑模控制策略中的滑模面s的值，滑模变量是过冷度跟踪误差的函数，由一过冷度跟踪误差可计算得出唯一确定的滑模变量。滑模控制本质上是非线性控制的一种，它的非线性表现为控制的不连续性，即系统的“结构”不固定，可以在动态过程中根据系统当前的状态有目的地不断变化，迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动。滑模控制策略的优势主要体现在两方面：一方面是滑动模态可以进行设计，调节的参数少，响应速度快。另一方面是对扰动不灵敏，滑模控制策略对扰动有很强的抑制能力，对于在复杂环境工作下的机器来说非常友好，例如本发明所针对的冷凝器。
进一步地，一实施例中，步骤S102的步骤包括：
基于滑模面公式，计算得到滑模变量，滑模面公式为：
其中，s为滑模变量，x为过冷度跟踪误差，β为第一预设参数，t为时间。
本实施例中，第一预设参数β需要根据实际情况通过手动调试确定。当系统处于稳定状态时，令s＝0，可以得到过冷度跟踪误差表达式为：
x＝x0e-βt
其中，x0为初始状态下过冷度跟踪误差，即t＝0时的过冷度跟踪误差，e为自然常数。
由过冷度跟踪误差表达式可以看出，调节第一预设参数β的大小可以调节系统趋近于稳定状态的速度，β越大，速度也就越快。因此，采取滑模控制策略，将过冷度跟踪误差轨迹控制在滑模面上，可使得系统动态响应速度不依赖于过冷度跟踪误差和冷凝器内部参数，且过冷度跟踪误差呈指数衰减。
S103、根据滑模变量计算得到控制变量；
本实施例中，控制变量为滑模控制策略中的输出量uout的值，控制变量是滑模变量的函数，由一滑膜变量可计算得出唯一确定的控制变量。根据控制变量对冷凝器的工作参数进行调节，能够使过冷度跟踪误差进一步减小，从而使系统趋近于稳定状态。
进一步地，一实施例中，步骤S103的步骤包括：
基于控制公式，计算得到控制变量，控制公式为：
uout＝k1s+k2sgn(s)
其中，s为滑模变量，k1为第二预设参数，k2为第三预设参数，sgn(s)为符号函数，表达式如下：
本实施例中，第二预设参数k1和第三预设参数k2需要根据实际情况通过手动调试确定，通过控制公式计算得到的控制变量，能够获得对应的滑模面公式所预期的控制效果，系统的鲁棒性高，响应速度快，有助于提高工作效率。
S104、基于控制变量控制执行机构调节冷凝器的工作参数。
本实施例中，滑模控制策略计算得出的控制变量用于控制执行机构，使执行机构做出相应的调节操作，执行机构作用于冷凝器以调节其工作参数，进而调节当前工作状态下计算得到的凝水过冷度，使过冷度计算值趋近于过冷度给定值，系统趋近于稳定状态。
进一步地，一实施例中，步骤S104的步骤包括：
根据控制变量计算得到阀门开度调节量，将阀门开度调节量输入执行机构，以供执行机构基于阀门开度调节量调节阀门开度，以调节流经冷凝器的冷却水流量。
本实施例中，执行机构构造为阀门机构，其作用于冷凝器所调节的工作参数为流经冷凝器的冷却水流量。控制变量通过换算能够得到阀门开度调节量。示例地，阀门开度调节量与控制变量成正比。
由此，本实施例中，获取过冷度跟踪误差；根据过冷度跟踪误差计算得到滑模变量；根据滑模变量计算得到控制变量；基于控制变量控制执行机构调节冷凝器的工作参数。通过本实施例，相比PI控制策略，滑模控制策略不依赖控制对象参数，系统动态响应速度和跟踪误差与冷凝器内部参数无关，且系统的鲁棒性高，响应速度快，有助于提高工作效率。
图3示出了本发明一实施例中冷凝器过冷度控制系统的结构示意图；
参照图3，本实施例中，滑模控制器获取用户输入的过冷度给定值，获取凝水过冷度计算模块根据冷凝器的凝水温度和真空度计算得出的过冷度计算值，从而计算得出过冷度跟踪误差，根据过冷度跟踪误差计算得到滑模变量，根据滑模变量计算得到控制变量，基于控制变量控制执行机构调节冷凝器的工作参数。通过本实施例，相比PI控制器，滑模控制器不依赖控制对象参数，系统动态响应速度和跟踪误差与冷凝器内部参数无关，且系统的鲁棒性高，响应速度快，有助于提高工作效率。
第二方面，本发明实施例还提供一种冷凝器过冷度控制装置。
图4示出了本发明一实施例中冷凝器过冷度控制装置的硬件结构示意图。
参照图4，一实施例中，冷凝器过冷度控制装置包括：
获取模块10，用于获取过冷度跟踪误差；
第一计算模块20，用于根据过冷度跟踪误差计算得到滑模变量；
第二计算模块30，用于根据滑模变量计算得到控制变量；
控制模块40，用于基于控制变量控制执行机构调节冷凝器的工作参数。
进一步地，一实施例中，第一计算模块20用于：
基于滑模面公式，计算得到滑模变量，滑模面公式为：
其中，s为滑模变量，x为过冷度跟踪误差，β为第一预设参数，t为时间。
进一步地，一实施例中，第二计算模块30用于：
基于控制公式，计算得到控制变量，控制公式为：
uout＝k1s+k2sgn(s)
其中，s为滑模变量，k1为第二预设参数，k2为第三预设参数，sgn(s)为符号函数，表达式如下：
进一步地，一实施例中，获取模块10用于：
获取冷凝器的凝水温度和真空度；
根据凝水温度和真空度计算得到过冷度计算值；
将过冷度给定值减去过冷度计算值得到过冷度跟踪误差。
进一步地，一实施例中，控制模块40用于：
根据控制变量计算得到阀门开度调节量，将阀门开度调节量输入执行机构，以供执行机构基于阀门开度调节量调节阀门开度，以调节流经冷凝器的冷却水流量。
其中，上述冷凝器过冷度控制装置中各个模块的功能实现与上述冷凝器过冷度控制方法实施例中各步骤相对应，其功能和实现过程在此处不再一一赘述。
第三方面，本发明实施例提供一种冷凝器过冷度控制设备，该冷凝器过冷度控制设备可以是个人计算机(personal computer，PC)、笔记本电脑、服务器等具有数据处理功能的设备。
图5示出了本发明一实施例中冷凝器过冷度控制设备的硬件结构示意图。
参照图5，本发明实施例中，冷凝器过冷度控制设备可以包括处理器1001(例如中央处理器Central Processing Unit，CPU)，通信总线1002，用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信；用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)；网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真WIreless-FIdelity，WI-FI接口)；存储器1005可以是高速随机存取存储器(random access memory，RAM)，也可以是稳定的存储器(non-volatilememory)，例如磁盘存储器，存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。本领域技术人员可以理解，图5中示出的硬件结构并不构成对本发明的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
继续参照图5，图5中作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及冷凝器过冷度控制程序。其中，处理器1001可以调用存储器1005中存储的冷凝器过冷度控制程序，并执行本发明实施例提供的冷凝器过冷度控制方法。
第四方面，本发明实施例还提供一种可读存储介质。
本发明可读存储介质上存储有冷凝器过冷度控制程序，其中冷凝器过冷度控制程序被处理器执行时，实现如上述的冷凝器过冷度控制方法的步骤。
其中，冷凝器过冷度控制程序被执行时所实现的方法可参照本发明冷凝器过冷度控制方法的各个实施例，此处不再赘述。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献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如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种冷凝器过冷度控制方法，其特征在于，所述冷凝器过冷度控制方法包括：
获取过冷度跟踪误差；
根据所述过冷度跟踪误差计算得到滑模变量；
根据所述滑模变量计算得到控制变量；
基于所述控制变量控制执行机构调节冷凝器的工作参数。
2.如权利要求1所述的冷凝器过冷度控制方法，其特征在于，所述根据所述过冷度跟踪误差计算得到滑模变量的步骤包括：
基于滑模面公式，计算得到滑模变量，所述滑模面公式为：
其中，s为所述滑模变量，x为所述过冷度跟踪误差，β为第一预设参数，t为时间。
3.如权利要求1所述的冷凝器过冷度控制方法，其特征在于，所述根据所述滑模变量计算得到控制变量的步骤包括：
基于控制公式，计算得到控制变量，所述控制公式为：
uout＝k1s+k2sgn(s)
其中，s为所述滑模变量，k1为第二预设参数，k2为第三预设参数，sgn(s)为符号函数，表达式如下：
4.如权利要求1所述的冷凝器过冷度控制方法，其特征在于，所述获取过冷度跟踪误差的步骤包括：
获取冷凝器的凝水温度和真空度；
根据所述凝水温度和所述真空度计算得到过冷度计算值；
将过冷度给定值减去所述过冷度计算值得到过冷度跟踪误差。
5.如权利要求1所述的冷凝器过冷度控制方法，其特征在于，所述基于所述控制变量控制执行机构调节冷凝器的工作参数的步骤包括：
根据所述控制变量计算得到阀门开度调节量，将所述阀门开度调节量输入执行机构，以供所述执行机构基于所述阀门开度调节量调节阀门开度，以调节流经冷凝器的冷却水流量。
6.一种冷凝器过冷度控制装置，其特征在于，所述冷凝器过冷度控制装置包括：
获取模块，用于获取过冷度跟踪误差；
第一计算模块，用于根据所述过冷度跟踪误差计算得到滑模变量；
第二计算模块，用于根据所述滑模变量计算得到控制变量；
控制模块，用于基于所述控制变量控制执行机构调节冷凝器的工作参数。
7.如权利要求6所述的冷凝器过冷度控制方法，其特征在于，所述第一计算模块用于：
基于滑模面公式，计算得到滑模变量，所述滑模面公式为：
其中，s为所述滑模变量，x为所述过冷度跟踪误差，β为第一预设参数，t为时间。
8.如权利要求6所述的冷凝器过冷度控制方法，其特征在于，所述第二计算模块用于：
基于控制公式，计算得到控制变量，所述控制公式为：
uout＝k1s+k2sgn(s)
其中，s为所述滑模变量，k1为第二预设参数，k2为第三预设参数，sgn(s)为符号函数，表达式如下：
9.一种冷凝器过冷度控制设备，其特征在于，所述冷凝器过冷度控制设备包括处理器、存储器、以及存储在所述存储器上并可被所述处理器执行的冷凝器过冷度控制程序，其中所述冷凝器过冷度控制程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1至5中任一项所述的冷凝器过冷度控制方法的步骤。
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有冷凝器过冷度控制程序，其中所述冷凝器过冷度控制程序被处理器执行时，实现如权利要求1至5中任一项所述的冷凝器过冷度控制方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310578048.XA CN116518590A (zh) | 2023-05-22 | 2023-05-22 | 冷凝器过冷度控制方法、装置、设备及可读存储介质 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202310578048.XA CN116518590A (zh) | 2023-05-22 | 2023-05-22 | 冷凝器过冷度控制方法、装置、设备及可读存储介质 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116518590A true CN116518590A (zh) | 2023-08-01 |
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ID=87395945
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202310578048.XA Pending CN116518590A (zh) | 2023-05-22 | 2023-05-22 | 冷凝器过冷度控制方法、装置、设备及可读存储介质 |
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| CN (1) | CN116518590A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117948743A (zh) * | 2024-02-19 | 2024-04-30 | 江苏拓米洛高端装备股份有限公司 | 一种冷凝器进口过冷度的控制方法、装置和系统 |
| CN117948743B (zh) * | 2024-02-19 | 2024-10-29 | 江苏拓米洛高端装备股份有限公司 | 一种冷凝器进口过冷度的控制方法、装置和系统 |
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2023
- 2023-05-22 CN CN202310578048.XA patent/CN116518590A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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