CN1313965A - 一种调节装置的运行方法和实施该方法的装置 - Google Patents

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Abstract

一种带有一个调节器(42)的调节装置(36),该调节器(42)根据一些调节器参数(Ri)和控制参数(Y)对一个被调对象(44)实施影响,为了在被调对象(44)的所有运行状态下都保证有预定的调节品质和可预定的调节性能,在调节器(42)工作时,通过将被调对象(44)的调节器(42)的控制参数(Y)的时变性能的子波变换与被调参数(X)的时变性能的子波变换在一个可预定的时间窗内进行比较,确定被调对象(44)的响应特性,探测与各子波变换相匹配的时间点,并根据所求得的响应特性对所述或各调节器参数(Ri)进行调节。

Description

一种调节装置的运行方法和 实施该方法的装置
本发明涉及一种带有一个调节器的调节装置的运行方法，该调节器根据一些调节器参数，利用一些控制参数对一个被调对象实施影响。本发明还涉及一种实施该方法的调节装置。
一个工程设备通常具有一些调节装置，它们应当尽可能保持让设备无故障地运行。这样一种调节装置通常作用于一个附属被调对象，以形成一个封闭的调节回路。在此，例如一个传感器在被调对象的测量点测量有待遵守的被调参数。若这一被调参数由于一扰动量偏离一预定额定值，则调节装置的调节器以其控制参数作用于一个配属于被调对象的执行机构。由调节器提供的控制参数除了取决于所测得的被调参数与预定额定值之间的偏差，还取决于一些调节器参数。利用这些调节器参数例如可以对调节器的反应速度和/或调节精度进行调节。
由于缺乏对被调对象的真实动态性能的系统认识，这样一种调节器的调节器参数的调节(即所谓的Parametrisierung)通常建立在经验获得的数据上。这些经验数据例如是在设备开动时求得的。基于这些数据为各个调节器规定了调节器参数，这些参数在设备继续运行时应当不加任何改变地予以遵守。但在这样一种调节装置中，被调对象的性能的改变可能会影响调节质量，尤其是影响调节器的调节精度和/或反应速度。被调对象的特性的改变尤其因机械特性曲线的负载点转换或改变，例如因老化或污染而产生。
在Huettich Buchverlag Heidelberg出版社于1990年出版的“调节技术(Regelungstechnik)”第6版，第1-6章，第14-20页上，由O.Voellinger发表了一篇文章。其中公开了一种适配性调节方法。按照该方法，由被调对象的波动的参数引起的变化的系统性能首先以合适的方法被测得，借助由此获得的信息确定调节器参数。此外由美国专利文献US 5610843获知，可采用子波变换(Wavelet-Transformation)来描述被调对象的特性，这在日本专利文献JP 09120303也谈到过。另外，从德国专利文献DE 3445791还获知一种汽轮机发电系统，其中可对蒸汽压力和温度进行控制。
因此，本发明的目的在于提供一种用于上述类型调节装置的运行方法，其中，即便在被调对象的特性发生变化时，调节回路也能保持其调节品质和调节性能。为此，本发明还提供一种实施该运行方法的调节装置。
本发明关于方法方面的目的是这样来实现的，即，在调节器工作时，通过被调对象的调节器的控制参数的时变性能的子波变换与被调参数的时变性能的子波变换在一个可预定的时间窗内的比较，确定被调对象的响应特性。其中，探测与相应的子波变换相匹配的时间点，并根据所求得的响应特性对所述或各调节器参数进行调节。
本发明是基于如下考虑：调节回路的调节品质和调节性能在被调对象的特性发生变化时也可以得到保持，那就是通过测量被调对象的性能的变化并将其用于调节器参数的适配。特别适合于描述被调对象特性的就是被调对象的响应特性(Uebertragungsverhalten)。被调对象的响应特性的变化因而应当用于影响调节器参数。为了避免被调对象的工作性能受到损害，根据以一种在线作用(online-Eingriff)方式在调节器工作时测得的被调对象的响应特性，对调节器参数进行新的调节。
在调节装置工作时可以利用一个子波变换来确定被调对象的响应特性。在此，以相同的方式在一个可预定的时间窗(Zeitfenster)内，用子波变换对被调对象的调节器的控制参数和被调参数随时间变化的曲线进行分析。子波变换方法已记载在例如由R.Oldenbourg出版社1996年第2版的“自动化技术”(Automatisierungstechnik)杂志第64至66页上。在分析中可以确定，是否控制参数的一个可预定的分量被包含在被调参数内。当控制参数或被调参数在某一时间点被分解成在一个可预定的时间窗内的一个所谓的子波家族中的分量时，上述这一情况会出现。一个子波家族是一族数学函数，它们均由唯一一个初始函数通过数学延展和/或位移(mathematische Streckungund/oder Verschiebung)来产生。函数的数学延展和/或位移意味着与被研究信号的不同频率和振幅分量相匹配。这样，基于可预定的子波分量存在于可预定的时间窗内，就可确定被研究参数何时具有某种特性。
通过将控制参数的时变性能的子波变换与被调参数的时变性能的子波变换进行比较，可以求得被调对象的响应特性。为此，将分析控制参数和被调参数得到的结果传输到一个微分方程组中。制订微分方程组是用于确定一个能描述被调对象的响应特性的函数。
在每次确定被调对象的响应特性时，都要测量一个与子波变换相对应的时刻(时间点)。这样，被调对象的响应特性的变化才能得到表示。采用这样的方式，调节装置才能特别简便地与被调对象可预定的运行状态相匹配，可预定的运行状态也才能总是出现在被调对象的运行过程中。
所述方法可比较有利地用在作为汽轮机设备一部件的调节装置上。由于汽轮机设备的调节回路中的调节器通常借助于经验数据来调节其调节器参数，这样就会因缺乏对汽轮机设备的真实动态性能的系统认识而导致长时间的开动。而且通常在汽轮机设备运行时，调节器参数与汽轮机设备的不同运行状态并不都匹配。因而，通过在汽轮机设备运行时跟踪汽轮机设备的调节器的调节器参数，就特别能保证各调节回路保持良好的调节品质不变，并且能保证其调节性能不变。
比较有利的是，调节器的控制参数是汽轮机的汽轮室压力值或蒸汽质量流量值。此外，按照一种有利设计，调节回路的被调参数是汽轮机的功率值、转速值或汽轮机工作介质的压力值。
本发明关于装置方面的目的是通过一种调节器适配装置来实现的，它在调节器工作时确定被调对象的响应特性，并根据当前测得的被调对象的响应特性调节所述或各调节器参数。
本发明的优点主要在于，通过在调节器工作时跟踪调节器参数，可以保证在被调对象的所有运行状态下都有一个可预定的调节质量，而无需中断调节装置的工作。此外，具有该调节装置并采用本发明方法的工程设备可因此有特别短的开动时间。另外，以本发明方法运行的调节装置可特别简便地与被调对象的不同的运行状态相匹配。
下面借助附图所示实施例对本发明予以详细说明，附图中：
图1为具有一调节装置的汽轮机设备的简略示图；
图2为图1所示调节装置的简略示图。
相同的部件在所有的附图中具有相同的附图标记。
图1所示汽轮机设备2包括一个与发电机6耦接的汽轮机4、一个处于一水-汽循环8中并连接在汽轮机4之后的冷凝器10以及一个蒸汽发生器12。汽轮机4由一个第一压力级或高压级4a和另一压力级或中压-和低压级4b组成。它们均通过一根共同的轴14驱动发电机6。
蒸汽发生器12为了将工作介质AM输往蒸汽轮机4在其蒸汽出口侧与汽轮机4的高压级4a的蒸汽入口18相连。蒸汽轮机4的高压级4a的蒸汽出口20通过一根溢流管22与汽轮机4的中压-和低压级4b的蒸汽入口24相连接。汽轮机4的中压-和低压级4b的蒸汽出口26通过一根蒸汽导管28与冷凝器10连接。该冷凝器10通过一根供水管30与蒸汽发生器12相连，形成一封闭的水-汽循环8。在供水管30中接入有一个供水泵32和一个供水容器34。
汽轮机设备2配备有一个调节装置36，以便调节汽轮机4的功率值P、转速N和/或其工质AM的压力值W。调节装置36是一个调节回路40的一部分，它包括有一个调节器42。该调节器与一个被调对象44相连接，从而构成调节回路40。配备调节器42的被调对象44包括汽轮机4。调节器42为了传输控制参数Y通过控制参数导线46与相对应的被调对象44连接。一个图中未示出的与所述被调对象44相配置的执行机构，根据控制参数Y对被调对象44进行一定调节。被调参数X通过被调参数导线48可输给调节器42，这样就形成一个封闭的调节循环40。
调节器42可以被设计成，在被调参数X与一个可预定的额定值有一偏差时，以线性、积分和/或微分方式改变输送给被调对象44的控制参数Y。因此，由调节器提供的控制参数就取决于一些调节器参数Ri(i=1,2,…,n)。对调节器参数Ri的调节就是所谓的对调节器42的参数调节(Parametrisierung)。
为了在汽轮机2的所有运行状态下都能对调节器42进行特别有利的参数调节，调节装置36具有一个用于确定调节器参数Ri的调节器适配装置50。为此，控制参数Y通过从控制参数导线46分支出去的连接线52，被调参数X则通过从被调参数导线48分支出去的连接线54可输入该调节器适配装置50中。为了将调节器适配装置50中求得的调节器参数Ri输出，调节器适配装置50通过调节器导线56和与之相配置的调节器42相连。
如图2中详细示出的那样，调节器适配装置50通过由控制参数导线46和被调参数导线48分支出去的连接导线52或54与调节回路40相连接。调节器适配装置50包括一个用于分析控制参数Y的变换模块(Transformationsmodul)60、一个用于分析被调参数X的变换模块62、一个用于求算被调对象44的响应函数(Uebertragungsfunktion)的计算模块64和一个用于确定调节器参数Ri的参数调节模块66。变换模块60与连接线52相连，而变换模块62则与连接线54相连。变换模块60和62又与计算模块64数据传输地相连，计算模块64也同样数据传输地与参数调节模块66连接。在参数调节模块66内确定的调节器参数Ri通过调节器导线56可输入调节器42中。
在汽轮机设备2运行时，借助于调节装置36来操纵运行汽轮机4。此时作为控制参数的是汽轮机4的汽轮室压力值R或蒸汽质量流量值D。附属的被调参数是汽轮机4的功率值P、转速值N或压力值W。例如可以通过相应地调节汽轮室压力值R来调节汽轮机的功率值P。为此，可以按照图中未进一步示出的方式向调节器42预给定功率P的一个可预定的额定值。调节器42借助调节器参数Ri并通过控制参数导线46，将一个汽轮室压力值R作为控制参数Y进一步传递给图中未示出的执行机构。这样就会使被调对象44的性能发生改变。被调对象44的功率实际值P作为被调参数X通过被调参数导线48又继续传输给调节器42。
为了保证调节回路40在汽轮机设备2的所有运行状态下都有预定的调节品质，探测被调对象44的性能变化并将其用于调节器参数Ri的适配。这一点通过在调节器42工作时对被调对象44的响应特性进行求算来进行。所述或各调节器参数Ri的更新根据所求得的被调对象44在调节器42工作时的响应特性来进行。
为此，控制参数Y通过连接导线52又继续传递给调节器适配装置50的变换模块60。同时，还通过连接导线54将被调参数X继续传递给调节器适配装置50的变换模块62。变换模块60借助于在某一时刻在一个可预定的时间窗内的一个子波变换，将传输给被调对象44的控制参数Y分解为在一定频带内的振幅频谱中的也称为子波分量的信号分量。这一点利用一族子波来实现。一族子波是一族数学函数，它们均由唯一一个初始函数通过数学延展和/或位移来产生。在一个可预定的时间窗内分析信号的时间特性曲线，由此可确定所述信号何时已具备某种由子波变换滤出的特性。这样，利用上述方法就可以确定，信号的一个可预定的分量在某一时刻是否已被包含在信号中。
就象变换模块60分析控制参数Y那样，变换模块62用相同的方式研究被调参数X的时间特性曲线。由此可确定，控制参数Y的一个可预定的分量是否位于被调参数X内。在此可测定控制参数Y或被调参数X何时具有某一分量。由此可以对控制参数Y和/或被调参数X的变化按时间进行分类排列。
此外，各子波变换分配有一个时间点。由此可确定被调对象44的性能变化。在汽轮机4的反复出现的状态下，可以调节某些调节器参数Ri。这已证明特别有利。
控制参数Y和被调参数X的子波变换的结果被继续传递给计算模块64，并在那儿用于制订一个微分方程组。在计算模块64中确定微分方程组，导致被调对象44的响应函数的确定。被调对象44的响应函数被继续传递给参数调节模块66(Parametrisierungsmodul)。只要需要，参数调节模块66就会计算出新的调节器参数Ri。为了对调节器42的调节器参数Ri进行新的调节，在调节器42工作时，该新的调节器参数Ri就会通过调节器导线56输给调节器42。
在汽轮机设备2的调节装置36中，在调节器42工作时确定被调对象44的响应特性。根据所测得的被调对象44的响应特性，按在线作用方式对所述或各调节器参数Ri进行调节。由此可保证在汽轮机设备2的所有运行状态下，调节装置36都有一个可预定的调节品质和可预定的调节性能。

Claims (8)

1．一种带有一个调节器(42)的调节装置(36)的运行方法，该调节器(42)根据一些调节器参数(Ri)，利用控制参数(Y)对一个被调对象(44)实施影响，其中，在调节器(42)工作时，通过被调对象(44)的调节器(42)的控制参数(Y)的时变性能的子波变换与被调参数(X)的时变性能的子波变换在一个可预定的时间窗内的比较，确定被调对象(44)的响应特性，其中，探测与各子波变换相匹配的时间点，并根据所求得的响应特性对所述或各调节器参数(Ri)进行调节。
2．如权利要求1所述的方法，其中，所述调节装置(36)设置在一个汽轮机设备(2)中。
3．如权利要求1或2所述的方法，其中，所述控制参数(Y)是汽轮机(4)的汽轮室压力值(R)。
4．如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述控制参数(Y)是汽轮机(4)的蒸汽质量流量值(D)。
5．如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述被调参数(X)是汽轮机(4)的一个功率值(P)。
6．如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述被调参数(X)是汽轮机(4)的一个转速值(N)。
7．如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述被调参数(X)是汽轮机(4)的工作介质的压力值(W)。
8．一种带有一个调节器(42)的调节装置(36)，该调节器(42)根据一些调节器参数(Ri)，利用控制参数(Y)对一个被调对象(44)实施影响，该调节装置(36)还具有一个调节器适配装置(50)，它在调节器(42)工作时，通过将被调对象(44)的调节器(42)的控制参数(Y)的时变性能的子波变换与被调参数(X)的时变性能的子波变换在一个可预定的时间窗内进行比较，确定被调对象(44)的响应特性，探测与各子波变换相匹配的时间点，并根据所求得的响应特性对所述或各调节器参数(Ri)进行调节。
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