海洋核动力船用溴化锂制冷机变结构控制系统和控制方法与流程

文档序号:22424688发布日期:2020-10-02 09:55阅读:437来源:国知局
技术特征:

1.一种海洋核动力船用溴化锂制冷机变结构控制系统,包括溴化锂制冷机(1)、乏汽管道(2)、冷水进口管(3)、冷水出口管(4)和可编程控制器(5),其特征在于:乏汽管道(2)通过电动调节阀(6)与溴化锂制冷机(1)连接,乏汽管道(2)上设置有乏汽压力传感器(7)和乏汽温度传感器(8),冷水进口管(3)上设置有进水温度传感器(9),冷水出口管(4)上设置有出水温度传感器(10),可编程控制器(5)包括选择开关(5.1)、逻辑运算器(5.2)、切换开关(5.3)、pid控制器(5.4)和混合控制器(5.5),混合控制器(5.5)包括用于组成闭环控制的第一控制器(5.5.1)、第三控制器(5.5.3)和用于确保系统稳定裕度和灵敏性的第二控制器(5.5.2),pid控制器(5.4)的信号输入端和信号输出端、混合控制器(5.5)的信号输入端和信号输出端分别与切换开关(5.3)连接,乏汽压力传感器(7)、乏汽温度传感器(8)、进水温度传感器(9)和出水温度传感器(10)的信号输出端分别与逻辑运算器(5.2)的信号输入端连接,逻辑运算器(5.2)的信号输出端与切换开关(5.3)连接,电动调节阀(6)的控制信号输入端与切换开关(5.3)连接。

2.用权利要求1所述的控制系统对海洋核动力船用溴化锂制冷机进行变结构控制的方法,包括以下步骤:

s1.选择切换模式;

将选择开关(5.1)置于“手动”或“自动”处;

s2.选择控制模式;

s2.1.手动选择;

选择开关(5.1)置于“手动”处,操作人员根据系统工况和经验,将切换开关(5.3)置于“pid控制器”或“混合控制器”处;

s2.2.自动选择;

选择开关(5.1)置于“自动”处,逻辑运算器(5.2)根据乏汽压力传感器、乏汽温度传感器、进水温度传感器和出水温度传感器的信号,进行逻辑运算,判断当前系统工况并自动输出信号:当乏汽量较小且变化较大,冷水温差值较大且变化较大,系统可能会出现不稳定状态时,将切换开关(5.3)切换至“混合控制器”;其他情况下,则将切换开关(5.3)切换至“pid控制器”;

s3.变结构控制;

s3.1.传统pid控制;

当步骤s2选择“pid控制器”时,由pid控制器(5.4)对溴化锂制冷机进行传统pid控制;

s3.2.解析式混合控制;

当步骤s2选择“混合控制器”时,由混合控制器(5.5)对溴化锂制冷机进行解析式混合控制;

s3.2.1.建立数学模型;

通过测试获得被控对象的数学模型,以分子解析式表示为:

p=kp(s+e1)(s+e2)…(s+eg)/(s+f1)(s+f2)…(s+fh)

式中:h>g,ei(i=1、2、…g)为零点,fj(j=1、2、…h)为极点,kp为比例系数,均为无量纲系数,p的输入函数为阀门开度函数,输出函数为冷水出口温度函数;

s3.2.2.计算灵敏性函数s;

在稳定性条件和性能约束条件下,获取具有最优灵敏性的s函数;

s3.2.2.1.给定一组合理的闭环函数t极点和s函数的部分零点。t与s互为补函数,t=1-s,t直接影响系统的稳定性,s直接影响系统的灵敏性,两者相互制约;

s3.2.2.2.根据系统性能指标要求,确定一组包括稳定性条件和性能约束条件的约束条件,作为插值条件;

s3.2.2.3.通过插值方法,求取s函数。即在d域内寻找一组闭环极点,在f域内寻找必须给定的s函数零点,使得min||s||∞<q;

s3.2.2.4.求取t函数;t=1-s,计算||t||∞值,是否满足要求,若不满足要求,则返回到步骤s3.2.2.1,重新给定一组合理的闭环函数t极点和s函数的部分零点,进行计算。直到得到符合要求的s函数;

s3.2.3.计算混合控制器(5.5)的传递函数c;

由步骤s3.2.1-s3.2.2得到的p函数、t函数和s函数,根据以下公式,求得c函数,

c=t/ps;

s3.2.4.计算第一控制器(5.5.1)、第二控制器(5.5.2)和第三控制器(5.5.3)的分函数c1、c2和c3;

上述求得的c以解析式表示为:

c=kk(s+b1)(s+b2)...(s+bm)/(s+a1)(s+a2)...(s+an)

式中kk常量,s为变量,ai(i=1、2、…n)、bj(j=1、2、…m)分别为极点和零点,n>m;

设:由c1、c3组成闭环回路的传递函数cuv=(s+a)/k(s-a),

c1=k1(s+d)/(s+b),c3=k2;

则有d=a,k1=1,k2=k-1,b=(-2k+1)a,其中k<1/2,k≠0;

c2=k*kk(s+b1)(s+b2)...(s+bm)/(s+a)(s+a2)...(s+an);

s3.2.5.搭建混合控制器;

c具有一个右半平面极点a,设a1=-a,a>0,c为不稳定控制器,故搭建混合控制器:c1、c3组成闭环回路,实现c的不稳定部分,c2实现c的其余部分;

s3.2.6.混合控制器(5.5)对溴化锂制冷机(1)进行解析式混合控制;

混合控制器(5.5)根据出水温度给定值同出水温度传感器(10)的差值,用控制算法计算出有效的阀门开度值,控制电动调节阀(6)的开度,调节进入溴化锂制冷机(1)的乏汽量,直至冷水温度到达给定值并且系统运行稳定。


技术总结
本发明涉及海洋核动力船用溴化锂制冷机变结构控制系统和控制方法,系统包括溴化锂制冷机和可编程控制器,可编程控制器包括逻辑运算器、切换开关、PID控制器和混合控制器,混合控制器包括组成闭环控制的第一、三控制器和确保系统稳定裕度和灵敏性的第二控制器,PID控制器和混合控制器的信号输入、输出端分别与切换开关连接,各传感器的信号输出端分别与逻辑运算器的信号输入端连接,逻辑运算器的信号输出端与切换开关连接,电动调节阀的控制信号输入端与切换开关连接。方法包括选择切换模式;选择控制模式;传统PID控制和解析式混合控制。本发明参数整定简单、系统灵敏性和鲁棒性良好,有效解决了低负荷变工况下的系统不稳定问题。

技术研发人员:胡三华;姚波;谢小华;马以文;汤青松
受保护的技术使用者:中船重工湖北海洋核能有限公司
技术研发日:2020.06.30
技术公布日:2020.10.02
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