一种火电厂滑模串级温度控制系统及控制方法

本发明涉及火电厂稳定控制，具体涉及一种火电厂滑模串级温度控制系统及控制方法。

背景技术：

1、传统的火电厂汽温控制技术如图1所示，该控制方法以大型锅炉为例，过热器管道较长，结构比较复杂，为了改善控制品质，一般采用分段控制，即将整个过热器分成若干段，每段设置一个减温器，分别控制各段的汽温，以维持主汽温为给定值。因此上述串级控制系统共设由内、外两个回路，外回路由主蒸汽温度、主变送器、主控制器、过热器以及整个内回路构成的。副回路包括副检测变送器、副控制器、执行器、减温水阀门、减温器、过热器等。主控制器是根据主参数主要与给定值的偏差而动作，其输出作为副控制器的给定值。副控制器并根据副参数与给定值(即主控制器输出)的偏差动作，以此来控制执行器动作，实现对减温器的控制。上述传统串级pi控制在实际运行中，由于副控制器的不断调节，需要不断操作减温器控制阀，缩短了系统器件的生命周期；同时，这种常规的主汽温控制方法，在选择pi控制参数时一般采用固定参数，这种策略往往无法适应系统网络带宽受限和模型变化的影响，控制效果不佳，难以达到预期控制效果。

技术实现思路

1、本发明提供了一种火电厂滑模串级温度控制系统及控制方法，以解决现有技术中无法适应系统网络带宽受限和模型变化的影响，控制效果不佳，难以达到预期控制效果的问题。

2、本发明提供了一种火电厂滑模串级温度控制系统，包括：外环控制回路、内环控制回路；

3、外环控制回路包括：wtod协议模块、主检测变送器、滑模主控制器、事件触发器；

4、内环控制回路包括：pid副控制器、减温器、副检测变送器；

5、主控温度对象的输出端与wtod协议模块的输入端连接；wtod协议模块的输出端与主检测变送器的输入端连接；主检测变送器的输出端与滑模主控制器的输入端连接；滑模主控制器的输出端与事件触发器的输入端连接；事件触发器的输出端与pid副控制器的输入端连接；pid副控制器的输出端与执行器的输入端连接；执行器的输出端与减温器的输入端连接；减温器的输出端分别与主控温度对象的输入端、副检测变送器的输入端连接；副检测变送器的输出端与pid副控制器的输入端连接。

6、本发明还提供了一种火电厂滑模串级温度控制系统的控制方法，包括：外环控制过程、内环控制过程；

7、其中，外环控制过程包括如下步骤：

8、步骤a1：wtod协议模块对主控温度对象进行周期性采样，选择权重最高的传感器输出的信号作为采集数据；

9、步骤a2：主检测变送器将采集数据与其他传感器在主检测变送器中的缓存数据组合后作为输出数据，同时用采集数据更新对应传感器的缓存数据；

10、步骤a3：滑模主控制器根据输出数据输出滑模控制信号；

11、步骤a4：将参考信号、滑模控制信号通过事件触发器产生外环控制信号。

12、进一步地，所述步骤a2中，在将采集数据与其他传感器在主检测变送器中的缓存数据进行组合的过程中包括：对其他传感器在主检测变送器中的缓存数据先进行预测，同时用预测数据对对应的传感器在主检测变送器中的缓存数据进行更新。

13、进一步地，所述步骤a2中，在将采集数据与其他传感器在主检测变送器中的缓存数据进行组合的过程中包括：对其他传感器类型进行分类，分类包括：采集线性变化数据的传感器、采集非线性变化数据的传感器，再对属于采集线性变化数据的传感器类别的传感器在主检测变送器中的缓存数据进行预测更新，同时用预测数据对对应的传感器在主检测变送器中的缓存数据进行更新。

14、进一步地，所述组合后作的输出数据为：

15、

16、式中，其中为每个传感器的数据；θn＝diag{δ(1-n)i,δ(2-n)i,...,δ(n-n)i}，其中其中，φ＝qθn，q＝diag{q1i,q2i,...,qni}为权重矩阵；i为适当维数的单位矩阵；其中z为系统中可预测传感器的数量，为上一时刻(即k-1时刻)的输出。

17、进一步地，所述滑模主控制器的滑模趋近率为：

18、

19、式中，其中ω，ζ均为可调节的权重，x1(k)为当前时刻主控制器的输入，s(k)为滑模面函数式。

20、进一步地，所述事件触发器的触发条件为：

21、

22、式中，σ为(0,1)的有界正数，de/dt(kh)是当前时刻的误差的变化率，[de/dt(kh-h)+....+de/dt(k-nh)]是当前时刻的前n个误差的变化率之和，n为可选正整数，n＜k，σ为可界正数，|| ||表示为范数。

23、本发明的有益效果：

24、本发明系统中的新型wtod协议由于加入预测机制，不仅具有降低了网络拥挤的发生的可能性并且减少了原来wtod协议的信号更新滞后性。在滑模主控制器部分，设计出了一种能使本系统稳定的滑模面，并使用滑模趋近律将系统驱使入滑模面并使系统在接下来的时间内稳定运行在所设定的滑模面内，还可以通过调节滑模趋近律中指数趋近项和等速趋近项的参数来调节系统性能已达到实际需要的控制效果，并最终实现最为理想的控制效果。此外，将新型的事件触发器引入系统副控制器的输入端中，事件触发器用于依据当前时刻接收到的系统参考信号和主控制器输出信号之间的误差信号，经过其内部的事件触发机制规则或触发函数来判断输出值，并通过事件触发器最新的输出值来决定接下来副控制器的输出值，可以减少主蒸汽温度的波动幅度，提高调节品质，同时可以减少调节阀门的调节次数，提高了使用寿命。

25、本发明中利用线性回归方程对这一类传感器的输出进行预测，并将这一部分预测出的结果并入到原协议中的输出中，很好地解决了传统wtod协议无法很好应用于火力发电厂的问题。

26、本发明的事件触发器通过当前误差与前n个误差的均值作对比，以此减少因为扰动出现某个突变信号的影响，基本可以消除这种突变信号的输出对系统的性能得到影响且减少控制阀的控制动作次数和动作幅度变小从而延长控制阀的使用寿命。

27、本发明滑模趋近律中加入了ω，ζ两个可调节的权重，可通过matlab中对系统进行仿真，设定不同ω，ζ值后得到了该值下系统的性能，通过与期望系统性能比对，可以获得最适合的ω和ζ的值。由于权重的设定使得系统具有可调性，可根据过程实际需要设定对系统进行调节。

技术特征：

1.一种火电厂滑模串级温度控制系统，其特征在于，包括：外环控制回路、内环控制回路；

2.一种火电厂滑模串级温度控制系统的控制方法，适用于如权利要求1所述的火电厂滑膜串级温度控制系统，其特征在于，包括：外环控制过程、内环控制过程；

3.如权利要求2所述的火电厂滑模串级温度控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤a2中，在将采集数据与其他传感器在主检测变送器中的缓存数据进行组合的过程中包括：对其他传感器在主检测变送器中的缓存数据先进行预测，同时用预测数据对对应的传感器在主检测变送器中的缓存数据进行更新。

4.如权利要求3所述的火电厂滑模串级温度控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤a2中，在将采集数据与其他传感器在主检测变送器中的缓存数据进行组合的过程中包括：对其他传感器类型进行分类，分类包括：采集线性变化数据的传感器、采集非线性变化数据的传感器，再对属于采集线性变化数据的传感器类别的传感器在主检测变送器中的缓存数据进行预测更新，同时用预测数据对对应的传感器在主检测变送器中的缓存数据进行更新。

5.如权利要求4所述的火电厂滑模串级温度控制系统的控制方法，其特征在于，所述组合后作的输出数据为：

6.如权利要求2所述的火电厂滑模串级温度控制系统的控制方法，其特征在于，所述滑模主控制器的滑模趋近率为：

7.如权利要求2所述的火电厂滑模串级温度控制系统的控制方法，其特征在于，所述事件触发器的触发条件为：

技术总结
本发明公开了一种火电厂滑模串级温度控制系统，外环控制回路包括：WTOD协议模块、主检测变送器、滑模主控制器、事件触发器；内环控制回路包括：PID副控制器、减温器、副检测变送器；主控温度对象的输出端与WTOD协议模块的输入端连接；WTOD协议模块的输出端与主检测变送器的输入端连接；主检测变送器的输出端与滑模主控制器的输入端连接；滑模主控制器的输出端与事件触发器的输入端连接；事件触发器的输出端与PID副控制器的输入端连接。本发明不仅有降低了网络拥挤的发生的可能性并且减少了原来WTOD协议的信号更新滞后性，并通过事件触发器可以减少主蒸汽温度的波动幅度，提高调节品质，同时可以减少调节阀门的调节次数，提高了使用寿命。

技术研发人员：杜昭平,李嘉荣,梁娜,薛文涛,叶辉,刘伟
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15