[发明专利]一种DCS控制方法及SMITH控制器

说明书

技术领域

本发明属于电力生产过程控制技术领域，涉及一种DCS控制方法及SMITH控制器。

背景技术

火力发电厂生产运行的控制过程中存在许多调节滞后问题，由于调节存在纯滞后使得被控制量不能够及时反映系统所承受的扰动，即使测量信号到达控制器，调节机构接受信号后发出的动作指令，也需要经过纯滞后时间τ后才能波及到被控制量。纯滞后问题导致控制过程产生明显的超调量和延长过渡过程时间，使过渡过程变坏，影响系统的稳定性。预估器是常用的补偿控制器，能够较好地解决纯滞后对被控系统的影响，其中SMITH预估控制是一种结构简单有效的控制方法，理论上能够克服系统大滞后、大惯性，广泛应用于工业控制过程。该方法基本设计核心是将被控对象的动态特性分解为一个纯迟延环节和一个惯性环节，将2个环节串联构成一个SMITH的预估模型，并利用控制结构将纯延迟环节进行分离。

火力发电厂的控制大多采用分散控制系统（DCS）实现，在很多DCS系统中没有纯延迟环节，因此常规SMITH控制的结构在DCS中无法实现。SMITH控制器对预估模型的要求很高，即                                                一定要非常接近实际被控对象的传递函数，而很多火电厂控制对象的模型都是时变的，与机组负荷相关，如果模型失配较大，SMITH预估控制效果会变得非常差，因此SMITH控制难以在DCS上推广应用。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种DCS控制方法，利用被控对象的传递函数模型进行DCS组态，减少和消除发电厂控制过程的滞后问题，提高生产运行控制的稳定性。本发明的另一目的是提供一种DCS控制的SMITH控制器。

本发明DCS控制方法，控制步骤如下：

⑴进行阶跃响应试验，对被控对象以一阶惯性环节加纯迟延结构进行模型辨识，确定被控对象的传递函数模型：；

式中：

为控制器传递函数；T为被控对象惯性时间常数，T=t₃-t₂；s 为微分控制算子；为纯延迟环节部分，其中：τ为被控对象纯延迟时间常数，τ=t₂-t₁；k为被控对象比例系数，，其中：Δu为执行机构阶跃幅度；Δy为被调量最终稳态变化量；t1为执行机构阶跃动作时间点；t2为被调量发生响应时间点；t3为被调量响应达到0.632Δy的时间点；

⑵利用步骤⑴被控对象的传递函数模型及对应的参数模块和函数器，进行DCS组态；

⑶利用被控对象的传递函数,分别计算出100%、75%、50%机组负荷工况下的参数。参数包括：被控对象比例系数k, 被控对象惯性时间常数T和被控对象纯延迟时间常数τ；

⑷向组态图函数器输入步骤⑶计算出的参数；

⑸将组态安装在所应用系统的DCS控制器。

对负荷为两点之间的数值采用内插法求得。应用系统为发电厂主蒸汽温度、再生蒸汽温度和主蒸汽压力。

本发明DCS控制的SMITH控制器，包括被调量实际值模块、1号减法模块7、2号减法模块、PID控制器、执行器M/A站0、执行器输出模块、过程量模块和设定值模块。被调量实际值模块和设定值模块与一号减法器电连接，1号减法模块、2号减法模块、PID控制器、执行器M/A站和执行器输出模块依次电连接。控制器还设有比例系数修整函数器、乘法器、3号减法模块、多阶惯性时间常函数器、纯延迟时间函数器、1号一阶惯性环节、2号一阶惯性环节、3号一阶惯性环节、4号一阶惯性环节、5号一阶惯性环节和6号一阶惯性环节。过程量模块分别与比例系数修整函数器、多阶惯性时间常函数器和纯延迟时间函数器电连接。比例系数修整函数器通过乘法器、3号减法模块与1减法模块电连接。多阶惯性时间常函数器分别与1号一阶惯性环节、2号一阶惯性环节、3号一阶惯性环节、4号一阶惯性环节和5号一阶惯性环节连接。1号一阶惯性环节、2号一阶惯性环节、3号一阶惯性环节、4号一阶惯性环节和5号一阶惯性环节相互连通，纯延迟时间函数器通过6号一阶惯性环节与执行器输出模块连接。 5号一阶惯性环节与1号一阶惯性环节相互连通，1号一阶惯性环节与乘法器相互连通。