專利名稱：用于控制滯后－超前過程中一個(gè)可變超前參數(shù)與一個(gè)可調(diào)滯后參數(shù)之間比例的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法和系統(tǒng)，用來控制滯后-超前過程中一個(gè)可變超前參數(shù)與一個(gè)可調(diào)滯后參數(shù)之間的比例，并尤其涉及用于控制燃?xì)獍l(fā)電站中空氣/燃?xì)獗壤难b置，但并非僅涉及這類裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，一個(gè)燃?xì)獍l(fā)電站中的空氣/燃?xì)獗壤?AGR)應(yīng)該保持大致恒定，以達(dá)到發(fā)電站的最高燃燒效率。發(fā)電站中使用空氣/燃?xì)獗壤刂破髟谌細(xì)饬髁勘壤岣呋蚪档蜁r(shí)維持空氣/燃?xì)獗壤榱藢?shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，空氣/燃?xì)獗壤刂破鞅O(jiān)視燃?xì)饬髁勘壤⑾鄳?yīng)地調(diào)整空氣流量比例，這一般是通過調(diào)節(jié)供氣管線上的閥門來完成的。
已有的空氣/燃?xì)獗壤刂浦械囊粋€(gè)問題在于調(diào)節(jié)空氣流量比例以精確地匹配燃?xì)饬髁勘壤怯欣щy的。本發(fā)明的目標(biāo)在于提供一種改進(jìn)的方法和系統(tǒng)用于空氣/燃?xì)饪刂啤?br>
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供了一種用來控制滯后-超前過程中一個(gè)可變超前參數(shù)與一個(gè)可調(diào)滯后參數(shù)之間比例的方法，該方法包括監(jiān)視所述的超前參數(shù)并提供一個(gè)表示所述超前參數(shù)值的超前信號；監(jiān)視所述的滯后參數(shù)并提供一個(gè)表示所述滯后參數(shù)值的滯后信號；對比所述的超前及滯后信號并提供一個(gè)誤差信號，該信號表示所述超前與滯后參數(shù)的比例相對于一個(gè)預(yù)選比例的偏差；以及調(diào)整所述的滯后參數(shù)以便在所述偏差超過某個(gè)預(yù)定偏差值時(shí)減小這個(gè)偏差。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選方式中，將所述的誤差信號與一個(gè)預(yù)定的閾值進(jìn)行對比，并在所述的誤差信號超過所述的預(yù)定閾值的情況下調(diào)節(jié)所述的滯后參數(shù)。比較方便的做法是將誤差信號與一個(gè)誤差范圍進(jìn)行比較，該范圍由預(yù)定的第一上限閾值及第二下限閾值定義，并在所述的誤差信號落在所述誤差范圍之外時(shí)調(diào)節(jié)所述的滯后參數(shù)。
本發(fā)明還為一個(gè)過程提供一個(gè)控制系統(tǒng)以進(jìn)行滯后-超前控制，所述的過程中包含一個(gè)可變超前參數(shù)和一個(gè)可調(diào)滯后參數(shù)，該系統(tǒng)包括超前監(jiān)視裝置用于監(jiān)視所述的超前參數(shù)并提供一個(gè)表示所述超前參數(shù)值的超前信號；滯后監(jiān)視裝置用于監(jiān)視所述的滯后參數(shù)并提供一個(gè)表示所述滯后參數(shù)值的滯后信號；比較器裝置用于比較所述的超前與滯后信號并提供一個(gè)誤差信號，該信號表示了所述超前與滯后信號的比例相對于一個(gè)預(yù)定比例的偏差；以及調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)所述的滯后參數(shù)以便在所述的偏差超過一個(gè)預(yù)定偏差的情況下減小該偏差。
該系統(tǒng)最好還包括用來提供一個(gè)可以預(yù)先選定的閾值的閾值裝置以及用來比較所述的誤差信號與所述的可預(yù)先選定的閾值的比較器裝置。調(diào)節(jié)裝置能夠在所述的誤差信號超過所述的可預(yù)先選定的閾值的情況下調(diào)節(jié)所述的滯后參數(shù)。
所述的閾值裝置最好包括一個(gè)第一上限閾值裝置，用于提供第一上限預(yù)定閾值，還包括一個(gè)第二下限閾值裝置，用于提供第二下限預(yù)定閾值，從而定義一個(gè)誤差范圍；所述的比較器裝置可以用來比較所述的誤差信號與所述的上限及下限預(yù)定閾值；并且所述的調(diào)節(jié)裝置可以在所述的誤差信號落在所述的誤差范圍外的情況下調(diào)節(jié)所述的滯后參數(shù)。


現(xiàn)在將參照附圖，以實(shí)例的方式說明本發(fā)明，附圖中圖1示出了一個(gè)典型燃?xì)獍l(fā)電站的原理框圖；圖2示出了用于圖1發(fā)電站中的空氣/燃?xì)饪刂破鞯脑砜驁D；圖3示出了一個(gè)控制系統(tǒng)的原理框圖，該系統(tǒng)具有符合本發(fā)明一個(gè)方面特點(diǎn)的優(yōu)選形式的空氣/燃?xì)獗壤刂破鳎?
圖4示出了符合本發(fā)明另一個(gè)方面特點(diǎn)的優(yōu)選形式的空氣/燃?xì)獗壤刂破鞯脑砜驁D；圖5示出了圖4中控制器的一種改進(jìn)形式的原理框圖；圖6示出了一張圖表，顯示出閥門位置隨著所施加控制電壓而變化；圖7示出了一張圖表，顯示出圖6的閥門特性曲線的導(dǎo)數(shù)；以及圖8示出了一張圖表，顯示出閥門特性導(dǎo)數(shù)與整個(gè)無控制作用區(qū)內(nèi)的值之間的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
圖1中示出了一個(gè)典型的燃?xì)獍l(fā)電站10。發(fā)電站10包括3個(gè)主要部分一個(gè)溫度控制器12、一個(gè)空氣/燃?xì)獗壤刂葡到y(tǒng)20以及一個(gè)處在比如窯或是爐子41中的燃燒器40。
溫度控制器12能夠控制爐子41的溫度，或是按照一個(gè)預(yù)定的溫度表、或是通過允許用戶定義所需要的溫度表來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。舉例來說，要提高爐子的溫度時(shí)，控制器12就調(diào)節(jié)燃?xì)夤?yīng)管線上的閥門來提高供應(yīng)給燃燒器的燃?xì)饬髁勘壤?，而空?燃?xì)獗壤刂葡到y(tǒng)20就調(diào)節(jié)空氣流量比例以努力保持供應(yīng)給燃燒器的空氣及燃?xì)饬髁勘壤g的比例大致恒定。圖2中示出了一個(gè)空氣/燃?xì)獗壤刂葡到y(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)20包括一個(gè)連接到燃?xì)夤?yīng)管線24上的燃?xì)忾y22，用來改變沿線的燃?xì)饬髁勘壤?。一個(gè)燃?xì)饬鳒y量傳感器26被安置在燃?xì)忾y22的后面來監(jiān)視沿線的燃?xì)饬髁勘壤?。類似地，一個(gè)空氣閥28被安置在空氣供應(yīng)管線30中的某個(gè)點(diǎn)上來改變沿線的空氣流量比例，而一個(gè)空氣流測量傳感器被安置在空氣閥28的后面來監(jiān)視空氣管線沿線的空氣流量比例。
燃?xì)忾y22被連接來接收一個(gè)來自溫度控制器12的輸入信號以調(diào)節(jié)燃?xì)獾牧髁勘壤??？諝忾y28被連接來接收一個(gè)來自空氣/燃?xì)獗壤刂破?4的輸入信號以便根據(jù)燃?xì)饬髁勘壤{(diào)節(jié)空氣的流量比例?？諝?燃?xì)獗壤刂破?4接收來自燃?xì)饧翱諝鉁y量傳感器26、32的輸入信號，比較燃?xì)馀c空氣的流量比例，并調(diào)節(jié)空氣閥以維持所需要的空氣/燃?xì)獗壤?br> 可見，如果燃燒過程要以最高效率工作，那么空氣/燃?xì)獗壤刂破?4必須控制空氣閥盡可能緊密地跟隨燃?xì)忾y的變化。
這樣一種系統(tǒng)通常被稱為滯后-超前系統(tǒng)。在一個(gè)滯后-超前系統(tǒng)中，當(dāng)一個(gè)超前參數(shù)(燃?xì)饬髁勘壤?變化時(shí)，就調(diào)節(jié)一個(gè)滯后參數(shù)(本例中為空氣流量比例)來維持參數(shù)比例大致恒定。
空氣與燃?xì)獾牧髁勘壤煽諝?燃?xì)獗壤刂葡到y(tǒng)20的測量傳感器進(jìn)行監(jiān)視。這些傳感器最好按預(yù)定的采樣率對流量比例進(jìn)行采樣。超前參數(shù)(這里是燃?xì)饬髁勘壤?以及滯后參數(shù)(這里是空氣流量比例)在固定的時(shí)間間隔內(nèi)被采樣。對超前參數(shù)的采樣率通常要比對滯后參數(shù)的采樣率高，可以達(dá)到每20ms采樣一次。對滯后參數(shù)的采樣率會被調(diào)節(jié)來配合超前參數(shù)的采樣率，在本例中一般是120ms采樣一次。對滯后參數(shù)的典型采樣率范圍是100ms到500ms之間。在一個(gè)天然氣燃燒系統(tǒng)中，空氣/燃?xì)獗壤ǔＲ蟊槐３衷?0∶1的水平上，該比例被稱為理想燃?xì)馀浔取囟葏⒖夹盘栔械淖兓瘯饻囟瓤刂破?2調(diào)節(jié)燃?xì)忾y。這會改變?nèi)細(xì)饬髁勘壤?，并因此使得空?燃?xì)獗壤x期望值?？刂破?4監(jiān)視到燃?xì)饬髁勘壤械倪@種變化，并調(diào)節(jié)空氣閥28來把空氣/燃?xì)獗壤謴?fù)到期望值。
如果空氣/燃?xì)獗壤淖兓趯諝饧叭細(xì)饬鞯哪炒尾蓸又斜豢諝?燃?xì)獗壤刂破鳈z測到(也就是說空氣/燃?xì)獗壤x了期望值)，那么控制器將會向需要的方向(向它完全打開或是完全閉合的位置)移動(dòng)空氣閥，直到進(jìn)行下一次采樣為止。
然而，如果空氣/燃?xì)獗壤恼`差小于一個(gè)采樣間隔上(某個(gè)采樣時(shí)刻與下一個(gè)采樣時(shí)刻之間的時(shí)段)空氣閾移動(dòng)所引起的空氣/燃?xì)獗壤兓?，閥門就會超過期望位置從而就不能達(dá)到期望的空氣流量比例。在下一次采樣時(shí)，控制器34將會檢測到逆向誤差并向相反的方向移動(dòng)閥門，也就是說，如果先前的誤差導(dǎo)致閥門向它打開的位置移動(dòng)，那么控制器將會把閥門移向它關(guān)閉的位置，反之亦然。在采樣間隔期間閥門還是會在相反方向上被移動(dòng)的過遠(yuǎn)，并將停在它最初的位置上或是接近的地方，也就是最初響應(yīng)于所檢測到的空氣/燃?xì)獗壤械恼`差而被移動(dòng)離開的位置。這種對閥門的打開與關(guān)閉被稱為追蹤，只要空氣/燃?xì)獗壤械恼`差大致等于或小于空氣閥在一個(gè)采樣間隔上的移動(dòng)所引起的變化，這個(gè)過程就會重復(fù)進(jìn)行。因此空氣閥門與空氣流量比例就會在能夠?qū)崿F(xiàn)期望的空氣/燃?xì)獗壤乃街車袷帯＿@種振蕩被稱為極限環(huán)。
可見，如果空氣/燃?xì)獗壤械恼`差超過某個(gè)特定的閾值(由一個(gè)采樣間隔上空氣閥移動(dòng)所引起的空氣/燃?xì)獗壤兓x)，那么就不會出現(xiàn)極限環(huán)。但是，如果誤差低于閾值，那么就會出現(xiàn)極限環(huán)。對于具有線性特性的閥門而言，也就是表現(xiàn)出線性響應(yīng)的閥門，閾值在閥門的整個(gè)工作范圍內(nèi)都是恒定的。但是，許多電磁性的閥門會表現(xiàn)出非線性響應(yīng)，通過閥門的空氣流量比例會隨所施加的控制信號作非線性變化。因此，一個(gè)采樣間隔內(nèi)閥門向它完全打開或是完全關(guān)閉的位置移動(dòng)時(shí)，通過閥門的空氣流的變化會隨閥門在其工作范圍內(nèi)的位置不同而不同(圖6)。因此，所述的閾值在閥門的工作范圍內(nèi)也會變化，該閾值定義了區(qū)域值，低于它就會出現(xiàn)極限環(huán)。
由于驅(qū)動(dòng)閥門的馬達(dá)起到了一個(gè)積分器的作用，因此一個(gè)采樣間隔上的流量比例變化可以通過對閥門特性求微分來得到(圖7)。閥門特性的微分曲線表示在一個(gè)采樣間隔上閥門移動(dòng)了多少(因此也示出空氣流量比例將變化多少)，這取決于閥門在其工作范圍內(nèi)的初始位置。由于空氣/燃?xì)獗壤械恼`差可以是正值也可以是負(fù)值，因此為了確定閾值，有必要建立關(guān)于0值對稱的正負(fù)導(dǎo)數(shù)曲線。如圖8中所示，這有效地生成了一種“誤差包絡(luò)”，落入其中就會出現(xiàn)極限環(huán)。因此極限環(huán)會在下述條件下出現(xiàn)|∈(Ts，u)|＜|δ(u)| …(1)其中δ(u)是任意給定閥門位置(u)處閥門特性的導(dǎo)數(shù)，而2×δ(u)表示無控制作用區(qū)的值。
Ts是采樣時(shí)間；以及u是閥門位置。
反之，極限環(huán)在下述條件下不會出現(xiàn)|∈(Ts，u)|≥|δ(u)| …(2)為了減少或基本消除空氣/燃?xì)獗壤刂破髦械臉O限環(huán)，就要保證當(dāng)誤差落在閥門誤差包絡(luò)之內(nèi)時(shí)不調(diào)節(jié)空氣閥，換句話說就是在滿足方程1的時(shí)候(不調(diào)節(jié)空氣閥)。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方式中，通過運(yùn)用一種所謂的“無控制作用區(qū)”來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，如下所述。
圖3示出了控制系統(tǒng)90的一部分的原理框圖，該系統(tǒng)中包括一種優(yōu)選形式的空氣/燃?xì)獗壤刂破?00。控制器100含有一個(gè)第一比較器102，它被連接來接收兩個(gè)輸入信號，第一個(gè)來自燃?xì)饬鱾鞲衅?6，該傳感器連接到比較器102的非倒相輸入端，第二個(gè)來自空氣流傳感器32，該傳感器連接到倒相輸入端。第一比較器102的一個(gè)輸出被連接到一個(gè)第二比較器104的非倒相輸入端和一個(gè)第三比較器106的倒相輸入端。
正負(fù)固定閾值電路108、110分別被連接到第二和第三比較器104、106的非倒相輸入端及倒相輸入端上，它們的作用將在下面說明。第二和第三比較器104、106的輸出端分別連接到相應(yīng)的運(yùn)算放大器112、114。各個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端分別被連接到相應(yīng)的繼電器116、118，這些繼電器驅(qū)動(dòng)空氣閥28移動(dòng)。
在燃?xì)獍l(fā)電站10工作期間，供應(yīng)給燃燒器40的燃?xì)馀c空氣的流量比例都由流量比例傳感器26、32測量，它們各生成一個(gè)分別對應(yīng)于兩個(gè)流量比例的信號Sg和Sa并將信號發(fā)送給空氣/燃?xì)獗壤刂破?00。
燃?xì)饬餍盘朣g和空氣流信號Sa被送入第一比較器102，燃?xì)饬餍盘朣g送入非倒相輸入端而空氣流信號Sa送入倒相輸入端。比較器102對比兩個(gè)信號并生成一個(gè)誤差信號ε作為比較結(jié)果的函數(shù)。
誤差信號ε表示傳感器32測得的實(shí)際空氣流與要和當(dāng)前燃?xì)饬髁勘壤餐a(chǎn)生理想燃?xì)馀浔人璧目諝饬髦g的差。因?yàn)樵谝环N理想燃?xì)馀浔认聜鞲衅?2所生成的空氣信號Sa的幅度比燃?xì)鈧鞲衅?6所生成的燃?xì)庑盘朣g大10倍(也就是說空氣流量比例的大小比燃?xì)饬髁勘壤?0倍)，因此對于一種理想燃?xì)馀浔榷钥諝庑盘朣a的值應(yīng)被調(diào)節(jié)到與燃?xì)庑盘朣g相同的電平上。這可以通過空氣流傳感器32中一個(gè)簡單的分壓器來實(shí)現(xiàn)。
誤差信號ε被送入第二比較器104的非倒相輸入端及第三比較器106的倒相輸入端，各個(gè)比較器將誤差信號ε與固定正負(fù)閾值分別進(jìn)行比較，這些固定閾值是正負(fù)閾值電路108、110生成的。
如果誤差信號值大于或等于正閾值，那么比較器104通過第一運(yùn)算放大器112向第一繼電器116施加一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號，該信號驅(qū)動(dòng)空氣閥28向第一方向、也就是向完全關(guān)閉的位置移動(dòng)。類似地，如果誤差信號值小于或等于負(fù)閾值，那么比較器106通過第二運(yùn)算放大器114向第二繼電器116施加一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號，該信號驅(qū)動(dòng)空氣閥28向反方向、也就是向它完全打開的位置移動(dòng)。
但是，如果誤差信號小于正閾值且大于負(fù)閾值，那么第二及第三比較器就不受影響，空氣閥也不會被調(diào)節(jié)。
閾值電路108、110設(shè)定一個(gè)誤差信號范圍，在該范圍內(nèi)控制器100不會采取校正行動(dòng)。因此，如果為了提高或降低燃燒器40的溫度而改變?nèi)細(xì)饬髁勘壤?，就會?dǎo)致偏離了期望值的空氣/燃?xì)獗壤＿@就會使得比較器102生成一個(gè)誤差信號，該誤差信號表示實(shí)際空氣/燃?xì)獗壤c期望空氣/燃?xì)獗壤g的偏差。因此可以理解，如果恢復(fù)空氣/燃?xì)獗壤狡谕剿枰目諝饬髁勘壤兓∮陂撝惦娐?08、110設(shè)定的誤差信號范圍所代表的變化，那么誤差信號ε就將落在該范圍內(nèi)，并且空氣閥28將保持不動(dòng)。該誤差實(shí)際上被視作0，而空氣閥也未被調(diào)節(jié)。閾值電路108、110所設(shè)定的閾值范圍被稱為“無控制作用區(qū)”。在實(shí)際應(yīng)用中，這樣做可以減少空氣流中極限環(huán)的出現(xiàn)，并使得期望的空氣/燃?xì)獗壤鼙槐３值馗咏?br> 無控制作用區(qū)的值影響空氣/燃?xì)獗壤刂破?00的性能，該控制器又會影響燃?xì)獍l(fā)電站的效率。所以為無控制作用區(qū)選擇合適的值很重要。無控制作用區(qū)的值選的高，極限環(huán)振蕩就會減少，但是控制空氣閥以提供期望的空氣/燃?xì)獗壤目刂凭染蜁档汀７粗?，較低的閾值提供較高的精度，但卻增加了極限環(huán)的出現(xiàn)。所以最好是能在不引起極限環(huán)的情況下使得無控制作用區(qū)盡可能小。
從上述描述明顯可見，如果無控制作用區(qū)值所表示的空氣流量比例變化稍大于空氣閥在一個(gè)采樣間隔上的移動(dòng)所引起的空氣流量比例變化，那么就可以在不引起極限環(huán)的情況下調(diào)整閥門。因此對于具有線性特性的閥門就可以使用恒定的無控制作用區(qū)值。然而，對于具有如圖8所示誤差包絡(luò)的非線性閥門來說，使用恒定的無控制作用區(qū)值就是不合適的，因?yàn)榧词估昧藷o控制作用區(qū)，在閥門工作范圍的某些部分內(nèi)還是會出現(xiàn)極限環(huán)。
一種解決方法是根據(jù)閥門在工作范圍上的閥門特性改變無控制作用區(qū)的值。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對于一個(gè)給定的閥門位置來說最優(yōu)的無控制作用區(qū)值等于該位置上閥門特性的導(dǎo)數(shù)值的兩倍。由于無控制作用區(qū)以0值為中心對稱，所以無控制作用區(qū)的上下限閾值(由正負(fù)閾值電路108、110設(shè)定)分別對應(yīng)于閥門特性的正負(fù)導(dǎo)數(shù)曲線。因此，無控制作用區(qū)被選擇來準(zhǔn)確地反映閥門的誤差包絡(luò)?？刂破鲗⒃谙率鰲l件下調(diào)節(jié)空氣閥門|∈(Ts,u)|≥|D(u)|2]]>其中D(u)＝δ(u)并且表示了由某個(gè)給定閥門位置(u)處的誤差包絡(luò)定義的無控制作用區(qū)值，在該位置所處的區(qū)域內(nèi)，即使不存在無控制作用區(qū)，也不會出現(xiàn)極限環(huán)，因?yàn)樵搮^(qū)域內(nèi)的誤差值大于或等于一個(gè)采樣間隔上對閥門的調(diào)節(jié)所引起的流量比例變化。反之，控制器在下述條件下不會調(diào)節(jié)空氣閥門|∈(Ts,u)|<|D(u)|2]]>在這種情況下，誤差會落在無控制作用區(qū)內(nèi)，在該區(qū)域內(nèi)，如果調(diào)解了空氣閥門而又沒有無控制作用區(qū)的話，就會出現(xiàn)極限環(huán)。
一種解決方法是根據(jù)閥門在工作范圍內(nèi)的閥門特性來改變無控制作用區(qū)的值。
圖4示出了空氣/燃?xì)獗壤刂破?00的第二種實(shí)施方式，它是控制系統(tǒng)190的一部分。在圖3、4、5中，相似的標(biāo)號代表類似的部件。可見，控制器200在形式上與圖3的控制器100相似，但用可變閾值電路208、210代替了固定閾值電路，所述的可變閾值電路中各包含一張查找表?？勺冮撝惦娐?08、210被連接來接收一個(gè)來自空氣閥門位置傳感器222又經(jīng)過了運(yùn)算放大器220的信號。閥門位置傳感器222可以是這樣一種形式它只是監(jiān)視被施加到閥門上以驅(qū)動(dòng)閥門在它打開和關(guān)閉位置之間移動(dòng)的電壓。
在控制系統(tǒng)投入工作之前，先要測量空氣閥門的特性曲線并確定圖7中所示的導(dǎo)數(shù)曲線以便能夠提供圖8中所示的誤差包絡(luò)。然后從圖8的誤差包絡(luò)中取出多個(gè)不同的閾值或電平，對于每個(gè)選定的閥門位置要取出正值負(fù)值各一個(gè)。正值被儲存在閾值電路208的查找表中，負(fù)值則被儲存在閾值電路210的查找表中。
在工作過程中，當(dāng)閥門位置改變時(shí)，要根據(jù)來自空氣閥門位置傳感器的位置信號來選取查找表中的閾值，誤差信號要與該閾值進(jìn)行比較。
這樣，各個(gè)可變閾值電路208、210所生成的值就是空氣閥門28的位置的函數(shù)，從而也就是空氣流量比例的函數(shù)。當(dāng)空氣閥門的位置改變時(shí)，在各個(gè)采樣間隔期間出現(xiàn)的空氣流量比例變化也會改變?？諝忾y門特性被有效地儲存在各個(gè)閾值電路208、210的查找表中。從而查找表就能給出指定閥門位置上的特性，從而確定該位置上的無控制作用區(qū)值。這樣，無控制作用區(qū)就會根據(jù)空氣閥門28的瞬時(shí)位置而變化。
就像在前面的實(shí)施例中那樣，如果比較器202計(jì)算得出的誤差信號ε落在瞬時(shí)正負(fù)閾值所定義的范圍之內(nèi)，那么該誤差就被視作0并且不會對空氣閥門28做出修正動(dòng)作，所述的正負(fù)閾值是由閾值電路208、210生成的。而如果誤差值落在誤差包絡(luò)上或是包絡(luò)之外，那么就如前所述調(diào)節(jié)空氣閥門28。
由于無控制作用區(qū)值總是大于空氣閥門在一個(gè)采樣間隔上的移動(dòng)所引起的空氣流量比例變化，這樣就把極限環(huán)的出現(xiàn)降到了最低程度。另外，空氣/燃?xì)獗壤刂破?00的精度也得到了提升。由于空氣/燃?xì)獗壤痪S持在最佳水平，這樣就使得燃?xì)獍l(fā)電站的燃燒效率得到了顯著的改善。
很明顯，可以對本發(fā)明進(jìn)行多種不同的變化與改進(jìn)。
本發(fā)明可以被如此改進(jìn)，使得空氣閥門28的移動(dòng)被連續(xù)監(jiān)視以確定閥門的特性是否會由于比如磨損而改變。如果閥門特性發(fā)生了變化，該信息會被發(fā)送給可變閾值電路以便修正各個(gè)閥門位置上的無控制作用區(qū)值。圖5中示出了對本發(fā)明做出這樣一種改進(jìn)的例子，其中相似的標(biāo)號代表了類似的部件。
在圖5中，驅(qū)動(dòng)閥門向其完全關(guān)閉位置移動(dòng)的繼電器之一，本例中為繼電器116，被連接到多路復(fù)用器300的一個(gè)輸入端上。空氣流量比例傳感器32的輸出端與閥門位置傳感器222的輸出端也連接到多路復(fù)用器300上。
多路復(fù)用器300的輸出端連接到參數(shù)估計(jì)器302上，而參數(shù)估計(jì)器的輸出又連接到可變閾值電路208、210上。
參數(shù)估計(jì)器302可以是一個(gè)運(yùn)行比如MATLAB的微處理器。
在控制系統(tǒng)投入工作之前，先要測量空氣閥門的特性，并將圖6中所示的響應(yīng)曲線儲存到參數(shù)估計(jì)器302的存儲器中。這可以通過將閥門從完全打開或完全關(guān)閉的位置移動(dòng)到另一端并監(jiān)視來自閥門位置傳感器222及空氣流量比例傳感器32的信號來實(shí)現(xiàn)，所檢測到的信號被作為連續(xù)變化的值或是離散的值儲存在參數(shù)估計(jì)器302中。
當(dāng)繼電器116被驅(qū)動(dòng)來向完全關(guān)閉的位置移動(dòng)空氣流閥門28時(shí)，參數(shù)估計(jì)器302也同時(shí)被啟動(dòng)。在閥門28關(guān)閉期間，參數(shù)估計(jì)器302處理空氣流量比例與位置傳感器32、222的輸出信號，并將所檢測到的流量比例與先前儲存的流量比例進(jìn)行比較。如果檢測到的流量比例與先前儲存的流量比例之間有偏差，這就說明比如閥門結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了磨損。接著參數(shù)估計(jì)器302就會調(diào)整閾值電路208、210的查找表中的閾值，這些電路涉及所檢測到的閥門位置，從而考慮已經(jīng)出現(xiàn)的閥門特性的變化。可以理解，閥門向它完全打開的位置上的移動(dòng)也同樣可以被利用來更新查找表以便考慮磨損現(xiàn)象，在這種情況下，估計(jì)器302是由繼電器118啟動(dòng)的。
盡管上面的說明都是關(guān)于一種滯后-超前控制系統(tǒng)的，在該系統(tǒng)中超前參數(shù)是燃?xì)饬髁勘壤鴾髤?shù)是空氣流量比例，但可以理解，本發(fā)明同樣能應(yīng)用于超前參數(shù)是空氣流量比例而滯后參數(shù)是燃?xì)饬髁勘壤南到y(tǒng)，或是任何其他滯后-超前系統(tǒng)中。
同樣也可以理解，盡管這里說明的是本發(fā)明與空氣/燃?xì)獍l(fā)電站或燃爐相關(guān)的優(yōu)選實(shí)施方式，但本發(fā)明也同樣能夠應(yīng)用在用于控制兩種流體比例的滯后-超前控制系統(tǒng)中，其中所述的流體可以是氣態(tài)或是液態(tài)的。
權(quán)利要求
1.控制滯后-超前過程中一個(gè)可變超前參數(shù)與一個(gè)可調(diào)滯后參數(shù)之間比例的一種方法，該方法包括監(jiān)視所述的超前參數(shù)并提供一個(gè)表示所述超前參數(shù)值的超前信號；監(jiān)視所述的滯后參數(shù)并提供一個(gè)表示所述滯后參數(shù)值的滯后信號；比較所述的超前與滯后信號并提供一個(gè)誤差信號，該誤差信號表示所述超前與滯后參數(shù)的比例相對于一個(gè)預(yù)定比例的偏差；以及調(diào)節(jié)所述的滯后參數(shù)以便在所述的偏差超過一個(gè)預(yù)定偏差的情況下減小所述的偏差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括將所述的誤差信號與一個(gè)預(yù)定的閾值進(jìn)行比較，并在所述的誤差信號超過所述預(yù)定閾值的情況下調(diào)節(jié)所述的滯后參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，包括將所述的誤差信號與一個(gè)誤差范圍進(jìn)行比較，該誤差范圍由一個(gè)第一上限預(yù)定閾值與一個(gè)第二下限預(yù)定閾值定義，并在所述的誤差信號落在所述的誤差范圍之外的情況下調(diào)節(jié)所述的滯后參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，包括當(dāng)所述的誤差信號在所述誤差范圍之上時(shí)調(diào)節(jié)所述的滯后參數(shù)以減小所述比例；以及當(dāng)所述的誤差信號在所述誤差范圍之下時(shí)調(diào)節(jié)所述的滯后參數(shù)以提高所述比例。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述的第一上限預(yù)定閾值是一個(gè)正值，而所述的第二下限預(yù)定閾值是一個(gè)負(fù)值；一個(gè)正誤差信號表示所述比例相對所述預(yù)定比例是增加的，而一個(gè)負(fù)誤差信號表示所述比例相對所述預(yù)定比例是減小的；并且該方法包括當(dāng)所述誤差信號為正而且超過了所述的第一上限預(yù)定閾值時(shí)，調(diào)節(jié)所述的滯后參數(shù)以減小所述比例；以及當(dāng)所述誤差信號為負(fù)而且超過了所述的第二下限預(yù)定閾值時(shí)，調(diào)節(jié)所述的滯后參數(shù)以提高所述比例。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5中任意一條所述的方法，其中所述一個(gè)或每個(gè)閾值都是一個(gè)固定的值。
7.根據(jù)權(quán)利要求2-5中任意一條所述的方法，其中所述一個(gè)或每個(gè)閾值都是所述的滯后參數(shù)值的函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中比較所述誤差信號與所述一個(gè)或每個(gè)閾值的步驟包括，根據(jù)所述滯后參數(shù)的值調(diào)節(jié)所述閾值并將所述誤差信號與經(jīng)調(diào)節(jié)的閾值進(jìn)行比較。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，包括提供一張查找表，用來儲存多個(gè)閾值；以及調(diào)節(jié)所述閾值的步驟包括根據(jù)所述滯后參數(shù)的值選取所述多個(gè)閾值中的一個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述一個(gè)或每個(gè)閾值包括多個(gè)閾電平；以及比較所述誤差信號與所述一個(gè)或每個(gè)閾值的步驟包括根據(jù)所述滯后參數(shù)的值為所述閾值選取一個(gè)閾電平，并將所述的誤差信號與所述被選取的閾電平進(jìn)行比較。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，包括提供一張查找表，用來儲存所述的多個(gè)閾電平；以及調(diào)節(jié)所述閾值的步驟包括根據(jù)所述滯后參數(shù)的值選取所述多個(gè)閾電平中的一個(gè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任意一條所述的方法，其中所述的超前與滯后參數(shù)是所述工業(yè)過程中的超前與滯后流體流量比例；并且所述的方法包括提供滯后閥門用于控制所述滯后流體的流動(dòng)；在所述閥門裝置打開或關(guān)閉期間，監(jiān)視所述滯后閥門的位置；在所述閥門裝置打開或關(guān)閉期間，監(jiān)視所述滯后流體的流量比例；比較所述閥門裝置位置的變化與所述滯后流體流量比例的變化；以及當(dāng)所述的比較步驟指示所述閥門裝置的特性發(fā)生了變化時(shí)，調(diào)節(jié)所述的閾值。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，當(dāng)權(quán)利要求12從屬于權(quán)利要求9或11時(shí)，其中調(diào)節(jié)所述閾值的步驟包括調(diào)節(jié)所述查找表中的閾值或閾電平。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任意一條所述的方法，其中所述的超前參數(shù)是一種燃?xì)獾牧髁勘壤?；所述的滯后參?shù)是空氣的流量比例；所述的過程是一個(gè)燃燒過程。
15.用來提供對一個(gè)過程的超前-滯后控制的控制系統(tǒng)(34)，所述過程含有一個(gè)可變的超前參數(shù)與一個(gè)可調(diào)的滯后參數(shù)，該系統(tǒng)包括超前監(jiān)視裝置(26)，用來監(jiān)視所述的超前參數(shù)并提供一個(gè)表示所述超前參數(shù)值的超前信號；滯后監(jiān)視裝置(32)，用來監(jiān)視所述的滯后參數(shù)并提供一個(gè)表示所述滯后參數(shù)值的滯后信號；比較器裝置(102)，用來比較所述的超前與滯后信號并提供一個(gè)誤差信號，該誤差信號表示所述超前與滯后參數(shù)的比例相對于一個(gè)預(yù)定比例的偏差；以及調(diào)節(jié)裝置(116、118)，用來調(diào)節(jié)所述的滯后參數(shù)以便在所述的偏差超過一個(gè)預(yù)定偏差的情況下，減小所述的偏差。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的控制系統(tǒng)，還包括閾值裝置(108、110)，用來提供一個(gè)可預(yù)先選定的閾值；比較器裝置(104、106)，用來比較所述的誤差信號與所述可預(yù)先選定的閾值；以及其中所述的調(diào)節(jié)裝置(116、118)可以在所述的誤差信號超過了所述的可預(yù)先選定的閾值的情況下調(diào)節(jié)所述的滯后參數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的控制系統(tǒng)，其中所述的閾值裝置包括一個(gè)第一上限閾值裝置(108)，用來提供一個(gè)第一上限預(yù)定閾值，以及一個(gè)第二下限閾值裝置(110)，用來提供一個(gè)第二下限預(yù)定閾值，從而定義一個(gè)誤差范圍；所述的比較器裝置(104、106)能夠?qū)⑺龅恼`差信號與所述的上限及下限預(yù)定閾值進(jìn)行比較；并且所述的調(diào)節(jié)裝置(116、118)能夠在所述誤差信號落在所述誤差范圍之外時(shí)調(diào)節(jié)所述的滯后參數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的控制系統(tǒng)，其中所述的調(diào)節(jié)裝置(116，118)能夠在所述誤差信號處在誤差范圍之上時(shí)調(diào)節(jié)所述滯后參數(shù)以降低所述比例，并在所述誤差信號處在誤差范圍之下時(shí)調(diào)節(jié)所述滯后參數(shù)以提高所述比例。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的控制系統(tǒng)，其中所述的第一上限預(yù)定閾值是一個(gè)正值，而所述的第二下限預(yù)定閾值是一個(gè)負(fù)值；一個(gè)正誤差信號表示所述比例相對于所述預(yù)定比例偏高，而一個(gè)負(fù)誤差信號表示所述比例相對于所述預(yù)定比例偏低；并且所述的調(diào)節(jié)裝置(116、118)能夠在所述誤差信號為正且超過了所述的第一上限預(yù)定閾值時(shí)減小所述的比例，并在所述誤差信號為負(fù)且超過了所述的第二下限預(yù)定閾值時(shí)提高所述的比例。
20.根據(jù)權(quán)利要求16-19中任意一條所述的控制系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或每個(gè)閾值都是一個(gè)固定的值。
21.根據(jù)權(quán)利要求16-19中任意一條所述的控制系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或每個(gè)閾值都是所述滯后參數(shù)值的函數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的控制系統(tǒng)，還包括調(diào)節(jié)裝置(222)，用來根據(jù)所述滯后參數(shù)的值調(diào)節(jié)所述的閾值，并且其中所述的比較器裝置(104、106)能夠比較所述的誤差信號與所述經(jīng)調(diào)節(jié)的閾值。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的控制系統(tǒng)，其中所述的閾值裝置包括一張查找表(208、210)，用來儲存多個(gè)閾值；并且所述的閾值調(diào)節(jié)裝置(222)能夠根據(jù)所述滯后參數(shù)的值選取所述多個(gè)閾值中的一個(gè)，以調(diào)節(jié)所述的閾值。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的控制系統(tǒng)，還包括調(diào)節(jié)裝置(222)，用來根據(jù)所述滯后參數(shù)的值調(diào)節(jié)所述的閾值；并且其中所述一個(gè)或每個(gè)閾值包括多個(gè)閾電平；所述的閾值調(diào)節(jié)裝置(222)能夠根據(jù)所述滯后參數(shù)的值選取所述多個(gè)閾電平中的一個(gè)，以調(diào)節(jié)所述的閾值；并且所述的比較器裝置(104、106)能夠比較所述的誤差信號與所述選定的閾電平。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的控制系統(tǒng)，其中所述的閾值裝置包括一張查找表(208、210)，用來儲存多個(gè)閾值；并且所述的閾值調(diào)節(jié)裝置(222)能夠根據(jù)所述滯后參數(shù)的值選取所述多個(gè)閾值中的一個(gè)，以調(diào)節(jié)所述的閾值。
26.根據(jù)權(quán)利要求15-25中任意一條所述的控制系統(tǒng)，其中所述的超前與滯后參數(shù)是所述過程的超前與滯后流體流量比例；并且所述的控制系統(tǒng)包括滯后閥門裝置(28)，用來控制所述滯后流體的流動(dòng)；位置監(jiān)視裝置(322)，用來在所述滯后閥門裝置打開與關(guān)閉期間監(jiān)視所述滯后閥門裝置(28)的位置，并提供一個(gè)表示該位置的位置信號；其中所述的滯后監(jiān)視裝置(32)能夠在所述滯后閥門裝置(28)打開或關(guān)閉期間監(jiān)視所述滯后流體的流量比例并提供一個(gè)表示了該流量比例的流量比例信號；并且所述的控制系統(tǒng)還包括存儲裝置(302)，用來儲存所述位置及流量比例信號的采樣值，所述采樣值表示了所述滯后閥門裝置的預(yù)選特性；第二比較器裝置(302)，用來把所述滯后閥門裝置移動(dòng)期間的所述滯后閥門裝置(28)的閥門位置、滯后流體流量比例與儲存的值進(jìn)行比較；以及第二調(diào)節(jié)裝置(302)，用來在所述的比較過程指示所述滯后閥門裝置(28)的特性發(fā)生了變化時(shí)調(diào)節(jié)所述閾值。
27.根據(jù)權(quán)利要求15-25中任意一條所述的控制系統(tǒng)，其中所述的超前與滯后參數(shù)是所述過程中的超前與滯后流體流量比例；并且所述的控制系統(tǒng)包括滯后閥門裝置(28)，用來控制所述滯后流體的流動(dòng)；位置監(jiān)視裝置(322)，用來在所述滯后閥門裝置打開與關(guān)閉期間監(jiān)視所述滯后閥門裝置(28)的位置，并提供一個(gè)表示該位置的位置信號；其中所述的滯后監(jiān)視裝置(32)能夠在所述滯后閥門裝置(28)打開或關(guān)閉期間監(jiān)視所述滯后流體的流量比例并提供一個(gè)表示了該流量比例的流量比例信號；并且所述的控制系統(tǒng)還包括存儲裝置(302)，用來儲存所述位置及流量比例信號的采樣值，所述采樣值表示了所述滯后閥門裝置的預(yù)定特性；第二比較器裝置(302)，用來把所述閥門裝置移動(dòng)期間的滯后流體流量比例與儲存的值進(jìn)行比較，該儲存值對應(yīng)于所述滯后閥門裝置被監(jiān)視到的位置；以及第二調(diào)節(jié)裝置(302)，用來在所述的比較過程指示所述閥門裝置(28)的特性發(fā)生了變化時(shí)調(diào)節(jié)所述的閾值。
28.根據(jù)權(quán)利要求15-27中任意一條所述的控制系統(tǒng)，其中所述的超前參數(shù)是一種燃?xì)獾牧髁勘壤?；所述的滯后參?shù)是空氣的流量比例；所述的過程是一個(gè)燃燒過程。
全文摘要
在滯后－超前燃?xì)獍l(fā)電站里用來控制空氣/燃?xì)獗壤姆椒跋到y(tǒng)中，超前及滯后參數(shù)都受到監(jiān)視以提供表示了這些參數(shù)值的超前與滯后信號。對這些信號進(jìn)行比較以提供一個(gè)誤差信號，該誤差信號表示了超前與滯后參數(shù)的比例相對于一個(gè)預(yù)定比例的偏差。當(dāng)偏差超過一個(gè)預(yù)定偏差時(shí)，就調(diào)節(jié)滯后參數(shù)來減小偏差。
文檔編號F23N5/18GK1474965SQ0181883
公開日2004年2月11日 申請日期2001年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月14日
發(fā)明者基思·J·布恩漢姆, 基思 J 布恩漢姆, P 格蘭特, 馬庫斯·P·格蘭特 申請人:考文垂大學(xué)