本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)控制領(lǐng)域，具體涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

應(yīng)用于電廠的重型燃?xì)廨啓C(jī)其控制手段主要包括燃料量和空氣流量，主要為燃料量的控制，由于在燃機(jī)運(yùn)行的不同階段控制目標(biāo)不同，主流的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)一般都采用最小值選擇的方式選擇不同的控制方案來實(shí)現(xiàn)不同的控制目標(biāo)，除啟動(dòng)及停機(jī)外其他的控制方式都為閉環(huán)PID控制，如圖1所示為現(xiàn)有的PID控制的結(jié)構(gòu)框圖，由圖1易知下述的關(guān)系式：

$\frac{Y\left(s\right)}{R\left(s\right)}=\frac{G_c{G}_p}{1+G_c{G}_p},$

$\frac{Y\left(s\right)}{D\left(s\right)}=\frac{G_p}{1+G_c{G}_p},$

$\frac{Y\left(s\right)}{N\left(s\right)}=-\frac{G_c{G}_p}{1+G_c{G}_p},$

其中為控制器，K_p為控制器的比例作用系數(shù)，T_i為控制器的積分時(shí)間常數(shù)，T_d為控制器的為微分時(shí)間常數(shù)，N(s)為噪聲，D(s)為干擾，Y(s)為輸出，R(s)為參考輸入，G_p為被控制對象(根據(jù)PI控制器輸出的燃料量來控制燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，比如轉(zhuǎn)子速度，或者透平的排氣溫度，或者壓氣機(jī)壓比等)。為了防止噪聲、擾動(dòng)等的作用使得操作量產(chǎn)生尖脈沖，各個(gè)控制方式都去掉了微分控制即D控制，即實(shí)際的控制方式包括轉(zhuǎn)速PI控制、溫度PI 控制、壓比PI控制等等。

這種控制方式使得擾動(dòng)與輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)、噪聲與輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)、參考輸入與輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)都只與前向通道中的控制器的傳遞函數(shù)相關(guān)，是一種一自由度的控制方法，所以當(dāng)參考輸入變化或者出現(xiàn)擾動(dòng)或者噪聲時(shí)，輸出都會(huì)根據(jù)前向通道的控制器相應(yīng)變化，這是不利于調(diào)節(jié)的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種基于二自由度PID控制器的燃?xì)廨啓C(jī)控制方法及系統(tǒng)，能夠分開調(diào)節(jié)輸出對參考輸入及輸出對噪聲及干擾的控制器參數(shù)，使得輸出對參考輸入具有更好的跟蹤性，輸出對擾動(dòng)及噪聲的影響具有更好的穩(wěn)定性。

為此目的，本發(fā)明提出一種燃?xì)廨啓C(jī)控制方法，包括：

獲取燃?xì)廨啓C(jī)的狀態(tài)參數(shù)基準(zhǔn)和實(shí)際的狀態(tài)參數(shù)；

將所述狀態(tài)參數(shù)基準(zhǔn)作為參考輸入和所述實(shí)際的狀態(tài)參數(shù)作為測量值，傳輸至預(yù)先建立的二自由度PID控制器，得到燃?xì)廨啓C(jī)的燃料量；

根據(jù)所述燃?xì)廨啓C(jī)的燃料量控制所述燃?xì)廨啓C(jī)的工作狀態(tài)。

另一方面，本實(shí)施例公開一種燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)，包括：

狀態(tài)參數(shù)采集傳感器、減法器、二自由度PID控制器和執(zhí)行器；其中，

所述狀態(tài)參數(shù)采集傳感器，用于采集燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際的狀態(tài)參數(shù)；

所述減法器，用于將預(yù)先存儲(chǔ)的燃?xì)廨啓C(jī)的狀態(tài)參數(shù)基準(zhǔn)與所述燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行減法運(yùn)算；

所述二自由度PID控制器，用于對所述減法運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，得到燃?xì)廨啓C(jī)的燃料量；

所述執(zhí)行器，用于根據(jù)所述燃?xì)廨啓C(jī)的燃料量執(zhí)行相應(yīng)的操作，對所述燃?xì)廨啓C(jī)的燃料量進(jìn)行控制，以控制所述燃?xì)廨啓C(jī)的工作狀 態(tài)。

本發(fā)明實(shí)施例所述的燃?xì)廨啓C(jī)控制方法及系統(tǒng)，由于采用兩自由度的控制方案，使得參考輸入與輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)與噪聲與輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)、擾動(dòng)與輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)不相關(guān)，即參考輸入對輸出的影響與擾動(dòng)及噪聲對輸出的影響不相關(guān)，能夠分開調(diào)節(jié)控制器參數(shù)，使得輸出對參考輸入具有更好的跟蹤性，輸出對擾動(dòng)及噪聲的影響具有更好的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的PID控制器結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明燃?xì)廨啓C(jī)控制方法一實(shí)施例的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明燃?xì)廨啓C(jī)控制方法另一實(shí)施例中PID控制器結(jié)構(gòu)框圖；

圖4為本發(fā)明燃?xì)廨啓C(jī)控制方法又一實(shí)施例中PID控制器結(jié)構(gòu)框圖；

圖5為本發(fā)明燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)一實(shí)施例的方框結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖2所示，本實(shí)施例公開一種燃?xì)廨啓C(jī)控制方法，包括：

S1、獲取燃?xì)廨啓C(jī)的狀態(tài)參數(shù)基準(zhǔn)和實(shí)際的狀態(tài)參數(shù)；

S2、將狀態(tài)參數(shù)基準(zhǔn)作為參考輸入和實(shí)際的狀態(tài)參數(shù)作為測量值，傳輸至預(yù)先建立的二自由度PID控制器，得到燃?xì)廨啓C(jī)的燃料量；

S3、根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)的燃料量控制燃?xì)廨啓C(jī)的工作狀態(tài)。

本發(fā)明實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)控制方法，由于采用兩自由度的控制方案，使得參考輸入與輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)與噪聲與輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)、擾動(dòng)與輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)不相關(guān)，即參考輸入對輸出的影響與擾動(dòng)及噪聲對輸出的影響不相關(guān)，能夠分開調(diào)節(jié)控制器參數(shù)，使得輸出對參考輸入具有更好的跟蹤性，輸出對擾動(dòng)及噪聲的影響具有更好的穩(wěn)定性。

可選地，在本發(fā)明燃?xì)廨啓C(jī)控制方法的另一實(shí)施例中，二自由度PID控制器由前向通道的PID控制器和反饋通道的PD控制器組成。

可選地，參看圖3，在本發(fā)明燃?xì)廨啓C(jī)控制方法的另一實(shí)施例中，PD控制器的輸入為實(shí)際的狀態(tài)參數(shù)與噪聲之和，PID控制器的輸入為燃?xì)廨啓C(jī)的狀態(tài)參數(shù)基準(zhǔn)與PD控制器的輸入之差，前向通道的PID控制器的輸出與反饋通道的PD控制器的輸出進(jìn)行減法運(yùn)算的結(jié)果為燃?xì)廨啓C(jī)的燃料量。

本發(fā)明實(shí)施例中設(shè)計(jì)的PID-PD控制器，將PID控制器的一部分移到反饋通道中，將其余部分仍留在前向通道中，不把全部導(dǎo)數(shù)控制作用或者比例控制作用移到反饋通道，即前向通道中有一個(gè)PID控制器，反饋通道中有一個(gè)PD控制器，如圖3所示，設(shè)前向通道的PID控制器的傳遞函數(shù)為G_c1，反饋通道的PD控制器的傳遞函數(shù)為G_c2，則由圖3易得下述的關(guān)系式：

$\frac{Y\left(s\right)}{R\left(s\right)}=\frac{G_{c1}{G}_p}{1+G_{c1}{G}_p}+\frac{G_{c2}{G}_p}{1+G_{c1}{G}_p},$

$\frac{Y\left(s\right)}{D\left(s\right)}=\frac{G_p}{1+G_{c1}{G}_p},$

$\frac{Y\left(s\right)}{N\left(s\right)}=-\frac{G_{c1}{G}_p}{1+G_{c1}{G}_p},$由上式可得：

$\frac{Y\left(s\right)}{R\left(s\right)}=G_{c2}\frac{Y\left(s\right)}{D\left(s\right)}+\frac{G_P-\frac{Y\left(s\right)}{D\left(s\right)}}{G_P},$

$\frac{Y\left(s\right)}{N\left(s\right)}=\frac{\frac{Y\left(s\right)}{D\left(s\right)}-G_P}{G_P},$

其中，G_c2＝(1+T_d2s)K_p2，G_c1為前向通道PID控制器傳遞函數(shù)，K_p1為前向通道PID控制器的比例作用系數(shù)，T_i1為前向通道PID控制器的積分時(shí)間常數(shù)，T_d1前向通道PID控制器的為微分時(shí)間常數(shù)，G_c2為反饋通道PD控制器傳遞函數(shù)，K_p2為反饋通道PD控制器的比例作用系數(shù)，T_d2為反饋通道PD控制器的微分時(shí)間常數(shù)，Y(s)為輸出的拉普拉斯變換，R(s)為參考輸入的拉普拉斯變換，G_p為被控對象傳遞函數(shù)，D(s)為擾動(dòng)的拉普拉斯變換，N(s)為噪聲的拉普拉斯變換。

如果給定則固定，不固定，因?yàn)檫€與G_c2有關(guān)，即參考輸入與輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)與噪聲與輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)、干擾與輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)共有兩個(gè)自由度。

本發(fā)明實(shí)施例中，前向通道中不采用主流燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的PI控制，而是采用PID控制；而且，除在前向通道中有一個(gè)閉環(huán)PID控制器外，反饋通道有一個(gè)PD控制器，以實(shí)現(xiàn)兩自由度控制，從而能夠分開調(diào)節(jié)控制器參數(shù)，可以使得輸出對參考輸入具有更好的跟蹤性，輸出對擾動(dòng)及噪聲的影響具有更好的穩(wěn)定性。

可選地，在本發(fā)明燃?xì)廨啓C(jī)控制方法的另一實(shí)施例中，二自由度PID控制器由前向通道的PID控制器和前向通道的PD控制器組 成。

可選地，參看圖4，在本發(fā)明燃?xì)廨啓C(jī)控制方法的另一實(shí)施例中，前向通道的PID控制器的輸入為燃?xì)廨啓C(jī)的狀態(tài)參數(shù)基準(zhǔn)，與實(shí)際的狀態(tài)參數(shù)與噪聲之和進(jìn)行減法運(yùn)算的結(jié)果，前向通道的PD控制器的輸入為燃?xì)廨啓C(jī)的狀態(tài)參數(shù)基準(zhǔn)，前向通道的PID控制器的輸出與前向通道的PD控制器的輸出之和為燃?xì)廨啓C(jī)的燃料量。

本發(fā)明實(shí)施例中，如圖4所示，設(shè)前向通道的PID控制器的傳遞函數(shù)為G_c1，前向通道的PD控制器的傳遞函數(shù)為G_c2，則由圖4易得下述的關(guān)系式：

$\frac{Y\left(s\right)}{R\left(s\right)}=\frac{G_{c1}{G}_p}{1+G_{c1}{G}_p}+\frac{G_{c2}{G}_p}{1+G_{c1}{G}_p},$

$\frac{Y\left(s\right)}{D\left(s\right)}=\frac{G_p}{1+G_{c1}{G}_p},$

$\frac{Y\left(s\right)}{N\left(s\right)}=-\frac{G_{c1}{G}_p}{1+G_{c1}{G}_p},$由上式可得：

$\frac{Y\left(s\right)}{R\left(s\right)}=G_{c1}\frac{Y\left(s\right)}{D\left(s\right)}+G_{c2}\frac{Y\left(s\right)}{D\left(s\right)},$

$\frac{Y\left(s\right)}{N\left(s\right)}=-G_{c1}\frac{Y\left(s\right)}{D\left(s\right)},$

其中，Y(s)為輸出的拉普拉斯變換，R(s)為參考輸入輸入的拉普拉斯變換，G_p為被控對象傳遞函數(shù)，D(s)為擾動(dòng)的拉普拉斯變換，N(s)為噪聲的拉普拉斯變換。

如果給定則固定，不固定，因?yàn)檫€與G_c2有關(guān)，即參考輸入與輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)與噪聲與輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)、干擾與輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)共有兩個(gè)自由度。

可選地，在本發(fā)明燃?xì)廨啓C(jī)控制方法的另一實(shí)施例中，燃?xì)廨啓C(jī)的狀態(tài)參數(shù)基準(zhǔn)為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)，實(shí)際的狀態(tài)參數(shù)為轉(zhuǎn)子的實(shí) 際轉(zhuǎn)速；或者

燃?xì)廨啓C(jī)的狀態(tài)參數(shù)基準(zhǔn)為透平的排氣溫度基準(zhǔn)，實(shí)際的狀態(tài)參數(shù)為透平的實(shí)際排氣溫度；或者

燃?xì)廨啓C(jī)的狀態(tài)參數(shù)基準(zhǔn)為壓氣機(jī)的壓比基準(zhǔn)，實(shí)際的狀態(tài)參數(shù)為壓氣機(jī)的實(shí)際壓比。

如圖5所示，本實(shí)施例公開一種燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)，包括：

狀態(tài)參數(shù)采集傳感器1、減法器2、二自由度PID控制器3和執(zhí)行器4；其中，

狀態(tài)參數(shù)采集傳感器1，用于采集燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際的狀態(tài)參數(shù)；

減法器2，用于將預(yù)先存儲(chǔ)的燃?xì)廨啓C(jī)的狀態(tài)參數(shù)基準(zhǔn)與燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行減法運(yùn)算；

二自由度PID控制器3，用于對減法運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，得到燃?xì)廨啓C(jī)的燃料量；

執(zhí)行器4，用于根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)的燃料量執(zhí)行相應(yīng)的操作，對燃?xì)廨啓C(jī)的燃料量進(jìn)行控制，以控制燃?xì)廨啓C(jī)的工作狀態(tài)。

本發(fā)明實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)，由于采用兩自由度的控制方案，使得參考輸入與輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)與噪聲與輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)、擾動(dòng)與輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)不相關(guān)，即參考輸入對輸出的影響與擾動(dòng)及噪聲對輸出的影響不相關(guān)，能夠分開調(diào)節(jié)控制器參數(shù)，使得輸出對參考輸入具有更好的跟蹤性，輸出對擾動(dòng)及噪聲的影響具有更好的穩(wěn)定性。

可選地，在本發(fā)明燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的另一實(shí)施例中，二自由度PID控制器由前向通道的PID控制器和反饋通道的PD控制器組成。

可選地，在本發(fā)明燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的另一實(shí)施例中，二自由度PID控制器由前向通道的PID控制器和前向通道的PD控制器組成。

可選地，在本發(fā)明燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的另一實(shí)施例中，燃?xì)廨啓C(jī)的狀態(tài)參數(shù)基準(zhǔn)為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)，實(shí)際的狀態(tài)參數(shù)為轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速；或者

燃?xì)廨啓C(jī)的狀態(tài)參數(shù)基準(zhǔn)為透平的排氣溫度基準(zhǔn)，實(shí)際的狀態(tài)參數(shù)為透平的實(shí)際排氣溫度；或者

燃?xì)廨啓C(jī)的狀態(tài)參數(shù)基準(zhǔn)為壓氣機(jī)的壓比基準(zhǔn)，實(shí)際的狀態(tài)參數(shù)為壓氣機(jī)的實(shí)際壓比。

與現(xiàn)有的技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:

1、由于采用兩自由度的控制方案，使得參考輸入與輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)與噪聲與輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)、干擾與輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)三者有兩個(gè)自由度，可以分別調(diào)節(jié)前向通道PID及反饋通道PD的控制器參數(shù)，使得輸出對參考輸入的跟蹤效果滿足要求，且減小噪聲及干擾對輸出的影響；

2、主流重型燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)中的閉環(huán)控制都采用PI控制，沒有D作用，目的是避免噪聲干擾等原因使得操作量產(chǎn)生尖脈沖，采用兩自由度的控制方案，噪聲及干擾的對輸出的影響可以單獨(dú)進(jìn)行控制，這就允許在前向通道中加入微分作用使用PID控制，具有超前調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。

雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權(quán)利要求所限定的范圍之內(nèi)。