專利名稱：泵站群變頻泵的自適應(yīng)迭代控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種泵站群變頻泵的自適應(yīng)迭代控制方法。
背景技術(shù)：
目前我國排水泵站群系統(tǒng)規(guī)模大、工藝復(fù)雜，控制方式各異?，F(xiàn)有的控制策略簡單，無法對(duì)水池水位突變迅速做出正確的動(dòng)作。針對(duì)這種參數(shù)不確定性的非線性控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)的PID控制策略已經(jīng)不能很好的滿足泵站群水位變頻控制的控制要求。傳統(tǒng)PID控制對(duì)于水位的控制表現(xiàn)為(I)水位波動(dòng)大時(shí)，變頻泵頻率調(diào)節(jié)較為頻繁，對(duì)泵體本身是一種嚴(yán)重的磨損，同時(shí)也不環(huán)保；(2)變頻泵出力的頻繁波動(dòng)導(dǎo)致水位波動(dòng)較大，不符合泵站實(shí) 際要求。面對(duì)這種情況，如何找到一種符合實(shí)際控制的方法便成為泵站群控制的焦點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)該非線性系統(tǒng)的一些特征和控制要求，本發(fā)明選取了自適應(yīng)迭代方法，來實(shí)現(xiàn)泵站群的平穩(wěn)控制。自適應(yīng)迭代控制方法能夠很好的滿足控制系統(tǒng)的控制要求(1)防止水位過高，水池液位應(yīng)控制在安全范圍內(nèi)；(2)避免頻繁啟停設(shè)備。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的主要技術(shù)內(nèi)容如下一種泵站群變頻泵的自適應(yīng)迭代控制方法，包括以下步驟(I)、確定控制對(duì)象與控制回路，控制對(duì)象泵站水池液位；控制回路閉環(huán)控制；所述閉環(huán)控制的學(xué)習(xí)策略是取第K+1次運(yùn)行的誤差作為學(xué)習(xí)的修正項(xiàng)，即uk+1 (t)=L(uk(t), ek+1 (t))①式①中L為線性或者非線性算子，K表示第K次學(xué)習(xí)運(yùn)行，uk+1(t)表示第K+1次運(yùn)行的控制量，Uk⑴表示第K次運(yùn)行的控制量，ek+1(t)表示第K+1次運(yùn)行的輸出誤差量；(2)、確定控制輸入和控制輸出，控制輸入液位偏差；控制輸出變頻泵的頻率Uk ；(3)、選取期望軌跡y(d)泵站水池液位的期望軌跡滿足下述公式②y (t) =Ii1 · X-3 (t) +k2 · X-2 (t) +k3 · X1 (t) +a0 ②式②中y(t)表示輸出量，x(t)表示狀態(tài)量,KpKyK3為系數(shù),Sci表示初始液位值。(4)、確立迭代學(xué)習(xí)規(guī)律迭代學(xué)習(xí)規(guī)律增量式表示為uk+1 (t) =uk (t) +ki (yk-yd) · Δ t+k2 (yk+1-yk)③式③中uk+1 (t)表示第K+1次運(yùn)行的控制量，uk+1(t) e (O, 100% ) ；uk(t)表示第K次運(yùn)行的控制量，yk+1-yk表示下一時(shí)刻液位值與當(dāng)前液位值的差值，(yk-yd) · At表示的是At時(shí)間內(nèi)當(dāng)前液位值與期望軌跡液位值的差值，K1是差值系數(shù)，K2是放大系數(shù)。利用迭代學(xué)習(xí)規(guī)律控制算法③，找到合適的控制律uk+1使得泵站水池液位變化曲線按照期望軌跡y(d)運(yùn)動(dòng)，滿足泵站對(duì)于水池液位變化的要求；(5)、確定啟停泵的數(shù)量公式③中的uk+1 (t)，當(dāng)滿足高限或者低限值時(shí)，能夠控制啟停泵的數(shù)量，取代了傳統(tǒng)的基于液位定值啟停泵的數(shù)量控制。公式③得出的控制律uk+1是在前一時(shí)刻基于液位偏差計(jì)算得到的控制律Uk (t)運(yùn)行時(shí)間At之后得到的，每重復(fù)一次該過程，uk+1便愈適合該液位變化，如此反復(fù)，uk+1不斷得到修正，從而使得液位變化能夠按照期望軌跡變化。上述公式③的uk+1(t)對(duì)應(yīng)泵站工頻泵的頻率，經(jīng)過迭代計(jì)算后得到的 uk+1(t)=100%時(shí)啟動(dòng)一臺(tái)泵，uk+1 (t)=0時(shí)停止一臺(tái)泵，取代了傳統(tǒng)的基于液位定值啟停泵的數(shù)量控制。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的自適應(yīng)迭代控制方法，給出了一種適用于泵站水池液位控制的方法，提出了一種水池液位測(cè)量值或估計(jì)值-期望軌跡-迭代學(xué)習(xí)規(guī)律-下一時(shí)刻變頻泵頻率輸出-水池液位的閉環(huán)迭代控制模型，通過建立該模型，可以將泵站水池液位按照期望軌跡零誤差的跟蹤，保證了泵站液位控制的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、魯棒性等動(dòng)態(tài)性能。大大減少了泵站設(shè)備的頻繁啟停操作。本發(fā)明的具體實(shí)施方式
由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。


圖I為本發(fā)明的期望軌跡圖；圖2為本發(fā)明的原理圖。
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。如圖I、圖2所示，一種泵站群變頻泵的自適應(yīng)迭代控制方法，包括以下步驟(I)、確定控制對(duì)象與控制回路，控制對(duì)象泵站水池液位；控制回路閉環(huán)控制；所述閉環(huán)控制的學(xué)習(xí)策略是取第K+1次運(yùn)行的誤差作為學(xué)習(xí)的修正項(xiàng)，即uk+1 (t)=L(uk(t), ek+1 (t))①式①中L為線性或者非線性算子，K表示第K次學(xué)習(xí)運(yùn)行，uk+1 (t)表示第K+1次運(yùn)行的控制量，Uk⑴表示第K次運(yùn)行的控制量，ek+1(t)表示第K+1次運(yùn)行的輸出誤差量；(2)、確定控制輸入和控制輸出，控制輸入液位偏差；控制輸出變頻泵的頻率Uk ；
(3)、選取期望軌跡y(d)，如圖I所示，泵站水池液位的期望軌跡滿足下述公式②y (t) =Ii1 · X-3 (t) +k2 · x-2 (t) +k3 · X1 (t) +a0 ②式②中y(t)表示輸出量，x(t)表示狀態(tài)量,KpKyK3為系數(shù),a。表示初始液位值。(4)、確立迭代學(xué)習(xí)規(guī)律迭代學(xué)習(xí)規(guī)律增量式表示為uk+1 (t) =uk (t) +ki (yk-yd) · Δ t+k2 (yk+1-yk)③式③中uk+1(t)表示第K+1次運(yùn)行的控制量，uk+1(t) e (O, 100%) ；uk(t)表示第K 次運(yùn)行的控制量，yk+1-yk表示下一時(shí)刻液位值與當(dāng)前液位值的差值，(yk-yd) · At表示的是At時(shí)間內(nèi)當(dāng)前液位值與期望軌跡液位值的差值，K1是差值系數(shù)，K2是放大系數(shù)。利用迭代學(xué)習(xí)規(guī)律控制算法③，找到合適的控制律uk+1使得泵站水池液位變化曲線按照期望軌跡y(d)運(yùn)動(dòng)，滿足泵站對(duì)于水池液位變化的要求；(5)、確定啟停泵的數(shù)量公式③中的uk+1 (t)，當(dāng)滿足高限或者低限值時(shí)，能夠控制啟停泵的數(shù)量，取代了傳統(tǒng)的基于液位定值啟停泵的數(shù)量控制。公式③得出的控制律uk+1是在前一時(shí)刻基于液位偏差計(jì)算得到的控制律Uk (t)運(yùn)行時(shí)間At之后得到的，每重復(fù)一次該過程，uk+1便愈適合該液位變化，如此反復(fù)，uk+1不斷得到修正，從而使得液位變化能夠按照期望軌跡變化。上述公式③的uk+1(t)對(duì)應(yīng)泵站工頻泵的頻率，經(jīng)過迭代計(jì)算后得到的uk+1(t)=100%時(shí)啟動(dòng)一臺(tái)泵，uk+1 (t)=0時(shí)停止一臺(tái)泵，取代了傳統(tǒng)的基于液位定值啟停泵的數(shù)量控制。實(shí)施例一泵站液位控制按照傳統(tǒng)的控制方式，波動(dòng)較大，控制效果較差，本發(fā)明采用的自適應(yīng)迭代控制方式，針對(duì)被控對(duì)象——水池液位，將液位作為控制輸入，頻率作為控制輸出，迭代學(xué)習(xí)規(guī)律選擇增量式形式③，按照③式，將當(dāng)前時(shí)刻液位值與上一時(shí)刻液位值之差、當(dāng)前時(shí)刻液位值與期望液位值之差和當(dāng)前頻率值分別作為學(xué)習(xí)規(guī)律的輸入，通過迭代運(yùn)算得出下一時(shí)刻頻率值，這種方式得到的頻率實(shí)際上是超前動(dòng)作才會(huì)使得液位波動(dòng)幅度變得平緩，設(shè)備也不會(huì)因?yàn)橐何徊▌?dòng)頻繁啟停。本實(shí)施例適用于泵站水池液位超前控制。實(shí)施例二本實(shí)施例是在實(shí)施例一的控制過程一樣，但是控制目的不一樣，本實(shí)施例的控制目的是將通過迭代得出的頻率值百分比后，當(dāng)該值為100%時(shí)，啟動(dòng)一臺(tái)變頻泵。隨著液位的繼續(xù)升高，該值通過③式計(jì)算也在不斷的更新，當(dāng)再一次達(dá)到100%時(shí)，說明啟動(dòng)一臺(tái)泵已經(jīng)不能滿足要求，需要再啟動(dòng)一臺(tái)泵，如此反復(fù)，便能夠決定在液位持續(xù)升高過程中該啟動(dòng)的變頻泵的數(shù)量。相反地，停止變頻泵的數(shù)量也是通過比較該值決定，當(dāng)該值為O時(shí)便停一臺(tái)泵。本實(shí)施例適用于泵站啟停泵數(shù)量控制。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明 技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種泵站群變頻泵的自適應(yīng)迭代控制方法，其特征在于包括以下步驟 (1)、確定控制對(duì)象與控制回路， 控制對(duì)象栗站水池液位; 控制回路閉環(huán)控制； (2)、確定控制輸入和控制輸出， 控制輸入液位偏差； 控制輸出變頻泵的頻率uk; (3)、選取期望軌跡y(d) 泵站水池液位的期望軌跡滿足下述公式② I (t) =Ii1 · X-3 (t) +k2 · X-2 (t) +k3 · X-1 (t) +a0 ② 式②中y(t)表示輸出量，X(t)表示狀態(tài)量，KpK2J3為系數(shù)，a。表示初始液位值； (4)、確立迭代學(xué)習(xí)規(guī)律 迭代學(xué)習(xí)規(guī)律增量式表示為 uk+1 (t) =uk (t) +ki (yk-yd) · Δ t+k2 (yk+1-yk)③ 式③中uk+1(t)表示第K+l次運(yùn)行的控制量，uk+1(t) e (O, 100%) ；uk(t)表示第K次運(yùn)行的控制量，yk+1-yk表示下一時(shí)刻液位值與當(dāng)前液位值的差值，(yk-yd) · At表示的是At時(shí)間內(nèi)當(dāng)前液位值與期望軌跡液位值的差值，K1是差值系數(shù)，K2是放大系數(shù)； 利用迭代學(xué)習(xí)規(guī)律控制算法③，找到合適的控制律uk+1使得泵站水池液位變化曲線按照期望軌跡y(d)運(yùn)動(dòng)，滿足泵站對(duì)于水池液位變化的要求； (5)、確定啟停泵的數(shù)量 公式③中的uk+1(t)，當(dāng)滿足高限或者低限值時(shí)，能夠控制啟停泵的數(shù)量，取代了傳統(tǒng)的基于液位定值啟停泵的數(shù)量控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的泵站液位自適應(yīng)迭代控制方法，其特征在于所述公式③得出的控制律uk+1是在前一時(shí)刻基于液位偏差計(jì)算得到的控制律uk(t)運(yùn)行時(shí)間At之后得到的，每重復(fù)一次該過程，uk+1便愈適合該液位變化，如此反復(fù)，uk+1不斷得到修正，從而使得液位變化能夠按照期望軌跡變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的泵站液位自適應(yīng)迭代控制方法，其特征在于所述公式③的uk+1(t)對(duì)應(yīng)泵站工頻泵的頻率，經(jīng)過迭代計(jì)算后得到的uk+1(t)=100%時(shí)啟動(dòng)一臺(tái)泵，uk+1(t)=0時(shí)停止一臺(tái)泵，取代了傳統(tǒng)的基于液位定值啟停泵的數(shù)量控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種泵站群變頻泵的自適應(yīng)迭代控制方法，包括以下步驟(1)確定控制對(duì)象與控制回路，(2)確定控制輸入和控制輸出，(3)選取期望軌跡；(4)確立迭代學(xué)習(xí)規(guī)律；(5)確定啟停泵的數(shù)量；控制輸出uk+1(t)，當(dāng)滿足高限或者低限值時(shí)，能夠控制啟停泵的數(shù)量，取代了傳統(tǒng)的基于液位定值啟停泵的數(shù)量控制。本發(fā)明的這種基于uk+1(t)控制的方式，滿足迭代控制的學(xué)習(xí)規(guī)律，相較傳統(tǒng)的控制方式，本發(fā)明能夠很好的調(diào)節(jié)變頻泵的頻率，使得液位變化變得平緩并且能夠很好的跟蹤期望軌跡。
文檔編號(hào)F04B49/06GK102953966SQ20121045686
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者陳厚高, 李小嶺, 劉健, 趙鑫 申請(qǐng)人:南京中德保護(hù)控制系統(tǒng)有限公司