專利名稱：：一種前饋補償開環(huán)結合反饋閉環(huán)控制的蒸汽壓力控制方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種應用于RH精煉真空排氣系統(tǒng)蒸汽壓力控制系統(tǒng)的方法，特別涉及一種前饋補償開環(huán)結合反饋閉環(huán)控制的蒸汽壓力控制方法。
背景技術：
：RH精煉爐真空處理過程中，主要的技術指標之一就是要求真空排氣系統(tǒng)的蒸汽壓力保持穩(wěn)定，這是因為真空泵用汽制度及對蒸汽的要求特別嚴格(1)抽真空期間的蒸汽流量必須保證；(2)抽真空期間蒸汽壓力必須穩(wěn)定；(3)抽真空所用蒸汽必須是過熱干蒸汽。因而蒸汽壓力控制是RH精煉處理的核心控制技術之一，對提高產(chǎn)品質量起著非常重要的作用。在抽真空過程中，蒸汽泵根據(jù)鋼種的不同會經(jīng)常出現(xiàn)泵的開閉操作，因而通常的P工D控制難以穩(wěn)定，會出現(xiàn)較大的波動，而采用前饋補償開環(huán)控制和反饋閉環(huán)控制相結合的一種復合控制方法可以快速準確控制蒸汽的壓力。目前現(xiàn)有的RH精煉真空排氣系統(tǒng)蒸汽壓力控制大部分都是通常的兩級PID反饋控制，即第一級PID反饋控制主要用于控制源頭蒸汽的壓力，使其壓力保持基本恒定，為二級調節(jié)消除源頭擾動；第二級PID反饋控制用于調節(jié)真空系統(tǒng)的壓力，其優(yōu)點在于其是按被控參數(shù)的偏差進行的閉環(huán)反饋控制，系統(tǒng)內不論什么擾動，只要使被控參數(shù)出現(xiàn)偏差，控制器均可進行調節(jié)，但控制器只有等偏差出現(xiàn)以后才開始動作，不可能在擾動出現(xiàn)時，即在被控對象出現(xiàn)偏差前，就依據(jù)擾動進行控制，使偏差不出現(xiàn)，這是其缺點；對真空系統(tǒng)真空泵的開閉對蒸汽壓力的擾動上述控制方法的控制作用響應速度慢，調整時間長，不利于生產(chǎn)。
發(fā)明內容本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種前饋補償開環(huán)結合反饋閉環(huán)控制的蒸汽壓力控制方法，以減少設備投入，提高響應速度和控制精度，適用于所有RH精煉爐真空排氣系統(tǒng)蒸汽壓力過程控制。為解決上述技術問題，本發(fā)明提出了一種前饋補償開環(huán)結合反饋閉環(huán)控制的蒸汽壓力控制方法，其特征在于，包括前饋控制、反饋控制、前饋加反饋的復合控制，用于對RH精煉爐真空排氣系統(tǒng)蒸汽壓力執(zhí)行前饋控制和反饋控制，以控制RH精煉爐真空排氣系統(tǒng)蒸汽的壓力。前饋控制，其特征在于，包括前饋輸入控制、前饋補償器和前饋輸出控制，其中前饋輸入控制用于輸入各真空泵的開閉動作及延時處理時間參數(shù)、靜態(tài)參數(shù)和動態(tài)參數(shù)，前饋補償器用于計算各真空泵動態(tài)補償量，前饋輸出控制用于匯總各真空泵的動態(tài)補償量并輸出前饋控制量。反饋控制，其特征在于，包括反饋輸入控制、反饋PID控制器和反饋輸出控制，其中反饋輸入控制用于輸入控制壓力、實際壓力、多組PID參數(shù)、PID參數(shù)切換，反饋PID控制器用于計算反饋控制量，反饋輸出控制用于輸出反饋控制量。前饋加反饋的復合控制，其特征在于，疊加前饋控制量和反饋控制量輸出給執(zhí)行機構實施蒸汽壓力前饋加反饋的復合過程控制。具體方法，包括步驟一、根據(jù)真空排氣系統(tǒng)是否運行判斷前饋加反饋壓力復合控制系統(tǒng)是否投入，如運行則執(zhí)行步驟二，否則執(zhí)行步驟六；步驟二、前饋控制獲取各級真空泵的開閉動作及相應的延時處理時間參數(shù)和應的靜態(tài)參數(shù)和動態(tài)參數(shù)；同時，反饋控制獲取控制壓力及實際壓力值和PID參數(shù)切換數(shù)據(jù)及相應的PID參數(shù)；步驟三、執(zhí)行前饋補償控制和反饋PID控制；步驟四、執(zhí)行前饋輸出控制及反饋輸出控制；步驟五、執(zhí)行前饋加反饋復合控制，然后執(zhí)行步驟一；步驟六、關閉調節(jié)閥門，然后執(zhí)行步驟一。本發(fā)明由于充分考慮了RH精煉爐真空排氣系統(tǒng)的實際運行情況以及設備特性，因而響應速度快，控制精度高，并通過參數(shù)配置的方法能夠適用于不同的RH精煉爐生產(chǎn)線。圖1是本發(fā)明方法的流程示意圖2是本發(fā)明方法的原理圖3是本發(fā)明方法實際應用效果示意圖。具體實施例方式下面結合附圖及具體實施對本發(fā)明方法作進一步詳細的說明。如圖l所示，是本發(fā)明方法的流程示意圖，從總體上展示了本發(fā)明方法的流程，即包括步驟一、根據(jù)真空排氣系統(tǒng)是否運行判斷前饋加反饋壓力復合控制系統(tǒng)是否投入，如運行則執(zhí)行步驟二，否則執(zhí)行步驟六；步驟二、前饋控制獲取各級真空泵的開閉動作及相應的延時處理時間參數(shù)和相應的靜態(tài)參數(shù)和動態(tài)參數(shù)；同時，反饋控制獲取控制壓力及實際壓力值和PID參數(shù)切換數(shù)據(jù)及相應的PID參數(shù)；步驟三、執(zhí)行前饋補償控制和反饋PID控制；步驟四、執(zhí)行前饋輸出控制及反饋輸出控制；步驟五、執(zhí)行前饋加反饋復合控制，然后執(zhí)行步驟一；步驟六、關閉調節(jié)閥門，然后執(zhí)行步驟一。如圖2所示，是本發(fā)明方法的系統(tǒng)原理圖，在圖中，X(S)為設定信號，Gc(S)為通用的反饋控制器，這里主要分析前饋補償系統(tǒng)部分，因為這是解決現(xiàn)存控制問題的關鍵。其中D(S)為擾動信號，Gff(S)是前饋補償器，實現(xiàn)超前-滯后補償功能，Gp(S)為調節(jié)通道，Gd(S)為擾動通道，Gp(S)和Gd(S)的特性比較接近。由于純滯后的對消作用，可以把Gp(S)和Gd(S)近似為一階慣性環(huán)節(jié)。Gff(S)、Gp(S)、Gd(S)的傳遞函數(shù)分別為:,)《，"1柳)=#^擾動信號D(S)從Gd(S)到被調量Y(S)產(chǎn)生的影響記為f,,從Gp(S)到Y(S)產(chǎn)生的影響記為i^(S)，則有=G,*卿=+i*卿<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>如果取擾動信號為單位階躍信號，則"(。=;，將其代入上式，并取拉氏反變換，可得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>對被調量產(chǎn)生的凈偏差記為發(fā)r,+響闊-^)""判-^Ui-^W^當,—oo，系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)，從上式可以得若要靜態(tài)完全補償，則可令&(oo)-0，則前饋補償器靜態(tài)增益為前饋補償器主要特點是其能進行動態(tài)補償。因此，選擇合適的Tl、T2，對系統(tǒng)進行有效的動態(tài)補償必不可少。設^/=^=_《/=1，貝'J:y(0=印—71*e;+"一"*e-^—ei動態(tài)補償應滿足|>^)*&=0，因而|VA(0*A=0意味著d(t)通過動態(tài)前饋補償器和擾動通道Gd(S)共同作用于被調量使其所產(chǎn)生的凈偏差總面積為0，從上式可以看到，只要T1二TP，T2二TD，補償器可以對階躍擾動D(t)完全補償，實現(xiàn)對D(t)的不變性。在圖1所示的復合控制系統(tǒng)中，反饋控制回路和前饋補償后擾動通道的傳遞函數(shù)一Gc(S)*Qp(S)甽—l+G順,(S)，)，)+G糊,(S)—1+Gc(S)*從上式可以看出，圖l所示的復合控制系統(tǒng)中的前饋控制，其前饋補償器Gff(S)對反饋回路中的傳遞函數(shù)不產(chǎn)生影響。因此反饋控制回路的設計和調節(jié)器參數(shù)整定可獨立進行，不受前饋補償?shù)挠绊懀瑓?shù)整定也可以獨立進行，最后再將二者組合起來，可達到理想效果。圖3是本發(fā)明方法的實際應用效果示意圖。下面對本發(fā)明方法中的前饋控制和反饋控制分別講述。一、前饋控制前饋開環(huán)控制的優(yōu)點是在被控對象出現(xiàn)偏差前，就依據(jù)擾動進行控制，使偏差不出現(xiàn)，因而本發(fā)明方法中的前饋開環(huán)控制就是把RH精煉爐真空排氣系統(tǒng)各真空泵的開閉動作近似看作為階躍擾動，并把此擾動信號作為前饋開環(huán)控制器的輸入，并對各個泵的前饋開環(huán)控制器進行參數(shù)整定從而對相關泵的開閉所帶來的對蒸汽壓力的影響進行動態(tài)補償并實施過程控制。本發(fā)明方法中的前饋補償器主要的輸入變量包括1.化/—第n個泵的開延時時間，即當某一個泵給出開命令后到擾動剛出現(xiàn)的時間，以克服設備動作的滯后問題，避免開環(huán)前饋調整對系統(tǒng)產(chǎn)生新的擾動。2.所—"第n個泵開動作的前饋控制器的近似階躍擾動輸入，實際應用過程中測得近似值。2.第n個泵關動作的前饋控制器的靜態(tài)增益，設為l。3.ri一^:第n個泵開動作的前饋控制器的超前控制時間參數(shù)，用于提高響應速度。4.r2一《第n個泵開動作的前饋控制器的滯后控制時間參數(shù)，用于克服泵打開過程的一階慣性特性。5.第n個泵的關延時時間，即當某一個泵給出關命令后到擾動剛出現(xiàn)的時間，以克服設備動作的滯后問題，避免開環(huán)前饋調整對系統(tǒng)產(chǎn)生新的擾動。6.C:第n個泵關動作的前饋控制器的近似階躍擾動輸入，實際應用過程中測得近似值。7.:第n個泵關動作的前饋控制器的靜態(tài)增益，設為l。8.71—C:第n個泵關動作的前饋控制器的超前控制時間參數(shù)，用于提高響應速度。9.77_C:第n個泵關動作的前饋控制器的滯后控制時間參數(shù)，用于克服泵關閉過程的一階慣性擾動。本發(fā)明方法中的前饋補償器一個泵的動作非開即閉，因而其開閉動作可以使用一個前饋前饋補償器，在泵的開閉動作過程中進行參數(shù)的切換，當開命令發(fā)出后，經(jīng)化/—化時間延時，把開泵階躍擾動量所_0、靜態(tài)增益K/—0、超前時間參數(shù)71—《、滯后時間參數(shù)T2一《賦給當前泵的前饋補償器參變量/iV、#、ri、r2，而當關命令發(fā)出后，經(jīng)i)e/一cj寸間延時，把當前泵關泵的階躍擾動量/iv—c、靜態(tài)增益《/一c、超前時間參數(shù)n—c、滯后時間參數(shù)0_&賦給當前泵的前饋補償器參變量/iv、《/、ri、r2，以補償泵開閉動作對被調量蒸汽壓力的影響。每個泵對應一個前饋補償器，以補償相應泵開閉動作對被調量蒸汽壓力的影響。前饋補償器的傳遞函數(shù)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>前饋補償器的計算公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>w:前饋補償器的擾動輸入《/:前饋補償器的靜態(tài)增益ri:前饋補償器的超前時間參數(shù)T2:前饋補償器的滯后時間參數(shù)循環(huán)執(zhí)行周期:前饋補償器的補償輸出取'":前一個執(zhí)行周期的擾動輸入:。W前一個執(zhí)行周期的補償輸出本發(fā)明方法中的前饋補償器輸出控制:^/t;:第n個泵的前饋補償器的輸出變量輸出控制ot/;,a,=Z》t/r下表為本發(fā)明方法在實際應用中的前饋開環(huán)控制參數(shù)值:<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>注Kf二l二、反饋控制反饋閉環(huán)控制的優(yōu)點在于其是按被控參數(shù)的偏差進行的閉環(huán)反饋控制，系統(tǒng)內不論什么擾動，只要使被控參數(shù)出現(xiàn)偏差，控制器均可進行調節(jié)，即反饋閉環(huán)控制總能消除反饋環(huán)之內各種擾動的影響，反饋閉環(huán)控制非常通用，這里只對本發(fā)明設計中所使用的反饋閉環(huán)控制作簡單介紹。反饋閉環(huán)控制器的主要輸入變量包括^:目標設定值P「實際測量值^:比例^:積分時間W:微分時間反饋閉環(huán)控制器-.RH精煉真空排氣系統(tǒng)在預真空模式以及不同真空度要求情況下，真空泵開閉的數(shù)量是變化的，因而調節(jié)系統(tǒng)的調節(jié)范圍幾乎是滿量程范圍的，調節(jié)閥在不同工作范圍對^、^、^參數(shù)值的要求是不同的，如果采用相同的^^、^、^參數(shù)值，則會出現(xiàn)調節(jié)效果的差異化，針對此情況，在不同的工作范圍采用不同的參數(shù)值，本發(fā)明設計采用三段^\"、W參數(shù)值。偏差計算￡=^-i^反饋閉環(huán)控制器的傳遞函數(shù)GcO)4p*(1++")反饋閉環(huán)控制器的計算公式::當前周期控制:前一周期控制量￡":當前周期偏差量1:前一周期偏差量2:前前周期偏差量=五—iAf:執(zhí)行周期(與"、^單位相同)反饋閉環(huán)控制器的主要輸出變量CT:控制輸出量Cr-CT"下表為本發(fā)明設計在實際應用中的反饋閉環(huán)控制參數(shù)值:閥門工作范圍27'ra0%25%1.515.00.025%80%0.78.00.080%100%0.812.00.0綜上所述，本發(fā)明方法可通過參數(shù)配置的方法使其能夠適用于不同的RH精煉真空排氣蒸汽壓力控制系統(tǒng)。本發(fā)明方法能夠在真空排氣系統(tǒng)蒸汽壓力參數(shù)出現(xiàn)偏差之前就依據(jù)真空泵的開閉動作，通過前饋開環(huán)控制器進行及時控制，使偏差不出現(xiàn)，從而有效地克服真空排氣系統(tǒng)真空泵開閉對真空蒸汽壓力的影響，同時通過反饋閉環(huán)控制消除蒸汽壓力、溫度波動等反饋環(huán)之內的其他干擾，這種前饋開.環(huán)加反饋閉環(huán)相結合的復合控制系統(tǒng)可以有效地提高系統(tǒng)的控制品質，提高系統(tǒng)的響應速度，使RH精煉真空排氣系統(tǒng)真空泵蒸汽壓力控制更加平穩(wěn)，提高了控制精度，達到良好的真空處理效果。1權利要求1、一種前饋補償開環(huán)結合反饋閉環(huán)控制的蒸汽壓力控制方法，應用于RH精煉爐真空排氣系統(tǒng)蒸汽壓力控制，其特征在于，包括前饋控制、反饋控制、前饋加反饋的復合控制，用于對所述RH精煉爐真空排氣系統(tǒng)蒸汽壓力執(zhí)行前饋控制和反饋控制，以控制RH精煉爐真空排氣系統(tǒng)蒸汽的壓力，步驟如下步驟一、根據(jù)真空排氣系統(tǒng)是否運行，判斷前饋加反饋壓力復合控制系統(tǒng)是否投入，如運行則執(zhí)行步驟二，否則執(zhí)行步驟六；步驟二、前饋控制獲取各級真空泵的開閉動作及相應的延時處理時間參數(shù)和相應的靜態(tài)參數(shù)和動態(tài)參數(shù)；同時，反饋控制獲取控制壓力及實際壓力值和PID參數(shù)切換數(shù)據(jù)及相應的PID參數(shù)；步驟三、執(zhí)行前饋補償控制和反饋PID控制；步驟四、執(zhí)行前饋輸出控制及反饋輸出控制；步驟五、執(zhí)行前饋加反饋復合控制，然后執(zhí)行步驟一；步驟六、關閉調節(jié)閥門，然后執(zhí)行步驟一。2、如權利要求l所述的前饋控制，其特征在于，包括前饋輸入控制、前饋補償器和前饋輸出控制，其中所述前饋輸入控制用于輸入各真空泵的開閉動作及延時處理時間參數(shù)、靜態(tài)參數(shù)和動態(tài)參數(shù)，所述前饋補償器用于計算各真空泵動態(tài)補償量，所述前饋輸出控制用于匯總各真空泵的動態(tài)補償量并輸出前饋控制量。3、如權利要求1所述的反饋控制，其特征在于，包括反饋輸入控制、反饋PID控制器和反饋輸出控制，其中反饋輸入控制用于輸入控制壓力、實際壓力、多組PID參數(shù)、PID參數(shù)切換，反饋PID控制器用于計算反饋控制量，反饋輸出控制用于輸出反饋控制量。4、如權利要求1所述的前饋加反饋的復合控制，其特征在于，疊加前饋控制量和反饋控制量輸出給執(zhí)行機構實施蒸汽壓力前饋加反饋的復合過程控制。全文摘要本發(fā)明公開了一種前饋補償開環(huán)結合反饋閉環(huán)控制的蒸汽壓力控制方法，采用前饋補償開環(huán)控制和反饋閉環(huán)控制相結合的一種復合控制策略，該控制策略對外部擾動實施前饋補償開環(huán)控制，把外部擾動近似看作為階躍擾動，并把此擾動信號作為前饋補償器的輸入，并對前饋補償器進行參數(shù)整定從而對相關外部擾動所帶來的對壓力的影響進行動態(tài)補償；對內部擾動實施反饋閉環(huán)控制，通過通用的PID調節(jié)消除內部擾動對壓力的影響。此方法包括前饋控制、反饋控制、前饋加反饋的復合控制。本發(fā)明方法主要用于冶金RH真空精煉裝置，可以有效地克服RH精煉真空排氣系統(tǒng)蒸汽壓力調節(jié)過程中內外擾動對壓力的影響，提高控制精度和穩(wěn)定性，保證真空處理的平穩(wěn)以達到良好的真空處理效果。文檔編號G05B11/42GK101587354SQ200810043399公開日2009年11月25日申請日期2008年5月23日優(yōu)先權日2008年5月23日發(fā)明者王成海申請人:上海寶信軟件股份有限公司