專利名稱：：偽虛頻濾波控制方法及裝置的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及熱工控制
技術領域：
，尤其涉及一種偽虛頻濾波控制方法及裝置。
背景技術：
：火電廠熱工控制對象具有大慣性、純延時、時變性以及強非線性等特點，并且由于各種未知的內外擾動源不斷竄入對象通道，使得系統(tǒng)難以控制。如何有效克服各種內外擾動的不利影響，從而^是高熱工控制回路的調節(jié)品質，一直是熱工控制領域不斷追求的目標之一。現(xiàn)有技術中，魯棒特性較好的PID(ProportionIntegrationDifferentiation,比例積分微分)控制策略一直占據(jù)著熱工控制領域的絕對主導地位，為提高熱工對象的控制品質，在調節(jié)回路中加入微分環(huán)節(jié)作用，可提高回路的響應速度，這是熱工控制常采用的典型方法。發(fā)明人在實施本發(fā)明的過程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的PID控制策略具有以下缺點PID調節(jié)器回路的微分作用項中，起到超前校正作用的是其中的虛頻項，而實頻項則增加了調節(jié)器的高頻增益并使穩(wěn)定性下降。因此，調節(jié)回路中的微分作用項在改善系統(tǒng)動態(tài)性能的同時，其高通濾波特性也放大了高頻干擾，致使系統(tǒng)在有外部高頻干擾時容易引起調節(jié)機構的大幅波動。
發(fā)明內容本發(fā)明實施例提供一種偽虛頻濾波控制方法及裝置，可減小高頻干擾對熱工控制系統(tǒng)的影響，提高熱工控制回路的調節(jié)品質。本發(fā)明實施例提供了一種偽虛頻濾波控制方法，該方法包括對過程輸入信號進行二階微分包絡特征解調運算，獲得二階微分包絡特征量信號；將所述二階微分包絡特征量信號與所述過程輸入信號相乘，獲得實頻項信4將所迷過程輸入信號經^1分運算后所獲得的信號與所述實頻項信號相減，獲得偽虛頻信號。相應地，本發(fā)明實施例還提供了一種偽虛頻濾波控制裝置，包括二階微分包絡特征解調模塊，用于對過程輸入信號進行二階微分包絡特;f正解調運算，獲得二階微分包絡特征量信號；實頻項構造模塊，用于將所述二階微分包絡特征量信號與所述過程輸入信號相乘，獲得實頻項信號；虛頻項提取模塊，用于將所述過程輸入信號經微分運算后所獲得的信號與所述實頻項信號相減，獲得偽虛頻信號。實施本發(fā)明實施例，具有如下有益效果本發(fā)明實施例提供的偽虛頻濾波控制方法及裝置，將微分作用環(huán)節(jié)中的虛頻項濾出，應用于熱工控制領域中的過程控制，可以解決時域閉環(huán)系統(tǒng)與頻域閉環(huán)系統(tǒng)性能指標之間的矛盾，減小高頻干擾對系統(tǒng)的影響，提高熱工控制回路的調節(jié)品質。為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作筒單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)明提供的偽虛頻濾波控制方法的一個實施例的流程示意圖；圖2是本發(fā)明提供的偽虛頻濾波控制裝置的第一實施例的結構示意圖；圖3是本發(fā)明提供的偽虛頻濾波控制裝置的第二實施例的結構示意圖；圖4是本發(fā)明提供的偽虛頻濾波控制裝置的偽虛頻濾波理論幅值頻率特性圖5是本發(fā)明提供的偽虛頻濾波控制裝置的偽虛頻濾波時域階躍特性圖。具體實施例方式下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。參見圖1，是本發(fā)明提供的偽虛頻濾波控制方法的一個實施例的流程示意圖。本發(fā)明實施例提供的偽虛頻濾波控制方法，將微分作用環(huán)節(jié)中的虛頻項濾出用于過程控制，可以克服現(xiàn)有技術中高頻千擾對熱工控制系統(tǒng)的影響的缺點，提高熱工控制回路的調節(jié)品質。該方法包括如下步驟5100,對過程輸入信號進行二階微分包絡特征解調運算，獲得二階微分包絡特征量信號；具體包括對過程輸入信號進行微分運算，獲得一階微分信號；再對所述一階微分信號進行微分運算，獲得二階微分信號；對所述二階微分信號進行包絡特征解調運算，獲得二階微分包絡特征量信號。5101,將所述二階微分包絡特征量信號與所述過程輸入信號相乘，獲得實頻項信號；5102,將所述過程輸入信號經微分運算后所獲得的信號與所述實頻項信號相減，獲得偽虛頻信號。更為具體的，本發(fā)明實施例對過程輸入信號X進行微分運算，獲得一階農吏分信號；該微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)表達式為'Gi(s)=Y(s)—TdsX(s)1+Tr,s令s:wj,得到相應的頻域函數(shù)表達式為如=(T,)2。+T一丄+Trij1+co)2丄+a,co)2其中，實頻項函數(shù)為"。，虛頻項函數(shù)為,j,一階微分信1+(Tdco)z1+(Tdco)2號所含的頻域實頻項幅值頻率特性函數(shù)為A1+(Td進一步的，對所述一階微分信號進行微分運算，獲得二階微分信號；該二階微分環(huán)節(jié)所對應的時域函數(shù)表達式為X(s)X(s)1+Tds令s-coj,得到相應的頻域函數(shù)表達式為G2(如)=(^^)21+Td(oj二階微分環(huán)節(jié)的頻域幅值頻率特性函數(shù)為M(co)二lG2(如)(Tdcoj)2T21十Td①J二階微分信號的頻域幅值頻率特性函數(shù)為^^，其包絡特征與一階孩吏1+(T>)2分信號的實頻項函數(shù)一致。因此，對所述二階微分信號進行包絡特征解調運算，獲得二階微分包絡特征量信號，將該二階微分包絡特征量信號與過程輸入信號X相乘，可獲得實頻項信號M(jco).1+(Tdco)z進一步的，將一階微分信號減去所述實頻項信號，可獲得微分環(huán)節(jié)頻域中的虛頻項信號Td(°,j,如下Gi(jco)-M(jco)-TdC°i'21+本發(fā)明實施例提供的偽虛頻濾波控制方法，將微分作用環(huán)節(jié)中的虛頻項濾出，該虛頻項具有頻率特性的外觀特征，應用于熱工控制系統(tǒng)中，取代現(xiàn)有技術中PID調節(jié)器回路中的微分作用項或者用于超前校正網絡，將有利于調節(jié)系統(tǒng)性能指標，提高熱工控制回路的調節(jié)品質。參見圖2，是本發(fā)明提供的偽虛頻濾波控制裝置的第一實施例的結構示意圖。該裝置包括二階微分包絡特征解調^t塊1、實頻項構造模塊2及偽虛頻提取模塊3，其中二階微分包絡特征解調模塊1,用于對過程輸入信號進行二階微分包絡特征解調運算，獲得二階微分包絡特征量信號；實頻項構造模塊2,用于將所述二階孩么分包絡特征量信號與所述過程輸入信號相乘，獲得實頻項信號；虛頻項提取模塊3,用于將所述過程輸入信號經微分運算后所獲得的信號與所述實頻項信號相減，獲得偽虛頻信號。具體的，二階微分包絡特征解調模塊1進一步包括第一微分單元、第二微分單元及包絡特征解調單元，其中第一微分單元，用于對過程輸入信號進行微分運算，獲得一階微分信號；第二微分單元，用于對所述一階微分信號進行微分運算，獲得二階微分信包絡特征解調單元，用于對所述二階微分信號進行包絡特征解調運算，獲得二階微分包絡特征量信號。所述虛頻項提取模塊包括代數(shù)和電路，該代數(shù)和電路的加法輸入端接入一階微分信號，其減法輸入端接入實頻項信號，用于對所述一階微分信號及所述實頻項信號進行減運算，獲得偽虛頻信號。本發(fā)明實施例提供的偽虛頻濾波控制裝置，將微分作用環(huán)節(jié)中的虛頻項濾出，應用于熱工控制領域中的過程控制，可以解決時域閉環(huán)系統(tǒng)與頻域閉環(huán)系統(tǒng)性能指標之間的矛盾，減小高頻干擾對系統(tǒng)的影響，提高熱工控制回路的調節(jié)品質。參見圖3,是本發(fā)明提供的偽虛頻濾波控制裝置的第二實施例的結構示意圖，該裝置包括二階微分包絡特征解調模塊、實頻項構造模塊及偽虛頻提取模塊；其中二階微分包絡特征解調模塊用于對過程輸入信號進行二階微分包絡特征解調運算，獲得二階微分包絡特征量信號，具體包括微分電路Al和A2、取絕對值電路A3和A5、慣性電路A4和A6、0.1常數(shù)電路A7、代數(shù)和電路A8、除法器電3各A9以及慣性電路A10;實頻項構造模塊用于將所迷二階微分包絡特征量信號與所述過程輸入信號相乘，獲得實頻項信號，該實頻項構造模塊包括乘法器電路B1;虛頻項提取模塊用于將所迷過程輸入信號經微分運算后所獲得的信號與所述實頻項信號相減，獲得偽虛頻信號，該虛頻項提取模塊包括代數(shù)和電路M1。下面結合圖3，對本發(fā)明實施例的各個電路功能模塊進行描述l)微分電路Al、A2用于對輸入信號進行微分運算，對應的傳遞函數(shù)為其中，標記描述如表1所示:表1微分電路傳遞函數(shù)的標記描述<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>2)取絕對值電路A3、A5用于對輸入浮點變量進行取絕對值運算，輸出一個浮點變量，對應的傳遞函數(shù)為Y(n)=|X(n)|其中，標記描述如表2所示表2取絕對值電路傳遞函數(shù)的標記描述<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>3)慣性濾波電路A4、A6、A10用于對輸入信號進行一階慣性運算，對應的傳遞函數(shù)為其中，標記描述如表3所示:表3慣性電路傳遞函數(shù)的標記描述<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>4)0.1常數(shù)電路A7用于輸出一個浮點實數(shù)。才示i己4笛述i口表4戶斤示:表4常數(shù)塊電路傳遞函數(shù)的標記描述<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>5)代數(shù)和電路A8、Ml用于對兩個浮點變量進行加或減運算，輸出一個浮點變量，對應的傳遞函數(shù)為Y(n)=A(n)士B(n)其中，標記描述如表5所示表5代數(shù)和電路傳遞函數(shù)的標記描述<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>數(shù)6)除法器電路A9用于對兩個浮點變量作除法運算，輸出一個浮點變量，對應的傳遞函凄t為Y(n)=Xl(n)ZX2(n)其中，標記描述如表6所示表6除法器電路傳遞函數(shù)的標記描述<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>7)乘法器電路B1用于對兩個浮點變量作乘法運算，輸出一個浮點變量，對應的傳遞函lt為Y(n)=Xl(n)*X2(n)標記描述如表7所示表7乘法器電路傳遞函數(shù)的標記描述<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>為方便說明，下面僅以過程輸入信號為正弦波信號為例進行描述，該過禾呈輸入信號的表達式為X(t)4sin(wt),其中，該表達式中的符號"A"表示正弦波信號的幅值，下面的部分表達式中增加了幅值A,而實際上，頻率特性函凄丈中已隱含幅值A。如圖3所示，在二階微分包絡特征解調模塊中，過程輸入信號X經過微分電路A1、A2所構成的二階微分電路后，獲得二階微分信號；該二階微分信號經過取絕對值電路A3和慣性濾波電路A4后，接到除法器電路A9的被除數(shù)端；過程輸入信號X經過取絕對值電路A5、慣性濾波電路A6后，沖妄到代數(shù)和電^各A8的一個正輸入端；0.1常數(shù)電路A7的輸出端也接到代數(shù)和電路A8的另一個正輸入端；代數(shù)和電路A8的輸出接到除法器電路A9的除數(shù)端，除法器電路A9的輸出經慣性濾波電路A10后，輸出信號的性質為二階微分環(huán)節(jié)的包絡特征量信號。其中，過程輸入信號X經過微分電路A1后，Al輸出信號的頻域函數(shù)表達式為Al(如)=A*=A*y.,+A*T'"my;l+Tdlcoji十(T,)21+(T'iiC0)2微分電路A1的輸出接入微分電路A2，令V=Td2=Td,則A2輸出信號的頻域函數(shù)表達式為微分電路A2的輸出信號經取絕對值電路A3和慣性電路A4后，A4輸出41號的頻域函數(shù)表達式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>過程輸入信號X經過取絕對值電路A5和慣性濾波電路A6處理后，A6的輸出信號的頻域函數(shù)表達式為A6(jco)A1+Ti6coj慣性濾波電路A6的輸出接到代數(shù)和電路A8的一個正輸入端，0.1常數(shù)電路A7的輸出也接到代數(shù)和電路A8的另一個正輸入端，代數(shù)和電路A8輸出接到除法器電路A9的除數(shù)端。需要說明的是，0.1常數(shù)電路A7僅是為滿足實際工程應用而設計的，以保證除法器電路A9的除數(shù)不為零，因此，令A8(jw)=A6(jw),則除法器電路A9輸出為六氺a—^_A9"(。)=A4(如)=A4(jo))='，1+(T,)21+Ti4(0j=(1>)2*1+jW-A8(j(D)-A6(jco)-|A|*1-1+(1>)21+Til(0j令T，j=Ti6,則上式變?yōu)锳6(如)1+CI>)2除法器電路A9輸出信號的性質為二階微分環(huán)節(jié)的包絡特征量信號。慣性濾波電路A10是為了滿足實際工程應用而設置的，用于對二階微分環(huán)節(jié)的包絡特征量信號進行進一步的平滑，因此，除法器電路A9的輸出信號經慣性濾波電路A10后的輸出性質仍為二階微分環(huán)節(jié)的包絡特征量信號。在實頻項構造模塊中，乘法器電路B1的被乘數(shù)端接入過程輸入信號，乘數(shù)端與二階微分包絡特征解調模塊的輸出端連接，則乘法器電路B1的輸出信號為Bl(jco)=A*(TdC0)21+(T>)2乘法器電路B1的輸出性質為實頻項信號。在虛頻項提取模塊中，過程輸入信號經微分電路Al后接到代數(shù)和電路Ml的加法輸入端，乘法器電路B1的輸出接到代數(shù)和電路M1的減法輸入端，即代數(shù)和電路M1用于對一階微分信號和實頻項信號進行減運算，則代數(shù)和電路Ml的輸出信號為/、，T」coi,(co)2,t'■、1+T(1o)ji+(Td")zl+(T")2代數(shù)和電路M1的輸出性質為偽虛頻信號。在本發(fā)明實施例中，微分電路A1、A2及慣性濾波電路A4、A6、A10需要進行參數(shù)調整，其中，微分電路Al和A2微分常數(shù)相同，即V二Td2:Td，慣性濾波電路A4和A6慣性常數(shù)相同并等于微分常數(shù)，即'1'14=Ti6=Td,慣性濾波電路A10慣性常數(shù)為微分常數(shù)的1.666倍，即Tu。=1.666Td。參見圖4,是本發(fā)明實施例提供的偽虛頻濾波控制裝置的偽虛頻濾波理論幅值頻率特性圖。本發(fā)明實施例所提供的偽虛頻濾波控制裝置的理論幅值頻率特性函數(shù)為TdC°9j，其中心周期值為2丌Td,輸出下降到中心增益0.707倍時的截止周1+(Tdco)2期值分別為0.83Td和4.827TTd。若微分電路Al和A2的微分常數(shù)為30s,慣性濾波電路A4和A6的慣性常數(shù)為30s,慣性濾波電路A10的慣性常數(shù)為50s。當過程輸入信號為正弦函數(shù)時，即為Xa)=Asin("t),則理論中心周期值為188.5s，輸出幅值下降到中心增益0.707倍時的理論截止周期值分別為:78.3s、454.3s，其理論幅值頻率特性如圖4所示。仍按上述給出的具體電路參數(shù)，當過程輸入信號為階躍函數(shù)時，即在具體實施當中，本發(fā)明實施例提供的偽虛頻濾波控制裝置可應用于火電廠熱工控制系統(tǒng)中，取代現(xiàn)有技術中PID調節(jié)器回路中的微分作用項或者用于超前校正網絡，將有利于調節(jié)系統(tǒng)性能指標，提高熱工控制回路的調節(jié)品質?，F(xiàn)有技術中，火電廠的鍋爐過熱汽溫調節(jié)采用常規(guī)的PID控制策略，PID調節(jié)器回路的微分項中，其虛頻項可起到超前校正作用，而實頻項則增加了調節(jié)器的高頻增益并使穩(wěn)定性下降。因此，調節(jié)回路中的微分作用項在改善系統(tǒng)動態(tài)性能的同時，其高通濾波特性也放大了高頻干擾，致使系統(tǒng)在有外部高頻干擾時容易引起調節(jié)機構的大幅波動。采用本發(fā)明實施例，在現(xiàn)有的主控回路中引入偽虛頻濾波控制裝置進行優(yōu)化，采用偽虛頻濾波信號取代主調PID控制器中的微分項，可提高過熱汽溫控制系統(tǒng)的調節(jié)品質，降低調節(jié)機構的動態(tài)擾動幅度，并使得被控參數(shù)過渡比優(yōu)化前更平穩(wěn)。本發(fā)明實施例提供的偽虛頻濾波控制方法及裝置，將微分作用環(huán)節(jié)中的虛則偽虛頻濾波時域階特性如圖5所示。頻項濾出，應用于熱工控制領域中的過程控制，可以解決時域閉環(huán)系統(tǒng)與頻域閉環(huán)系統(tǒng)性能指標之間的矛盾，減小高頻干擾對系統(tǒng)的影響，提高熱工控制回路的調節(jié)品質。通過以上的實施方式的描述，本領域的技術人員可以清楚地了解到本發(fā)明可借助軟件加必需的硬件平臺的方式來實現(xiàn)，當然也可以全部通過硬件來實施?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術方案對
背景技術：
做出貢獻的全部或者部分可以以軟件產品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產品可以存儲在存儲介質中，如ROM/RAM、磁碟、光盤等，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，服務器，或者網絡設備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例或者實施例的某些部分所述的方法。以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。權利要求1、一種偽虛頻濾波控制方法，其特征在于，包括對過程輸入信號進行二階微分包絡特征解調運算，獲得二階微分包絡特征量信號；將所述二階微分包絡特征量信號與所述過程輸入信號相乘，獲得實頻項信號；將所述過程輸入信號經微分運算后所獲得的信號與所述實頻項信號相減，獲得偽虛頻信號。2、如權利要求i所述的偽虛頻濾波控制方法，其特征在于，所述對過程豐ir入信號進行二階微分包絡特征解調運算，獲得二階微分包絡特征量信號，包括對過程輸入信號進行微分運算，獲得一階微分信號；對所述一階微分信號進行微分運算，獲得二階微分信號；對所述二階微分信號進行包絡特征解調運算，獲得二階微分包絡特征量信3、如權利要求2所述的偽虛頻濾波控制方法，其特征在于，將所述過程輸入信號經微分運算后所獲得的信號與所述實頻項信號相減，獲得偽虛頻信號，包括將所述一階微分信號與所述實頻項信號相減，獲得所述一階微分信號頻域中的偽虛頻信號。4、一種偽虛頻濾波控制裝置，其特征在于，包括二階微分包絡特征解調模塊，用于對過程輸入信號進行二階微分包絡特征解調運算，獲得二階微分包絡特征量信號；實頻項構造模塊，用于將所述二階微分包絡特征量信號與所述過程輸入信號相乘，獲得實頻項信號；虛頻項提取模塊，用于將所述過程輸入信號經微分運算后所獲得的信號與所述實頻項信號相減，獲得偽虛頻信號。5、如權利要求4所述的偽虛頻濾波控制裝置，其特征在于，所述二階微分包絡特征解調模塊具體包括第一微分單元，用于對過程輸入信號進行微分運算，獲得一階微分信號；第二微分單元，用于對所述一階微分信號進行微分運算，獲得二階微分信包絡特征解調單元，用于對所述二階微分信號進行包絡特征解調運算，獲得二階微分包絡特征量信號。6、如權利要求5所述的偽虛頻濾波控制裝置，其特征在于，所述虛頻項^是取模塊包括代數(shù)和電路，用于對所述一階微分信號及所述實頻項信號進行減運算，獲得偽虛頻信號。全文摘要本發(fā)明實施例公開了一種偽虛頻濾波控制方法及裝置，該方法包括對過程輸入信號進行二階微分包絡特征解調運算，獲得二階微分包絡特征量信號；將所述二階微分包絡特征量信號與所述過程輸入信號相乘，獲得實頻項信號；將所述過程輸入信號經微分運算后所獲得的信號與所述實頻項信號相減，獲得偽虛頻信號。采用本發(fā)明實施例，可減小高頻干擾對熱工控制系統(tǒng)的影響，提高熱工控制回路的調節(jié)品質。文檔編號G05B11/36GK101510071SQ20091003794公開日2009年8月19日申請日期2009年3月16日優(yōu)先權日2009年3月16日發(fā)明者萬文軍,軍李申請人:廣東省電力工業(yè)局試驗研究所