CN104632416A

CN104632416A - 一种燃气轮机转速控制方法

Info

Publication number: CN104632416A
Application number: CN201410843684.1A
Authority: CN
Inventors: 徐胜松
Original assignee: Beijing Huatsing Gas Turbine and IGCC Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Huatsing Gas Turbine and IGCC Technology Co Ltd
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2015-05-20

Abstract

本发明涉及一种燃气轮机转速控制方法，实现所述方法的***包括计算机、转速控制器和现场设备。计算机安装了用于实现模糊控制算法的软件和OPC服务软件。所述方法包括：采集现场设备的转速并求***转速误差；计算机对所述***转速误差和转速误差的变化率进行模糊化处理，经模糊推理和精确化处理得到精确控制量，然后送转速控制器自适应调整PID的控制参数，并进行PID运算，实现对现场设备的控制。本发明的转速控制器的参数能够自适应调整；通过增加一个Matlab控制，复杂的控制算法由Matlab软件实现，不增加转速控制器的程序量和程序执行负担，甚至可以将转速控制器的一部分功能转移到Matlab中，提高了***的控制性能。

Description

一种燃气轮机转速控制方法

技术领域

本发明属于燃气轮机控制领域，具体涉及一种燃气轮机转速控制方法。

背景技术

现有的燃气轮机转速控制大多采用传统的PID控制，由于燃气轮机本身的结构和工艺非常复杂，加之工作环境恶劣，本身多个执行机构调节过程相互耦合干扰，传统的PID控制的参数固定，不能根据***的变化自动整定。目前，虽然智能算法在燃气轮机中的应用已经进行了一定的研究，但是大多数只是停留在实验室方法阶段。燃气轮机的控制***使用的控制器主要以PLC(Programmable logic Controller，可编程逻辑控制器)或者DCS(Distributed Control System，集散控制***)为主，控制程序的设计语言主要是梯形图和语句表，实现复杂的参数自整定程序非常困难，而且程序的可移植性差，不同的控制器之间由于本身语法结构和指令的不同，无法通用。

发明内容

为了克服传统PID控制在燃气轮机转速控制领域的不足，本发明提供一种燃气轮机转速控制方法，结合Matlab软件实现自适应模糊PID控制，提高燃气轮机***转速的控制精度和抗干扰能力。

一种燃气轮机转速控制方法，实现所述方法的***包括：计算机、转速控制器和现场设备；其中，计算机安装了用于实现模糊控制算法的软件，用于通过模糊控制算法计算PID参数变化量，计算机还安装有OPC服务软件，用作OPC服务器，实现计算机与转速控制器之间的数据通讯；转速控制器用于在计算机的的配合下，实现对现场设备即燃气轮机转速的直接控制。所述方法包括以下步骤：

步骤1，转速控制器对现场设备进行数据采集，得到现场设备当前的转速，求设定转速与当前转速的差，得到所述***的转速误差e。

步骤2，转速控制器将所述***的转速误差e传输给计算机；

步骤3，计算机对所述***的转速误差和转速误差的变化率进行模糊化处理，经模糊推理和精确化处理得到精确控制量ΔK_p，ΔK_i，ΔK_d；

步骤4，计算机将步骤3得到的所述精确控制量ΔK_p，ΔK_i，ΔK_d传输给转速控制器；

步骤5，转速控制器根据精确控制量ΔK_p，ΔK_i，ΔK_d自适应调整PID的控制参数K_p，K_i，K_d，并进行PID运算。

进一步地，所述步骤3还包括：

步骤3.1，对转速误差e进行微分运算得到误差变化率e′，之后对e和e′进行模糊化处理；

步骤3.2，根据模糊规则，进行模糊推理，得到模糊控制量；

步骤3.3，将模糊推理得到的模糊输出量进行精确化处理，得到精确控制量ΔK_p，ΔK_i，ΔK_d。

进一步地，步骤5所述自适应调整控制参数K_p，K_i，K_d的表达式为：

K_p＝K_p0+ΔK_p

K_i＝K_i0+ΔK_i

K_d＝K_d0+ΔK_d

式中，K_p0、K_i0、K_d0为初始参数。

进一步地，步骤5所述进行PID运算后的最终输出为：

out = K_{p} e + K_{i} &Integral; edt + K_{d} \frac{de}{dt}

进一步地，安装在计算机上的模糊控制算法软件为Matlab软件。

进一步地，所述Matlab软件通过OPC Toolbox与过程变量交互，并提供fuzzy Toobox实现模块控制算法，将两者结合起来，实现模糊控制。

进一步地，计算机还安装有OPC服务软件，作为以OLE/COM机制为应用程序通讯标准的OPC服务器实现计算机与转速控制器之间的数据通讯。

进一步地，所述转速控制器采用KM950控制器；KM950控制器支持冗余，具有网络通信功能，扫描周期短。

与现有的技术比较，本发明的优点是：

(1)转速控制器的参数能够自适应调整，***的响应速度和调节精度会明显优于传统的转速控制器；

(2)与传统的控制***相比，本发明只是增加了一个Matlab控制，使本发明易于应用到实际工程中。

(3)复杂的控制算法由Matlab软件实现，不增加转速控制器的程序量和程序执行负担，甚至可以将转速控制器的一部分功能转移到Matlab中，以减轻转速控制器的负担，提高***的控制性能。

(4)采用KM950控制器，支持冗余、网络通信功能强大、扫描周期短，整体性能优于一般控制器。

附图说明

图1为实现本发明所述方法的***组成框图；

图2为本发明所述方法流程图；

图3为KM950控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实现燃气轮机转速控制的***如图1所示，包括计算机101、转速控制器102和现场设备103。计算机101内部安装了实现模糊控制算法的Matlab软件，计算机同时作为OPC服务器，安装有OPC服务软件，它提供了一个工业标准接口，其作用是与转速控制其进行数据通讯。转速控制器102采用KM950控制器。计算机101通过OPC服务器接收转速控制器102采集的转速误差信号，并由转速误差信号计算误差的变化率。之后对误差和误差变化率模糊化，根据模糊规则进行模糊推理得到模糊控制量。最后对模糊控制量进行精确化处理得到PID参数的变化量。转速控制器102为整个燃气轮机***的主要控制单元，根据由Matlab软件实现的模糊控制器计算出的PID参数变化量实时调整控制器中的K_p，K_i，K_d三个参数，并根据设定转速和反馈转速进行PID运算，计算出最终的控制量。

燃气轮机的转速控制方法的流程图如图2所示，包括以下步骤：

步骤1，转速控制器102采集现场设备103的转速，通过求设定转速与当前转速的差得到***的转速误差e。

步骤2，转速控制器102将转速误差e传输给计算机101。

步骤3，计算机101对转速误差和转速误差的变化率进行模糊化处理，经模糊推理和精确化处理得到精确的控制量ΔK_p，ΔK_i，ΔK_d，具体方法如下：

步骤3.1，计算机101对转速误差e进行微分运算得到误差变化率e′，之后对e和e′进行模糊化处理；

步骤3.2，计算机101根据模糊规则，进行模糊推理，得到模糊控制量；

步骤3.3，计算机101将模糊推理得到的模糊输出量进行精确化处理，得到精确的控制量ΔK_p，ΔK_i，ΔK_d。

步骤4，计算机101将步骤3得到的精确控制量ΔK_p，ΔK_i，ΔK_d传输给转速控制器102；

步骤5，转速控制器102根据精确控制量ΔK_p，ΔK_i，ΔK_d自适应调整PID的控制参数K_p，K_i，K_d，并进行PID运算。

K_p，K_i，K_d的表达式为：

K_p＝K_p0+ΔK_p

K_i＝K_i0+ΔK_i

K_d＝K_d0+ΔK_d

式中，K_p0、K_i0、K_d0为默认参数。

如图3所示，PID运算后的输出为：

out = K_{p} e + K_{i} &Integral; edt + K_{d} \frac{de}{dt}

优选地，所述Matlab软件通过OPC Toolbox与过程变量交互，并提供fuzzy Toobox实现模块控制算法，将两者结合起来，实现模糊控制。

领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims

1.一种燃气轮机转速控制方法，实现所述方法的***包括：计算机(101)、转速控制器(102)和现场设备(103)；其中，计算机(101)安装了用于实现模糊控制算法的软件，用于通过模糊控制算法计算PID参数变化量；转速控制器(102)用于在计算机(101)的配合下，实现对现场设备(103)即燃气轮机转速的直接控制。其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，转速控制器(102)对现场设备(103)进行数据采集，得到现场设备(103)当前的转速，求设定转速与当前转速的差，得到所述***的转速误差e。

步骤2，转速控制器(102)将所述***的转速误差e传输给计算机(101)；

步骤3，计算机(101)对所述***的转速误差和转速误差的变化率进行模糊化处理，经模糊推理和精确化处理得到精确控制量△K_p，△K_i，△K_d；

步骤4，计算机(101)将步骤3得到的所述精确控制量△K_p，△K_i，△K_d传输给转速控制器(102)；

步骤5，转速控制器(102)根据精确控制量△K_p，△K_i，△K_d自适应调整PID的控制参数K_p，K_i，K_d，并进行PID运算，实现对现场设备(103)的控制。

2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机转速控制方法，其特征在于，所述步骤3还包括：

步骤3.1，计算机(101)对转速误差e进行微分运算得到误差变化率e′，之后对e和e′进行模糊化处理；

步骤3.2，计算机(101)根据模糊规则，进行模糊推理，得到模糊控制量；

步骤3.3，计算机(101)将模糊推理得到的模糊输出量进行精确化处理，得到精确控制量△K_p，△K_i，△K_d。

3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机转速控制方法，其特征在于，步骤5所述自适应调整控制参数K_p，K_i，K_d的表达式为：

K_p＝K_p0+△K_p

K_i＝K_i0+△K_i

K_d＝K_d0+△K_d

式中，K_p0、K_i0、K_d0为***初始参数。

4.根据权利要求1或3所述的一种燃气轮机转速控制方法，其特征在于，步骤5所述进行PID运算后的输出为：

。

5.根据权利要求1所述的一种燃气轮机转速控制方法，其特征在于，安装在计算机(101)上的模糊控制算法软件为Matlab软件。

6.根据权利要求5所述的一种燃气轮机转速控制方法，其特征在于，所述Matlab软件通过OPC Toolbox与过程变量交互，并提供fuzzy Toobox实现模块控制算法，将两者结合起来，实现模糊控制。

7.根据权利要求1所述的一种燃气轮机转速控制方法，其特征在于，计算机(101)还安装有OPC服务软件，作为以OLE/COM机制为应用程序通讯标准的OPC服务器实现计算机(101)与转速控制器(102)之间的数据通讯。

8.根据权利要求1、2、3、5、6、7中任意一项所述的一种燃气轮机转速控制方法，其特征在于，所述转速控制器(102)采用支持冗余、具有网络通信功能、扫描周期短的KM950控制器。