CN109506028B - 一种压力调节阀的快速随动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种压力调节阀的快速随动控制方法，包括控制器、执行器、压力调节阀和相关传感器。压力调节阀前装有压力、温度和流量传感器。干扰源来自另外的阀门；其控制原理如下：1.当扰动发生以后，控制器检测干扰源的流量信号、阀位信号；2.控制器根据工程热力学计算公式，得出压力调节阀KV值，然后调节阀流量特性曲线査值，得出对应KV值的阀位开度信息，作为流量前馈抑制干扰；3.同时提取干扰源阀位变化，作为阀位前馈抑制瞬时扰动；4.流量前馈、阀位前馈和闭环调节的综合效果作用于执行器，控制压力调节阀的开启和关闭。本发明控制效果极好，响应特性和稳定性极佳，同时采用通用的调试方法，极大的减轻了调试任务，具有很高的可靠性和适应性。

Description

一种压力调节阀的快速随动控制方法

技术领域

本发明涉及一种压力调节阀的快速随动控制方法，具体而言，涉及一种根据工程热力学计算公式和现场参数整定得出的蒸汽压力调节阀快速随动稳压的控制方法。

背景技术

随动控制是目前工业过程控制中普遍存在的一种控制形式，其控制性能的好坏将直接决定系统的稳定性和响应速率，决定系统能否实现全自动变工况运行、且尽可能小地对其他蒸汽用户造成干扰、尽可能小地影响动力源正常运行。

目前工业应用中随动控制普遍采用的控制方法有以下几种：(1)PID控制，最普遍的闭环控制方法，适用性强；(2)开环控制，参数整定工作量小，实现简单(3)PID+阀位前馈控制，调节过程稳定，控制精度较高。其中，第一种控制方法调试简单，适用性强，但是容易出现震荡，响应延迟，控制滞后，调节时间过长，出现较大工况变化时容易失调；第二种控制方法调试简单，但是控制精度低，抗干扰能力弱，忽略了其他干扰因素可能造成的的影响，适于在特定环境下使用；第三种充分考虑了压力调节阀快速响应能力，但是并没有准确给定阀位的基准开度，造成过程偏差略大，控制过程不稳定，使控制难度加大。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供一种压力调节阀的快速随动控制方法，控制器根据工程热力学计算公式和压力调节阀流量特性曲线以及阀位前馈和闭环控制方法得出压力调节阀快速随动稳压的输出开度值，控制执行器动作，使调节阀阀前压力稳定。

本发明为了实现上述目的，采用的技术方案是：一种双前馈闭环稳压的控制方法，系统组成与其他通用控制系统一致，包括控制器、执行器、压力调节阀和相关传感器。

控制器用于实时检测阀门、管道状态和计算、下发控制信号。

所述状态包括蒸汽温度、压力参数和干扰源阀门的阀位、流量变化。

所述计算、下发控制信号包括计算干扰阀门开度的变化率；调节阀的压力闭环调节运算；计算KV值，数据库査值得出压力调节阀输出开度；继而控制执行器输出。

一种压力调节阀的快速随动控制方法，包括以下步骤：

控制器检测干扰源流量信号，根据工程热力学计算公式，计算出压力调节阀KV值，然后根据压力调节阀的流量特性曲线査值，得出流量前馈值，压力调节阀KV值通过以下公式得到：

发生阻塞流以后，计算公式如下：

其中，Q_t为总负荷，Q_d为干扰源流量，P为压力调节阀阀前压力，ΔP为压力调节阀前后压差，α为压力调节阀系数，μ为临界阻塞流系数，R₁、R₂为常数，ρ为蒸汽密度，KV为阀门通流能力系数。

为了弥补流量前馈的滞后特性，在干扰发生时提取干扰源阀位变化信号，微分计算结果作为阀位前馈值，用于抑制干扰源瞬时扰动。

添加闭环控制环节，提高系统稳态精度和抗干扰能力。

本发明具有以下优点：

本发明虽然涉及控制参数较多，但是采用通用的调试方法，参数整定过程简单，极大的减轻了调试任务，节约时间和劳动成本。

控制效果极好，具有极佳的动态响应特性和系统稳定性，较高的稳态精度。

具有很高的可靠性和较强的适应性，在蒸汽管道稳压控制方面有很强的推广性。

附图说明

图1本发明的控制流程图；

图2本发明的调节阀流量特性曲线；

图3本发明在实际应用中的效果图。

主要附图标记说明：

1-控制器、2-执行器、3-压力调节阀、4-相关传感器

具体实施方式

下面结合附图和具体实施案例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

在控制器编程之前需要获取压力调节阀相关数据，包括调节阀流量特性曲线和临界阻塞流常数ε；图2为典型的压力调节阀流量特性曲线。

先向控制器存储区导入水蒸气数据库，控制器实时采集压力调节阀前温度、压力信号，控制器通过温度、压力值，査值得到蒸汽密度。

通过操作站设定总负荷，控制器实时采集干扰阀门的流量变化，得出压力调节阀的目标流量。

控制器实时采集干扰阀门的阀位变化，微分计算得出阀位前馈

(T_D为微分时间)。

根据压力调节阀阀前目标压力和阀后压力，计算调节阀压差比

比较ε₁与临界阻塞流常数ε大小，当ε₁>ε，KV计算公式如下：

当ε₁<ε，KV计算公式如下：

其中，Q_t为总负荷，Q_d为干扰源流量，P为压力调节阀阀前压力，ΔP为压力调节阀前后压差，α为压力调节阀系数，μ为临界阻塞流系数，R₁、R₂为常数，ρ为蒸汽密度，KV为阀门通流能力系数。

向控制器存储区导入压力调节阀流量特性曲线数据库，控制器实时采集KV值，査值得到流量前馈值Y₂。

闭环控制采用PID调节方法，控制器实时采集调节阀阀前压力，以目标压力为设定值，输出为

(K_p为比例系数，ΔE为控制偏差，T_n为积分时间，T_v为微分时间)。

最终输出Y＝K₁Y₁+K₂Y₂+K₃Y₃(K₁为阀位前馈系数，K₂为流量前馈系数，K₃为闭环控制系数)。

参数整定过程中，按照先整定PID；然后加入流量前馈，逐步增大流量前馈系数K₂，减小闭环控制系数K₃；最后加入阀位前馈，逐步增大阀位前馈系数K₁，逐步减小流量前馈系数K₂和闭环控制系数K₃，使系统达到最优控制状态。

以上是本发明的实施方式，图3为实际应用中的控制效果，从图中可以看出，即使在工况剧烈变化时，调节阀输出非常平稳，没有出现抖动或震荡，调节阀阀前压力保持稳定。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种压力调节阀的快速随动控制方法，其特征在于：该方法是一种双前馈闭环稳压的控制方法，获取干扰源流量变化值，通过阀门流量特性曲线计算得出流量前馈值；为了弥补流量前馈的滞后影响，获取干扰源阀位变化信号，得出阀位前馈值；获取调节阀阀前压力实际值，将阀前压力实际值与设定值进行比较，得到偏差值，将偏差值输入到PID控制器，得到闭环控制值；流量前馈值、阀位前馈值和闭环控制值三者相加，得到调节阀开度控制值，根据调节阀开度控制值大小控制执行器，进而控制压力调节阀通流能力，稳定压力调节阀阀前压力。

2.根据权利要求1所述的一种压力调节阀的快速随动控制方法，其特征在于，流量前馈用于输出稳压基准开度，阀位前馈用于快速抑制干扰源瞬时扰动，闭环控制用于提高系统稳态精度和抗干扰能力。

3.根据权利要求2所述的一种压力调节阀的快速随动控制方法，其特征在于，控制器需要检测干扰源流量信号，根据压力调节阀的流量与通流能力计算公式，计算出压力调节阀KV值，然后根据压力调节阀的流量特性曲线査值，得出流量前馈值，压力调节阀KV值通过以下公式得到：

发生阻塞流以后，计算公式如下：

其中，Q_t为总负荷，Q_d为干扰源流量，P为压力调节阀阀前压力，ΔP为压力调节阀前后压差，α为压力调节阀系数，μ为临界阻塞流系数，R₁、R₂为常数，ρ为蒸汽密度，KV为阀门通流能力系数。

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