水位控制信号的负向加速装置、方法及锅炉水位控制系统与流程

1.本技术涉及火电机组过程控制技术领域，尤其涉及一种水位控制信号的负向加速装置、方法及锅炉水位控制系统。

背景技术：

2.在火电机组过程控制实践中，火电机组的锅炉水位控制系统，经常会出现锅炉水位的超水位问题，相对来说，负向超水位(即锅炉水位低于给定值)问题更为严重。如果水位过低，会破坏汽水循环，严重时导致锅炉爆炸。
3.目前，针对锅炉水位的负向超水位问题，现有技术采用一位式控制方法，在锅炉水位的负向偏差超过一定幅度即锅炉水位到达低液位时，给水阀增加一个开度，以控制水位平衡。但是锅炉水位从零偏差到一定的负偏差需要一定的时间，导致控制滞后，控制效果有限。

技术实现要素：

4.本技术提供了一种水位控制信号的负向加速装置、方法及锅炉水位控制系统，以解决当前锅炉水位控制滞后的技术问题。
5.为了解决上述技术问题，第一方面，本技术提供了一种水位控制信号的负向加速装置，包括正反馈加速器、微分器和负向输出控制器；
6.所述正反馈加速器，用于对水位控制信号进行信号加速，得到加速信号；
7.所述微分器，用于对所述加速信号进行信号转换，生成微分信号；
8.所述负向输出控制器，用于提取所述微分信号中的负向加速信号。
9.作为优选，所述水位控制信号为锅炉水位控制系统的锅炉水位信号与锅炉水位给定信号之间的偏差信号。
10.作为优选，所述正反馈加速器包括正反馈环节、积分加速器和积分限幅器；
11.所述正反馈环节，用于控制所述积分加速器加速；
12.所述积分加速器，用于对所述水位控制信号进行加速，生成加速信号；
13.所述积分限幅器，用于对所述积分加速器输出的加速信号进行限幅。
14.作为优选，所述积分加速器为：
[0015][0016]
其中，i(s)为积分加速器的传递函数，s为拉普拉斯算子，ti为所述积分加速器的积分时间常数。
[0017]
所述积分限幅器为：
[0018][0019]
其中，i(t)为所述积分加速器的输出信号，pv
in
(t)为所述水位控制信号。
[0020]
作为优选，所述微分器：
[0021][0022]
其中，d(s)为所述微分器的传递函数，td为所述微分器的微分时间常数，s为拉普拉斯算子，kd为所述微分器的增益。
[0023]
作为优选，所述负向输出控制器为：
[0024][0025]
其中，doc(t)为负向输出控制器的输出信号，d(t)为所述微分器的输出信号。
[0026]
第二方面，本技术提供一种水位控制信号的负向加速观测方法，包括：
[0027]
将单位阶跃水位控制信号输入至五阶惯性过程，得到水位控制信号；
[0028]
将所述水位控制信号输入至如第一方面所述的水位控制信号的负向加速装置，得到目标加速信号。
[0029]
第三方面，本技术提供一种锅炉水位控制系统，包括控制器，所述控制器包括串级比例控制器、工程最速积分器和如第一方面所述的水位控制信号的负向加速装置；
[0030]
所述串级比例控制器分别与所述工程最速积分器和所述负向加速装置连接，所述串级比例控制器的水位控制信号为水位控制信号，所述水位控制信号为锅炉水位控制系统的锅炉水位信号与锅炉水位给定信号之间的偏差信号；
[0031]
所述控制器为：
[0032]
c(s)＝k
cpc
[efi(s)+pna(s)]；
[0033]
其中，c(s)为控制器的传递函数，efi(s)为工程最速积分器的传递函数，ndsa(s)为负向加速装置的传递函数，k
cpc
为串级比例控制器的增益。
[0034]
作为优选，所述工程最速积分器的传递函数为：
[0035][0036]
其中，efpi(s)为工程最速积分器的传递函数，s为拉普拉斯算子，n为工程最速积分器的阶次，t
efi
为工作最速积分器的时间常数。
[0037]
作为优选，所述负向加速装置的传递函数为：
[0038]
[0039]
其中ti为积分加速器的积分时间常数，s为拉普拉斯算子，td为微分器的微分时间常数，kd为微分器的增益，i(t)为积分加速器的输出信号，d(t)为微分器的输出信号，pv
in
(t)为所述水位控制信号。
[0040]
与现有技术相比，本技术至少具备以下有益效果：
[0041]
本技术的负向加速装置，包括正反馈加速器、微分器和负向输出控制器；所述正反馈加速器用于对水位控制信号进行信号加速，得到加速信号；所述微分器用于对所述加速信号进行信号转换，生成微分信号；所述负向输出控制器用于提取所述微分信号中的负向加速信号。
[0042]
本技术通过负向加速装置对水位控制信号进行负向加速，以使水位控制信号中具有下降趋势的负极信号提前输出，从而提前进行负向超水位控制，即正反馈加速器能够起到信号加速作用，以在零偏差开始时伴随加速作用，降低控制滞后，进而能够解决锅炉水位控制系统存在的负向超水位问题，增强控制效果。
附图说明
[0043]
图1为本技术一实施例示出的水位控制信号的负向加速装置的结构示意图；
[0044]
图2为本技术另一实施例示出的水位控制信号的负向加速装置的结构示意图；
[0045]
图3为本技术实施例示出的水位控制信号的负向加速方法的结构示意图；
[0046]
图4为本技术实施例示出的负向加速装置的提取结果示意图；
[0047]
图5为本技术实施例示出的锅炉水位控制系统的结构示意图；
[0048]
图6为本技术实施例示出的锅炉水位控制系统的控制结果示意图。
具体实施方式
[0049]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0050]
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
[0051]
应当理解，在本技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本技术。如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0052]
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0053]
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0054]
在本技术描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技
术领域的技术人员所理解。
[0055]
在本技术描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
[0056]
请参照图1，图1为本技术实施例提供的一种水位控制信号的负向加速装置的结构示意图。本技术实施例的水位控制信号的负向加速装置可搭载于计算机设备，该计算机设备包括但不限于智能手机、笔记本电脑、平板电脑、桌上型计算机、物理服务器和云服务器等设备。如图1所示，本实施例的水位控制信号的负向加速装置，包括正反馈加速器11、微分器12和负向输出控制器13；
[0057]
所述正反馈加速器11，用于对水位控制信号进行信号加速，得到加速信号；
[0058]
所述微分器12，用于对所述加速信号进行信号转换，生成微分信号；
[0059]
所述负向输出控制器13，用于提取所述微分信号中的负向加速信号。
[0060]
在本实施例中，通过正反馈加速器对水位控制信号进行加速观测，能够稳定且快速地抑制给定系统过程的负向偏差。以火电机组为例，锅炉水位从零偏差到一定的负偏差需要一定的时间。而本技术的正反馈加速器具有加速作用，使得锅炉水位从零偏差开始后伴随正反馈加速器的加速而消除控制滞后问题，因此对于抑制锅炉水位控制系统的锅炉水位有较好作用。
[0061]
需要说明的是，本实施例的负向表示负信号，如－1。
[0062]
可选地，所述水位控制信号为锅炉水位控制系统的锅炉水位信号与锅炉水位给定信号之间的偏差信号。
[0063]
在一些实施例中，如图2所示，所述正反馈加速器11包括正反馈环节111、积分加速器112和积分限幅器113；
[0064]
所述正反馈环节，用于控制所述积分加速器加速；
[0065]
所述积分加速器，用于对所述水位控制信号进行加速，生成加速信号；
[0066]
所述积分限幅器，用于对所述积分加速器输出的加速信号进行限幅。
[0067]
在本实施例中，在积分加速器的基础上引入积分限幅器，避免积分加速器在正反馈环节控制输出时不收敛的问题，保证信号输出的收敛性。
[0068]
可选地，所述积分加速器为：
[0069][0070]
其中，i(s)为积分加速器的传递函数，s为拉普拉斯算子，ti为所述积分加速器的积分时间常数。
[0071]
所述积分限幅器为：
[0072][0073]
其中，i(t)为所述积分加速器的输出信号，pv
in
(t)为所述水位控制信号。
[0074]
可选地，所述微分器：
[0075][0076]
其中，d(s)为所述微分器的传递函数，td为所述微分器的微分时间常数，s为拉普拉斯算子，kd为所述微分器的增益。
[0077]
可选地，所述负向输出控制器为：
[0078][0079]
其中，doc(t)为负向输出控制器的输出信号，d(t)为所述微分器的输出信号。
[0080]
请参见图3，本技术提供一种水位控制信号的负向加速观测方法的流程示意图。如图3所示，该方法包括：
[0081]
步骤s301，将单位阶跃水位控制信号输入至五阶惯性过程，得到水位控制信号；
[0082]
步骤s302，将所述水位控制信号输入至如图1或图2所示的水位控制信号的负向加速装置，得到目标加速信号。
[0083]
在本实施例中，对5阶惯性过程(five order inertia process，foip)在单位阶跃输入的过程输出信号进行pna过程负向加速观测。
[0084]
可选地，五阶惯性过程foip为：
[0085][0086]
其中，foip(s)为5阶惯性过程foip的传递函数，t
foip
为foip时间常数，单位为s。
[0087]
作为示例而非限定，在ti＝200s，td＝200s，t
foip
＝200s，kd＝4，foip输入为单位阶跃水位控制信号，得到foip过程输出信号的过程负向加速器pna输出信号的观测结果，如图4所示。pv
foip
(t)为5阶惯性过程foip在单位阶跃输入的过程输出信号，pv
pna
(t)为负向加速装置pna的输出信号。由图4可见，pna的过程输出信号明显超前于foip过程输出信号，客观上起到负向水位控制信号的超前观测作用，能够将负向控制量提前，对于抑制锅炉水位控制系统的负向超水位有较好作用。
[0088]
请参见图5，本技术还提供一种锅炉水位控制系统的结构示意图。如图5所示，该系统包括控制器(controller，c)和控制过程(controller process，cp)，所述控制器包括串级比例控制器cpc、工程最速积分器efi和如图1或图2所示的水位控制信号的负向加速装置pna；
[0089]
所述串级比例控制器分别与所述工程最速积分器和所述负向加速装置连接，所述串级比例控制器的水位控制信号为水位控制信号，所述水位控制信号为锅炉水位控制系统的锅炉水位信号与锅炉水位给定信号之间的偏差信号；
[0090]
所述控制器为：
[0091]
c(s)＝k
cpc
[efi(s)+pna(s)]；
[0092]
其中，c(s)为控制器的传递函数，efi(s)为工程最速积分器的传递函数，ndsa(s)为负向加速装置的传递函数，k
cpc
为串级比例控制器的增益。
[0093]
作为优选，所述工程最速积分器的传递函数为：
[0094][0095]
其中，efpi(s)为工程最速积分器的传递函数，s为拉普拉斯算子，n为工程最速积分器的阶次，t
efi
为工作最速积分器的时间常数。
[0096]
作为优选，所述负向加速装置的传递函数为：
[0097][0098]
其中ti为积分加速器的积分时间常数，s为拉普拉斯算子，td为微分器的微分时间常数，kd为微分器的增益，i(t)为积分加速器的输出信号，d(t)为微分器的输出信号，pv
in
(t)为所述水位控制信号。
[0099]
作为示例而非限定，将所述控制器c应用于某电厂1000mw超临界火电机组的锅炉水位控制系统，得到控制结果，如图6所示。在10：00之后加入过程负向加速器pna，其中在未加入pna前，相对于锅炉水位给定值，锅炉水位最大负向偏差为9.45mm；在加入pna后，锅炉水位最大负向偏差为5.47mm。可见，pna对抑制锅炉水位的负向偏差有较好的作用。
[0100]
在本技术所提供的几个实施例中，可以理解的是，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意的是，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。
[0101]
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台终端设备执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read－only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0102]
以上所述的具体实施例，对本技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本技术的具体实施例而已，并不用于限定本技术的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：

1.一种水位控制信号的负向加速装置，其特征在于，包括正反馈加速器、微分器和负向输出控制器；所述正反馈加速器，用于对水位控制信号进行信号加速，得到加速信号；所述微分器，用于对所述加速信号进行信号转换，生成微分信号；所述负向输出控制器，用于提取所述微分信号中的负向加速信号。2.如权利要求1所述的水位控制信号的负向加速装置，其特征在于，所述水位控制信号为锅炉水位控制系统的锅炉水位信号与锅炉水位给定信号之间的偏差信号。3.如权利要求1所述的水位控制信号的负向加速装置，其特征在于，所述正反馈加速器包括正反馈环节、积分加速器和积分限幅器；所述正反馈环节，用于控制所述积分加速器加速；所述积分加速器，用于对所述水位控制信号进行加速，生成加速信号；所述积分限幅器，用于对所述积分加速器输出的加速信号进行限幅。4.如权利要求3所述的水位控制信号的负向加速装置，其特征在于，所述积分加速器为：其中，i(s)为积分加速器的传递函数，s为拉普拉斯算子，t
i
为所述积分加速器的积分时间常数。所述积分限幅器为：其中，i(t)为所述积分加速器的输出信号，pv
in
(t)为所述水位控制信号。5.如权利要求1所述的水位控制信号的负向加速装置，其特征在于，所述微分器：其中，d(s)为所述微分器的传递函数，t
d
为所述微分器的微分时间常数，s为拉普拉斯算子，k
d
为所述微分器的增益。6.如权利要求1所述的水位控制信号的负向加速装置，其特征在于，所述负向输出控制器为：其中，doc(t)为负向输出控制器的输出信号，d(t)为所述微分器的输出信号。7.一种水位控制信号的负向加速观测方法，其特征在于，包括：将单位阶跃输入信号输入至五阶惯性过程，得到水位控制信号；将所述水位控制信号输入至如权利要求1至6任一项所述的水位控制信号的负向加速装置，得到目标加速信号。8.一种锅炉水位控制系统，其特征在于，包括控制器，所述控制器包括串级比例控制
器、工程最速积分器和如权利要求1至6任一项所述的水位控制信号的负向加速装置；所述串级比例控制器分别与所述工程最速积分器和所述负向加速装置连接，所述串级比例控制器的水位控制信号为水位控制信号，所述水位控制信号为锅炉水位控制系统的锅炉水位信号与锅炉水位给定信号之间的偏差信号；所述控制器为：c(s)＝k
cpc
[efi(s)+pna(s)]；其中，c(s)为控制器的传递函数，efi(s)为工程最速积分器的传递函数，ndsa(s)为负向加速装置的传递函数，k
cpc
为串级比例控制器的增益。9.如权利要求8所述的锅炉水位控制系统，其特征在于，所述工程最速积分器的传递函数为：其中，efpi(s)为工程最速积分器的传递函数，s为拉普拉斯算子，n为工程最速积分器的阶次，t
efi
为工作最速积分器的时间常数。10.如权利要求8所述的锅炉水位控制系统，其特征在于，所述负向加速装置的传递函数为：其中t
i
为积分加速器的积分时间常数，s为拉普拉斯算子，t
d
为微分器的微分时间常数，k
d
为微分器的增益，i(t)为积分加速器的输出信号，d(t)为微分器的输出信号，pv
in
(t)为所述水位控制信号。

技术总结

本申请公开了一种水位控制信号的负向加速装置、方法及锅炉水位控制系统，负向加速装置包括正反馈加速器、微分器和负向输出控制器；所述正反馈加速器用于对水位控制信号进行信号加速，得到加速信号；所述微分器用于对所述加速信号进行信号转换，生成微分信号；所述负向输出控制器用于提取所述微分信号中的负向加速信号。通过负向加速装置对水位控制信号进行负向加速，以使水位控制信号中具有下降趋势的负极信号提前输出，从而提前进行负向超水位控制，即正反馈加速器能够起到信号加速作用，以在零偏差开始时伴随加速作用，降低控制滞后进而能够解决锅炉水位控制系统存在的负向超水位问题，增强控制效果。增强控制效果。增强控制效果。