一种燃气轮机转速控制方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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，不能根据系统的变化自动整定。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宄，但是大多数只是停留在实验室方法阶段。燃气轮机的控制系 统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，集散控制系统）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】
[0003] 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，提高燃气轮机系统转速的控 制精度和抗干扰能力。
[0004] 一种燃气轮机转速控制方法，实现所述方法的系统包括：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：
[0005] 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，得到所述系统的转速误差e。
[0006] 步骤2,转速控制器将所述系统的转速误差e传输给计算机；
[0007] 步骤3,计算机对所述系统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ΔΚ ρ，AKi, AKd;
[0008] 步骤4,计算机将步骤3得到的所述精确控制量ΔΚρ，Δ Ki, AKd#输给转速控制 器；
[0009] 步骤5,转速控制器根据精确控制量Λ κρ，Λ Ki, Λ Kd自适应调整PID的控制参数 Kp，Ki，Kd，并进行PID运算。
[0010] 进一步地，所述步骤3还包括：
[0011] 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；
[0012] 步骤3. 2,根据模糊规则，进行模糊推理，得到模糊控制量；
[0013] 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ΛΚρ， AKi, AKd〇
[0014] 进一步地，步骤5所述自适应调整控制参数Kp，Ki, Kd的表达式为： _] Kp= Kp0+Λ Kp
[0016] Ki= Ki0+AKi
[0017] Kd= Kdo+AKd
[0018] 式中，Kp(l、Ki(l、Kdtl为初始参数。
[0019] 进一步地，步骤5所述进行PID运算后的最终输出为：
[0020] OM/ = K e + Kj [ edl + Kj -- J dt
[0021] 进一步地，安装在计算机上的模糊控制算法软件为Matlab软件。
[0022] 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。
[0023] 进一步地，计算机还安装有OPC服务软件，作为以0LE/C0M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。
[0024] 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。
[0025] 与现有的技术比较，本发明的优点是：
[0026] (1)转速控制器的参数能够自适应调整，系统的响应速度和调节精度会明显优于 传统的转速控制器；
[0027] (2)与传统的控制系统相比，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。
[0028] (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， 提尚系统的控制性能。
[0029] (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】
[0030] 图1为实现本发明所述方法的系统组成框图；
[0031] 图2为本发明所述方法流程图；
[0032] 图3为KM950控制原理图。
【具体实施方式】
[0033] 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。
[0034] 实现燃气轮机转速控制的系统如图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为整个燃气轮机系统的主要控制单元，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Kp，Ki, Kd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。
[0035] 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：
[0036] 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 差得到系统的转速误差e。
[0037] 步骤2,转速控制器102将转速误差e传输给计算机101。
[0038] 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ΔΚ ρ，AKi, ΛKd，具体方法如下：
[0039] 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；
[0040] 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；
[0041] 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 ΛΚρ，AKi, AKd。
[0042] 步骤4,计算机101将步骤3得到的精确控制量Λ Κρ，Λ Ki, Λ心传输给转速控制 器 102 ;
[0043] 步骤5,转速控制器102根据精确控制量ΛΚρ，AKi, AKd自适应调整PID的控制 参数Kp，Ki, Kd，并进行PID运算。
[0044] Kp，Ki, Kd的表达式为：
[0045] Kp= Kp0+Λ Kp
[0046] Ki= K i0+ Δ Ki
[0047] Kd= Kdo+Δ Kd
[0048] 式中，KpQ、KiQ、Kdtl为默认参数。
[0049] 如图3所示，PID运算后的输出为： f de
[0050] OUi - K €-\- K I cdl ?- K,- p J dt
[0051] 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。
[0052] 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。
【主权项】
1. 一种燃气轮机转速控制方法，实现所述方法的系统包括：计算机（ιο?)、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，得到所述系统的转速误差e。 步骤2,转速控制器（102)将所述系统的转速误差e传输给计算机（101); 步骤3,计算机（101)对所述系统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Λ Κρ，Λ Ki, Λ Kd; 步骤4,计算机（101)将步骤3得到的所述精确控制量Λ Κρ，Λ Ki, Λ Kd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Λ Κρ，Λ Ki, Λ Kd自适应调整PID的控制参 数Kp，Ki, Kd，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 ^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 AKp，AKi，AKd。
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Kp，K i, Kd的表达式为： Kp= Kp0+Λ Kp Ki=Kic^AKi Kd= K d0+ Δ Kd 式中，Kptl、Kitl、Kdtl为系统初始参数。
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： J濤 diJ edt + K,, - 〇 ?
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0LE/C0M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。
【专利摘要】本发明涉及一种燃气轮机转速控制方法，实现所述方法的系统包括计算机、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系统转速误差；计算机对所述系统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，提高了系统的控制性能。
【IPC分类】F02C9-00
【公开号】CN104632416
【申请号】CN201410843684
【发明人】徐胜松
【申请人】北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2014年12月30日