燃气轮机闭环pid控制器的参数整定方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气轮机控制技术领域，具体涉及一种燃气轮机闭环PID控制器(Proport1n Integrat1n Differentiat1n，比例-积分-微分控制器)的参数整定方法及装置。
【背景技术】
[0002]发电用重型燃气轮机的工作过程为空气在压气机中压缩，与在燃烧室中喷射的燃料混合进行燃烧，燃烧的高温燃气在透平中膨胀做功，带动发电机并网发电。重型燃气轮机是一个多变量非线性耦合系统，常见的控制系统采用分段控制的方式，类似一种专家控制系统，包括:在启动过程中使用启动控制、在带负荷过程中使用转速控制、在接近基本负荷时使用温度控制等等。每个控制阶段的控制目标及被控变量不同，转速控制的被控变量为转速或者负荷，温度控制的被控变量为透平排气温度，燃气轮机的可调量只有燃料流量和空气流量，所以不同控制方案的控制变量都为燃料流量或者空气流量，各个控制阶段多采用工程应用最为广泛的常规闭环PID控制器，有些还包括前馈控制，最后通过控制模式选择模块实现不同控制阶段控制器的切换。
[0003]在整定燃气轮机各个控制器的参数时，现有技术中首先根据精确的燃气轮机模型整定出各个控制器的初值，再在现场整定出各个控制器参数的具体值，经整定的参数能够满足控制系统的性能要求，但由于整定过程依赖于工程师的经验，整定的参数虽然能够满足超调、响应时间等要求，但是控制器的控制效果不佳。
【发明内容】
[0004]针对现有燃气轮机各个控制器根据主要依赖工程师的经验整定得到的参数进行控制所产生的控制效果不佳的缺陷，本发明提供了一种燃气轮机闭环PID控制器的参数整定方法及装置。
[0005]一方面，本发明提供的一种燃气轮机闭环PID控制器的参数整定方法，包括:
[0006]初始化PID控制器中比例作用系数的初值以及搜索步长，并初始化所述PID控制器中积分作用系数的初值以及搜索步长；
[0007]根据所述比例作用系数的初值以及搜索步长确定所述比例作用系数的搜索范围，根据所述积分作用系数的初值以及搜索步长确定所述积分作用系数的搜索范围；
[0008]针对所述比例作用系数的搜索范围内的每一个比例作用系数与所述积分作用系数的搜索范围内的所有积分作用系数进行组合，得到多组搜索值，每一组所述搜索值包含一个比例作用系数和一个积分作用系数；
[0009]针对各组搜索值，分别进行燃气轮机模型的阶跃响应测试，得到相应的最大过调量和调整时间，选取其中最大过调量小于预设最大过调量阀值，并调整时间小于预设调整时间阀值的搜索值；
[0010]从选取的搜索值中根据所述PID控制器对应的控制对象特性确定一组搜索值为该PID控制器的整定参数。
[0011]进一步地，所述初始化PID控制器中比例作用系数的初值以及搜索步长，并初始化所述PID控制器中积分作用系数的初值以及搜索步长的步骤，包括:
[0012]根据满足精度要求的燃气轮机模型初始化PID控制器中比例作用系数以及积分作用系数的初值，进而初始化所述PID控制器中比例作用系数以及积分作用系数的搜索步长。
[0013]进一步地，所述预设最大过调量阀值和预设调整时间阀值根据所述PID控制器的控制对象进行确定。
[0014]进一步地，所述控制对象为所述燃气轮机的温度、压比、加速度或者转速。
[0015]另一方面，本发明还提供一种燃气轮机闭环PID控制器的参数整定装置，包括:
[0016]初始化模块，用于初始化PID控制器中比例作用系数的初值以及搜索步长，并初始化所述PID控制器中积分作用系数的初值以及搜索步长；
[0017]第一确定模块，用于根据所述比例作用系数的初值以及搜索步长确定所述比例作用系数的搜索范围，根据所述积分作用系数的初值以及搜索步长确定所述积分作用系数的搜索范围；
[0018]组合模块，用于针对所述比例作用系数的搜索范围内的每一个比例作用系数与所述积分作用系数的搜索范围内的所有积分作用系数进行组合，得到多组搜索值，每一组所述搜索值包含一个比例作用系数和一个积分作用系数；
[0019]选取模块，用于针对各组搜索值，分别进行燃气轮机模型的阶跃响应测试，得到相应的最大过调量和调整时间，选取其中最大过调量小于预设最大过调量阀值，并调整时间小于预设调整时间阀值的搜索值；
[0020]第二确定模块，用于从选取的搜索值中根据所述PID控制器对应的控制对象特性确定一组搜索值为该PID控制器的整定参数。
[0021]进一步地，所述初始化模块具体用于:
[0022]根据满足精度要求的燃气轮机模型初始化PID控制器中比例作用系数以及积分作用系数的初值，进而初始化所述PID控制器中比例作用系数以及积分作用系数的搜索步长。
[0023]进一步地，所述选取模块中，所述预设最大过调量阀值和预设调整时间阀值根据所述PID控制器的控制对象进行确定。
[0024]进一步地，所述控制对象为所述燃气轮机的温度、压比、加速度或者转速。
[0025]本发明提供的一种燃气轮机闭环PID控制器的参数整定方法及装置，克服了现有技术中依靠工程师经验进行PID控制器参数整定效率低下且很难得到最优整定参数的缺陷，采用本发明方法能够自动获得满足控制器动态性能指标的多组控制器参数，进而确定一组整定参数，能够获得很好的控制效果，从而可以有效的延长燃气轮机机组的使用寿命，同时能够减少燃气轮机机组燃料的消耗。
【附图说明】
[0026]通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中:
[0027]图1是本发明一个实施例中燃气轮机闭环PID控制器的参数整定方法的流程示意图；
[0028]图2是本发明一个实施例中燃气轮机控制系统结构示意图；
[0029]图3是本发明一个实施例中燃气轮机闭环PID控制器的参数整定装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]现结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步详细阐述。
[0031]图1示出了本实施例中燃气轮机闭环PID控制器的参数整定方法的流程示意图，如图1所示，本实施例提供的一种燃气轮机闭环PID控制器的参数整定方法，包括:
[0032]SI,初始化PID控制器中比例作用系数的初值以及搜索步长，并初始化所述PID控制器中积分作用系数的初值以及搜索步长；其中搜索步长是指所述比例作用系数和积分作用系数每一次搜索的增量。
[0033]举例来说，所述初始化PID控制器中比例作用系数的初值以及搜索步长，并初始化所述PID控制器中积分作用系数的初值以及搜索步长的步骤，包括:
[0034]根据满足精度要求的燃气轮机模型初始化PID控制器中比例作用系数以及积分作用系数的初值，进而初始化所述PID控制器中比例作用系数以及积分作用系数的搜索步长。
[0035]S2，根据所述比例作用系数的初值以及搜索步长确定所述比例作用系数的搜索范围，根据所述积分作用系数的初值以及搜索步长确定所述积分作用系数的搜索范围。
[0036]搜索范围确定了所述比例作用系数和积分作用系数的取值范围，所述比例作用系数或者积分作用系数在各自的所述搜索范围内以各自的搜索步长为间隔取值，得到一组比例作用系数或者积分作用系数离散值。
[0037]S3，针对所述比例作用系数的搜索范围内的每一个比例作用系数与所述积分作用系数的搜索范围内的所有积分作用系数进行组合，得到多组搜索值，每一组所述搜索值包含一个比例作用系数和一个积分作用系数。
[0038]例如，在比例作用系数的搜索范围内根据比例作用系数的搜索步长搜索得到比例作用系数集合为{A，B}，在积分作用系数的搜索范围内根据积分作用系数的搜索步长搜索得到积分作用系数集合为{a，b，c};那么步骤S3中对比例作用系数和积分作用系数进行组合得到的搜索值为(A，a)，(A，b)，(A，c)，(B，a)，(B，b)，(B，c)。
[0039]S4，针对各组搜索值，分别进行燃气轮机模型的阶跃响应测试，得到相应的最大过调量和调整时间，选取其中最大过调量小于预设最大过调量阀值，并调整时间小于预设调整时间阀值的搜索值。
[0040]选取满足预设条件的搜索值的过程中