带故障容错功能的间壁式换热器温度自适应跟踪控制系统的制作方法

1.本发明涉及一种换热器跟踪控制系统，特别是涉及一种带故障容错功能的间壁式换热器温度自适应跟踪控制系统。


背景技术：

2.换热器属于化工、石化、食品、制药等行业的关键基础设备，是不同流体介质之间进行热交换的容器。间壁式换热器通过控制阀门等执行器来控制热流体的流速与温度等参数，从而达到控制被加热流体温度的目的。然而换热器具有高度非线性且有时滞，模型复杂难以精确获取。并且其所处的工业环境一般较恶劣，换热器结垢的影响使得换热器温度控制更加困难。因此，良好的换热器控制效果成为工业生产中的必要需求。另外，阀门执行器等长期运行也可能会出现失效和卡死等故障，这不仅会影响装置的正常运行，严重的甚至会对人民生命和财产安全带来难以估量的损失。所以设计带执行器故障容错功能的换热器温度自适应跟踪控制系统的现实意义非常巨大。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种带故障容错功能的间壁式换热器温度自适应跟踪控制系统，本发明为一种具备执行器故障容错和温度跟踪性能设定功能的间壁式换热器出口温度自适应跟踪控制系统。该系统能够通过引入一个执行器通用故障辨识模型，当故障发生时，调整系统自适应控制器的动作，以确保剩余正常执行器仍可以完成所需的控制目标，达到故障容错的目的。
4.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：带故障容错功能的间壁式换热器温度自适应跟踪控制系统，所述系统包括误差性能设定单元、自适应控制器、执行器、换热器和温度检测单元；改系统运行步骤如下：（1）按照实际工艺情况设计温度误差性能指标，使精度范围达到1%以内；（2）设计通用执行器故障辨识模型，包含卡死和失效两种情况；（3）采用反推法设计自适应控制器；（4）完成以上步骤后，系统的运行过程如下：首先设定预达到的换热器出口目标温度值，然后将实时检测到的当前换热器实际出口温度反馈构成闭环回路，得到目标温度和实际温度的跟踪误差值；接着根据跟踪误差值和设定好的误差精度要求，由第（3）步设计的自适应控制器和第（2）步设计的执行器故障模型共同计算出系统实际需要输出的控制量，去驱动除故障外的剩余执行器动作，进而控制换热器进口流体的流量大小；进口流体的流量大小将最终影响换热器出口流体的温度，并可以使换热器出口温度在设定的目标温度上下1%的范围内波动，达到第（1）步设计的精度范围要求。
5.本发明的优点与效果是：1.该系统能够通过引入一个执行器通用故障辨识模型，当故障发生时，调整系统
自适应控制器的动作，以确保剩余正常执行器仍可以完成所需的控制目标，达到故障容错的目的；通过设计一个自适应系统控制器并引入温度跟踪误差性能设定环节来限定跟踪误差精度，进而有效地改善控制效果。该换热器温度跟踪控制系统性能稳定，既能有助于提高系统的换热效率，节能降耗，又能降低装置事故发生率，提升企业生产效率和经济效益，增加社会影响力。
6.2.本发明系统由自适应控制器，执行器通用故障辨识模型，跟踪误差性能设定单元和温度检测单元组成，其特征在于，预先设定好换热器出口流体温度控制目标值，然后通过实时检测换热器出口流体温度构成闭合控制回路，再设计自适应控制器用来控制换热器进口流体的流量，从而能够达到跟踪控制换热器出口流体温度的目标。
7.3.本发明提供的具有阀门执行器故障容错功能的换热器出口温度自适应跟踪控制系统，通过设计通用执行器故障辨识模型，可以对执行器卡死和失效故障进行估计，再利用系统自适应控制器调整控制输出，在同样完成温度控制的情况下，达到对故障执行器容错的目的。
8.4.本发明提供的具有换热器温度跟踪误差精度设定功能的换热器出口温度自适应跟踪控制系统，在控制系统中引入一个温度跟踪误差性能设定单元，从而使系统达到预先要求的温度跟踪误差精度指标。
9.5.本发明通过实验验证既可以有效解决阀门执行器发生故障后对换热器出口流体温度跟踪控制的影响，又通过预设跟踪误差精度而得到更精确的温度自适应跟踪性能，确保了能获得具备要求温度的换热流体，使得整个换热器装置保持高效率的安全稳定运行。
附图说明
10.图1 换热器温度自适应跟踪控制系统结构示意图。
具体实施方式
11.下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。
12.本发明间壁式换热器温度自适应跟踪控制系统由误差性能设定单元、自适应控制器、执行器和温度检测单元组成，其特征在于，通过准确实时检测换热器出口流体温度，构成闭环控制回路，然后设计能够更新控制参数的自适应控制器，从而精确控制换热器进口流体流量，达到控制换热器出口流体温度的跟踪控制目标。通过设计通用执行器故障辨识模型，可以对执行器卡死和失效故障进行估计，再利用系统控制器自动调整控制输出，在同样完成温度控制的情况下，达到对故障执行器容错的目的。在控制系统中加入一个跟踪误差性能设定单元，从而使系统达到预先要求的温度跟踪误差精度指标。
13.实施例1如图1所示，换热器温度自适应跟踪控制系统由误差性能设定单元、自适应控制器、执行器、换热器和温度检测单元组成。
14.具体步骤：（1）按照实际工艺情况设计温度误差性能指标，使精度范围可以达到1%以内；（2）设计通用执行器故障辨识模型，包含卡死和失效两种情况；
（3）采用反推法设计自适应控制器；（4）完成以上步骤后，系统的运行过程如下：首先设定预达到的换热器出口目标温度值，然后将实时检测到的当前换热器实际出口温度反馈构成闭环回路，得到目标温度和实际温度的跟踪误差值；接着根据跟踪误差值和设定好的误差精度要求，由第3步设计的自适应控制器和第2步设计的执行器故障模型共同计算出系统实际需要输出的控制量，去驱动除故障外的剩余执行器动作，进而控制换热器进口流体的流量大小；进口流体的流量大小将最终影响换热器出口流体的温度，并可以使换热器出口温度在设定的目标温度上下1%的范围内波动，达到第1步设计的精度范围要求。