一种基于阶跃自主感知的控制系统动态评价系统及方法与流程

本发明涉及自控系统智能评价分析，具体涉及一种基于阶跃自主感知的控制系统动态评价系统及方法。

背景技术：

1、控制系统动态品质指标一直以来是作为衡量自动系统好坏的关键要素。在电力等能源行业，对控制系统的自动投入有明确的技术指标要求，如《dl/t 657火力发电厂模拟量控制系统验收测试》规程。而现阶段，生产过程控制的智能化仍未发展成型，随着智慧能源的技术渗透，越来越多的辅助生产管理和运行的平台系统应运而生，但目前市场的产品功能设计较为单一，通用性差且市场应用认可度较低，技术停留在单纯的评价监测层面，并没有与生产实际形成闭环管控，无法给予发电企业优化建议反馈，无法为企业生产运营带来实际管理效益。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，从而提供一种基于阶跃自主感知的控制系统动态评价系统及方法。

2、一种基于阶跃自主感知的控制系统动态评价系统，包括数据接口适配模块、阶跃自主感知模块、数据状态锁存模块和指标定量计算模块；所述系统定义有“评价开始”和“评价结束”两个状态标志位，评价开始标志位表征控制系统检测到设定值发生阶跃变化，用于激活阶跃自主感知模块中的定时器模块功能；评价结束标志位表征本次动态评价结束，等待下一次动态评价开始；

3、所述数据接口适配模块用于建立待测控制系统和动态评价系统间的数据通道，包括通讯协议、通讯端口、通讯数据量的参数适配，并在此基础上完成数据传输，数据采集内容包括：设定值sp、实际过程值pv和自动运行模式标志位。

4、所述阶跃自主感知模块包括变化速率感知模块和定时器模块，阶跃自主感知模块用于通过数据接口适配模块采集获取的变量，首先通过判断待测控制系统是否满足自动运行模式条件，再次判断待测系统是否满足稳态工况，上述两条均满足的条件下，激活阶跃感知功能，设定计算周期，进行设定值sp数据变化率判别，如果计算周期内变化率超过设定阈值，则置位评价开始标志位，执行数据锁存模块功能。

5、所述数据状态锁存模块包括锁存寄存器模块，数据状态锁存模块用于连续存储固定时间间隔的设定值和过程值数据，当数据锁存超过固定时间间隔或控制系统提前趋于稳态状态，自动置位“评价结束”标志位，执行下一模块(指标定量计算)功能。

6、所述指标定量计算模块用于计算每次数据锁存发生控制系统扰动后的控制系统指标，根据程序设置的评分机制进行打分。

7、进一步，所述数据接口适配模块适配但不限于profibus、modbus或can协议。

8、一种基于上述任一项所述的基于阶跃自主感知的控制系统动态评价系统的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

9、s1：将数据接口适配模块与待测自动控制系统连接，并将待测自动控制系统设定为自动运行模式；

10、s2：阶跃自主感知模块通过数据接口适配模块按照设定的采样周期对待测自动控制系统的动态数据流进行提取，并将获取的实际值pv和设定值sp并赋值对应寄存器存储地址；

11、s3：阶跃自主感知模块判断待测控制系统是否自动运行模式，满足条件后，迭代计算实际值pv和设定值sp的实时偏差δet，δet＝|pvt-spt|，按周期记录实施偏差序列{δe1,δe2…δen}，每a次覆盖刷新，t取值为：1，2……a，且

12、

13、将此时状态定义为初始控制系统稳态工况，其中δ为参考规程标准值，死区值为δ的10％；

14、s4：确定阶跃自主感知模块中的变化速率感知器模块的阈值，当实际值pv和设定值sp在相邻时刻t-1和t时刻，|pvt-pvt-1|≤β且|spt-spt-1|＞＞2δ，自动触发设定值阶跃感知逻辑，置位“评价开始”状态标志位，激活定时器模块计时，系统跳转至数据锁存功能模块执行下一步骤，否则循环步骤s2-s4，其中β为实际值pv绝对值的1％；

15、s5：当系统跳转至数据锁存功能模块，锁存当前系统时间至锁存寄存器，预分配连续多个寄存器地址并跳转至指标定量计算功能模块执行下一步骤；

16、s6：当定时器模块达到待测系统被测时间，置位“评价结束”状态标志位，指标定量计算功能模块对实际值连续存储变量索引值[0,x]进行两次大选处理，得出两次评价过程中实际值极大值pvmax1和pvmax2，并记录两次极大值寄存器索引值n1和n2；

17、s7：将两次评价过程中实际值极大值的绝对值进行比较，若|pvmax2|≥|pvmax1|，则系统处于“发散”状态，直接输出“系统发散”评价指标，同时应提出告警进行自动切除；若|pvmax2|≤|pvmax1|，则判断存储变量数组最后连续y秒时刻内的|pvi-spi|是否都满足步骤s3中所述的控制系统稳态工况，若都满足则执行超调量、衰减率、稳定时间定量计算，根据制定的评价标准分别对超调量、衰减率、稳定时间定量进行评价，并将评价结果输出；若不满足步骤s3中所述的控制系统稳态工况则直接输出“系统超过稳定时间”评价指标；i取值为x-(y-1)，……，x-1,x；

18、s8：系统清空锁存寄存器数组元素，并复位标志位，释放存储空间，根据内置的系统评分机制对被测自动控制系统进行打分，并将超调量、衰减率、稳定时间、系统评分数据信息输出显示。

19、进一步，所述步骤s2中设定的采样周期为1秒，所述s3中按周期记录实施偏差序列{δe1,δe2…δea}，每10次覆盖刷新，t取值为：1，2……10。

20、进一步，所述s4中阶跃自主感知模块中的变化速率感知器模块的阈值为±2δ/s。

21、进一步，所述步骤s5中激活定时器模块计时，预分配连续600个寄存器地址，步骤s6中实际值连续存储变量索引值为[0,600]，步骤s7中若|pvmax2|≥|pvmax1|，则判断存储变量数组最后连续30秒时刻内的|pvi-spi|是否都满足步骤s3中所述的控制系统稳态工况，i取值为571，572…600。

22、进一步，所述步骤s7中超调量根据公式m＝|pvmax1-spt|计算，具体评判标准为：若m≥25％δsp，输出超调量不合格评价，同时令计算超调量取值无穷大。

23、进一步，所述步骤s7中衰减率根据下列公式计算：

24、

25、具体评判标准为：若ρ≥0.9或ρ≤0.75，输出衰减率不合格评价，同时令计算衰减率取值无穷大。

26、进一步，所述步骤s7中稳定时间若满足下列公式：

27、

28、则记录ts＝n2/60，否则n2以30为窗口函数完成迭代循环，直到满足条件出现，如无满足条件出现，则输出稳定时间不合格评价，同时令计算稳定时间取值无穷大。

29、进一步，所述步骤s8中的系统评分机制具体为：将超调量、衰减率和稳定时间的满分分别设置为30分、30分和40分，通过公式：

30、

31、计算出被测系统得分。

32、本发明技术方案，具有如下优点：

33、1.本发明提供的技术方案，能够自主完成控制系统评价，无需人为介入操作，系统配置有人机交互接口，系统动态评价能够实时反映在监控系统组态画面中。

34、2.本发明提供的技术方案，设计有容错机制，触发自动感知的初始化条件增设稳态工况判断，且针对发散的系统进行自动切除脉冲及画面预警提示，并根据系统评价机制程序预置pid优化调参表，真正实现控制系统的动态监控、智能评价、闭环管理功能。