一种基于周期性专家控制器的控制方法
技术领域
本发明属于自动控制领域，尤其涉及一种基于周期性专家控制器的控制方法。
背景技术
汽轮发电机和透平风机在工业上有着非常广泛的应用，尤其是在化工工业和机械工业上。随着工业自动化的发展，汽轮发电机、透平风机等设备也逐步由现场人工手动向自动化、智能化发展。
专家控制器是实现工业智能化控制的手段之一，它可以模拟控制专家和有经验操作人员的控制思想对被控变量进行智能控制，但传统技术中通常采用的是周期性专家控制器，通过计数单元累加计数值，当计数值达到预设的控制周期时，通过执行器控制被控变量的大小。这类控制器虽然能够以简单的结构实现较优的控制效果，但在复杂工况下抗干扰能力弱，由于采用周期性控制，可能导致控制器在计时状态时无法及时对变量控制做出响应，导致控制效果不理想。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提出了一种基于周期性专家控制器的控制方法，包括：
步骤1：获取控制器的计数值和被控变量的值，将被控变量的值与预设的常规控制参数进行比较；
步骤2：根据比较结果结合快速响应参数对被控变量进行控制；
同时在计数值未达到预设的控制周期时，基于预设的趋势控制参数对被控变量进行控制；
步骤3：在计数值达到控制周期时将计数值归1，再次执行步骤1。
可选的，所述控制方法还包括常规控制参数、快速响应参数和趋势控制参数的配置过程，所述配置过程包括：
配置常规控制参数中被控变量的上限参数、下限参数以及第一调节参数；
配置快速响应参数中的快速响应开关参数、上限阈值以及下限阈值；
配置趋势控制参数中的趋势控制开关参数、表示被控变量变化趋势缓慢的第一标志参数、表示被控变量变化趋势突变的第二标志参数以及第二调节参数；
其中，上限阈值小于上限参数，下限阈值大于下限参数。
可选的，所述根据比较结果结合快速响应参数对被控变量进行控制，包括：
当被控变量的值不大于上限参数时，获取快速响应开关参数的值；
当快速响应开关参数为1时，将被控变量的值与上限阈值进行比较，根据比较结果调节计数值和计数状态，通过执行器根据计数值输出控制动作，调节被控变量；
当快速响应开关参数为0时，维持当前计数状态。
具体的，所述当快速响应开关参数为1时，将被控变量的值与上限阈值进行比较，根据比较结果调节计数值和计数状态，通过执行器根据计数值输出控制动作，调节被控变量，包括：
比较被控变量的值是否小于上限阈值；
若不小于上限阈值，维持当前计数状态；
若小于上限阈值，将计数值复位为1，停止计数，当被控变量的值变化到大于上限参数时，通过执行器输出控制动作，将被控变量的值控制到小于上限参数。
可选的，所述根据比较结果结合快速响应参数对被控变量进行控制，还包括：
当被控变量的值不小于下限参数时，获取快速响应开关参数的值；
当快速响应开关参数为1时，将被控变量的值与下限阈值进行比较，根据比较结果调节计数值和计数状态，通过执行器根据计数值输出控制动作，调节被控变量；
当快速响应开关参数为0时，维持当前计数状态。
具体的，所述当快速响应开关参数为1时，将被控变量的值与下限阈值进行比较，根据比较结果调节计数值和计数状态，通过执行器根据计数值输出控制动作，调节被控变量，包括：
比较被控变量的值是否大于下限阈值；
若不大于下限阈值，维持当前计数状态；
若大于下限阈值，将计数值复位为1，停止计数，当被控变量的值变化到小于下限参数时，通过执行器输出控制动作，将被控变量的值控制到大于下限参数。
可选的，所述在计数值未达到预设的控制周期时，基于预设的趋势控制参数对被控变量进行控制，包括：
步骤1：获取趋势控制开关参数的值；
步骤2：若趋势控制开关参数为1，基于第一标志参数、第二标志参数以及第二调节参数调节控制周期，通过执行器根据调节后的控制周期输出控制动作，调节被控变量，重复步骤1，；若趋势控制开关参数为0，执行步骤3；
步骤3：将计数值加1后循环步骤1和步骤2直至累加的计数值达到预设的控制周期。
具体的，所述若趋势控制开关参数为1，基于第一标志参数、第二标志参数以及第二调节参数调节控制周期，通过执行器根据调节后的控制周期输出控制动作，调节被控变量，包括：
当被控变量的变化速率小于第一标志参数时，根据第二调节参数将控制周期调大；
当被控变量的变化速率大于第二标志参数时，根据第二调节参数将控制周期调小。
可选的，所述控制方法还包括：
当被控变量的值超过上限参数与下限参数规定的范围时，若当前计数状态为停止计数，通过执行器基于第一调节参数输出控制动作，调节被控变量，将计数值归1重新开始计数，再次执行步骤1；若当前未停止计数，则将计数值加1后执行步骤1。
可选的，所述控制方法还包括根据预设的限制参数对被控变量进行限制性控制；
其中限制参数包括限制变量、用于触发限制性控制的限制控制门限、限制性控制周期以及第三调节参数；
当限制变量的值达到限制控制门限时，停止对被控变量的控制，基于限制性控制周期和第三调节参数调节限制变量；
当限制变量的值调节到未达到限制控制门限时，恢复对被控变量的控制。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
在传统的周期性专家控制器的基础上增加了趋势控制模式和快速响应模式，能够根据被控变量的变化趋势通过执行器及时调节被控变量的值，并且克服控制周期的限制实现快速响应，提高了周期性专家控制器的灵敏度和控制效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提出的一种基于周期性专家控制器的控制方法的流程示意图；
图2为传统的周期性专家控制器的工作流程图；
图3为拓展型周期性专家控制器的工作流程图。
具体实施方式
为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。
实施例一
如图1所示，本发明在传统的周期性专家控制器的基础上，提出了一种基于周期性专家控制器的控制方法，包括：
S1：获取控制器的计数值和被控变量的值，将被控变量的值与预设的常规控制参数进行比较；
S2：根据比较结果结合快速响应参数对被控变量进行控制；
同时，在计数值未达到预设的控制周期时，基于预设的趋势控制参数对被控变量进行控制；
S3：在计数值达到控制周期时将计数值归1，再次执行S1。
传统的周期性专家控制器通过计数单元累加计数值，当计数值达到预设的控制周期时，通过执行器控制被控变量的大小。以上限控制为例，如图2所示，预先配置计数值变量count、控制周期T以及被控变量P的控制上限UH。控制器启动后，计数器开始计数，若count>T，表示已经过一个控制周期，否则执行count＝count+1语句，继续计数。当count>T时，判断此时的P与UH的大小，若P>UH，则控制执行器动作，进而调节被控变量，使P的值减小，同时count复位为1并输入下个周期；否则，执行器不动作。经过若干个周期的循环，使P的值调节到小于UH，实现被控变量的控制。
在传统的周期性专家控制器的基础上增加了趋势控制模式和快速响应模式，能够根据被控变量的变化趋势通过执行器及时调节被控变量的值，并且克服控制周期的限制实现快速响应，提高了周期性专家控制器的灵敏度和控制效果。同时，通过预设的趋势控制参数和快速响应参数可以灵活切换周期性专家控制器的控制模式，使周期性专家控制器即可以按照趋势控制模式和快速响应模式控制被控变量，也可以按照传统的控制方式控制被控变量。
常规控制参数、快速响应参数和趋势控制参数的配置过程包括：
配置常规控制参数中被控变量的上限参数、下限参数以及第一调节参数；
配置快速响应参数中的快速响应开关参数、上限阈值以及下限阈值；
配置趋势控制参数中的趋势控制开关参数、表示被控变量变化趋势缓慢的第一标志参数、表示被控变量变化趋势突变的第二标志参数以及第二调节参数；
其中，上限阈值小于上限参数，下限阈值大于下限参数。
在本实施例中，所述常规控制参数包括T、UH、UL、AvgTime、JS_SW以及AM_AMP，在传统周期性专家控制器中也需要进行设置，参数AM_AMP只有在执行器为阀门时需要设置，指的是阀门调节的幅度，而参数T、UH、UL、AvgTime、JS_SW则在所有控制器中均需要设置，其中：T为控制器调节时间间隔(控制周期)，UH为被控变量的上限参数，UL为被控变量的下限参数，AvgTime是为测量被控变量平均值而进行的采样时间，JS_SW为计数开关，当JS_SW为1时控制器处于计数状态，当JS_SW为0时控制器停止计数。需要说明的是，其中参数UH和UL往往会设置的比临界值要窄，需要为控制留下一定的裕度，例如要求将压力控制在0.25MPa～0.35MPa，则根据实际工艺情况根据调节，往往会将参数设置成UH<0.35MPa，UL>0.25MPa。
所述趋势控制参数包括TDCT_SW、TD、TDD、TAD，趋势控制是针对滞后、响应缓慢的情况，通过判断被控变量变化趋势从而确定执行器是否需要输出控制动作的一种控制策略。其中：TDCT_SW是趋势控制开关，只有当TDCT_SW的值为1时，趋势控制模式才会启动，否则趋势控制的其他参数设置均无效；TD为趋势控制的执行参数，表示调节的时间间隔，单位为秒，根据被控变量P的变化趋势调节控制时间的间隔，进而避免超调或调节不及时的情况发生；TDD是为了缓和趋势变化缓慢从而使计数累加导致超调现象的出现而设计的参数，当被控变量P出现TDD所设置的情况时，说明当前P的变化速率较慢，为避免超调现象发生，通过TD调整控制的时间间隔，即将控制周期调大，以避免超调现象的发生；TAD是为了缓解由于突发干扰等因素导致曲线或趋势突变而调节不及的问题而设计的参数，当被控变量P出现TAD所设置的情况时，说明当前P发生突变，通过TD调整控制的时间间隔，即将控制周期调小，以避免调节不及时而出现控制滞后现象。例如，在汽轮发电机主蒸汽压力控制中，升速降速对主蒸汽压力的控制效果不稳定，且其滞后较大，甚至经常出现在压力仍低于下限时由于多按了一次降速最后使压力超过上限的现象，此时引入趋势控制有较优的效果，通过设置参数TDD、TAD和TD，可以有效地缓解上述问题，实现汽轮发电机的自动控制，减轻操作员的劳动负荷。
所述快速响应参数包括QKRP_SW、K1、K2，快速响应就是指当被控变量一旦超过上下限时，控制器能够快速做出判断并响应。其中：QKRP_SW是快速响应开关，只有当QKRP_SW的值为1时，快速响应才会启动，否则快速响应的其他参数设置均无效；K1适用于控制器动作使被控变量下降至UH附近的情况，其意义在于当执行器动作使K1<P<UH时，为了防止被控变量在UH上下浮动导致计数开关和计数值重置而发生超调，控制器的计数值不会立刻复位。当P<K1时，认为此时P的变化不是由于上下浮动造成的，而是确定有干扰或特殊工况使P下降，此时明确执行器应该接入控制。将计数值复位为1，JW_SW＝0，使执行器处于随时待命的状态，一旦P再次大于UH，则此时控制器将不受控制周期的限制，立即输出控制动作调节P，否则在未启动快速响应时，控制器将一直处于计数中，直至到达控制周期T才会输出控制动作，容易造成响应不及时的问题。
K2的意义与K1相似，适用于控制器动作使被控变量上升至UL附近的情况，此处不在赘述。
另外，快速响应参数中的上限阈值K1和下限阈值K2是基于常规控制参数中的上限参数UH、下限参数UL配置，上限阈值K1小于被控变量的上限参数UH，下限阈值K2大于被控变量的下限参数UL。
在本实施例中，趋势控制和快速响应是可以同时进行的。趋势控制受控制周期的影响，而快速响应与控制周期无关。
趋势控制参数、快速响应参数和常规控制参数的配置，有利于后续控制器根据不同的控制情况和控制需求，对被控变量进行趋势控制和快速响应。同时，通过关闭趋势控制开关以及快速响应控制开关，即TDCT_SW＝0和QKRP_SW＝0时，还可以实现由拓展型周期性控制器向传统周期性专家控制器切换的功能。
在本实施例中，控制器启动时的初始计数值为1，即count＝1，根据控制器中的处理系统的指令周期以1为幅值累加计数值，即每经过一个指令周期，count＝count+1。计数开关JS_SW＝1时，表示是在计数的，此时即使计数P>UH，执行器也不会执行控制动作；当计数开关＝0时，此时通常会把计数值重置为1，此时控制器处于检测待命状态，只要P>UH，立刻进行执行器动作，并同时将计数开关置为1，开始计数
所述根据比较结果结合快速响应参数对被控变量进行控制，包括：
当被控变量的值不大于上限参数时，获取快速响应开关参数的值；
当快速响应开关参数为1时，将被控变量的值与上限阈值进行比较，根据比较结果调节计数值和计数状态，通过执行器根据计数值输出控制动作，调节被控变量；
当快速响应开关参数为0时，维持当前计数状态。
其中，当快速响应开关参数为1时，比较被控变量的值是否小于上限阈值；
若不小于上限阈值，维持当前计数状态；
若小于上限阈值，将计数值复位为1，停止计数，当被控变量的值变化到大于上限参数时，通过执行器输出控制动作，将被控变量的值控制到小于上限参数。
首先判断被控变量P是否达到临界值，以被控变量P超出常规控制参数中上限参数UH的情况为例，如图3所示，通过条件判断步骤比较P和UH的大小，若P≤UH，则获取QKRP_SW的值，若QKRP_SW＝1，说明被控变量P有快速响应的需求，控制器进入快速响应模式。比较P与K1的大小，当K1<P<UH时如果JS_SW＝1就继续计数，如果JS_SW＝0则停止计数，保持count＝1，即此时不介入对计数状态的干扰。当P<K1时，认为此时P的变化不是由于上下浮动造成的，而是确定有干扰或特殊工况使P下降，此时将count复位为1，JS_SW＝0，使执行器处于随时待命的状态，只要P再次超过UH，执行器会立即输出控制动作，提高了响应速度。
若P>UH，则说明此时被控变量的值已经超过设定的上限，需要控制器进行调节。此时若JS_SW＝0，控制执行器输出响应的控制动作。
所述根据比较结果结合快速响应参数对被控变量进行控制，还包括：
当被控变量的值不小于下限参数时，获取快速响应开关参数的值；当快速响应开关参数为1时，将被控变量的值与下限阈值进行比较，根据比较结果调节计数值和计数状态，通过执行器根据计数值输出控制动作，调节被控变量；当快速响应开关参数为0时，维持当前计数状态。
其中，当快速响应开关参数为1时，比较被控变量的值是否大于下限阈值；若不大于下限阈值，维持当前计数状态；若大于下限阈值，将计数值复位为1，停止计数，当被控变量的值变化到小于下限参数时，通过执行器输出控制动作，将被控变量的值控制到大于下限参数。
针对下限阈值的调节原理与针对上限阈值的调节原理相同，此处不再赘述。参考上述调节过程，QKRP_SW＝1时，当P>K2时将计数值复位为1，停止计数，使执行器处于随时待命的状态，此时将count复位为1，JS_SW＝0，使执行器处于随时待命的状态，只要P再次小于UL，执行器会立即输出控制动作，提高了响应速度。
快速响应控制不受控制周期的限制，只要QKRP_SW＝1，控制器就开启快速响应控制模式，无论计数值是否达到控制周期，只要发生了P>UH或P<UL的情况，就触发执行器输出控制动作，执行器可以在任意时刻对被控变量进行调节，解决了基于控制周期输出控制动作而导致响应不及时的问题，以此达到提高控制器响应速度的目的。
所述计数值未达到预设的控制周期时，基于预设的趋势控制参数对被控变量进行控制，包括：
步骤1：获取趋势控制开关参数的值；
步骤2：若趋势控制开关参数为1，基于第一标志参数、第二标志参数以及第二调节参数调节控制周期，通过执行器根据调节后的控制周期输出控制动作，调节被控变量，重复步骤1，；若趋势控制开关参数为0，执行步骤3；
步骤3：将计数值加1后循环步骤1和步骤2直至累加的计数值达到预设的控制周期。
如图3所示，控制器启动后，首先通过计数器判断计数开关是否打开以及计数值是否达到预设的控制周期，当JS_SW＝1，count<T时，判断趋势控制开关是否打开，TDCT_SW＝1时趋势控制模式处于ON的状态，被控变量P有趋势控制需求，TDCT_SW＝0时趋势控制模式处于OFF的状态，被控变量P没有趋势控制需求。当TDCT_SW＝1时，计数暂停，对P进行趋势控制，若P的变化率小于TDD的值，说明此时P变化缓慢，根据TD的值将控制周期调大，即此时的控制周期T1＝T+TD。将计数值count返回到计数器判断的步骤，按照控制周期T1一直循环直至TDCT_SW＝0；若P的变化率大于TAD的值，说明此时P发生突变，根据TD的值将控制周期调小，即此时的控制周期T2＝T-TD。将计数值count返回到计数器判断的步骤，按照控制周期T2一直循环直至TDCT_SW＝0。当TDCT_SW＝0时，将计数值count累加1，即count＝count+1，再将计数值count返回到计数器判断的步骤。
例如，在汽轮发电机主蒸汽压力控制的应用场景中，现场汽轮发电机主蒸汽压力是通过控制系统上的升速和降速两个按钮实现控制的。当主蒸汽压力过大时，则需要按升速按钮以减小主蒸汽压力；反之则按降速按钮来增大主蒸汽压力。如果由人工执行，操作员的劳动强度较大，主蒸汽压力控制还存在对升速和降速按钮的动作响应滞后较大的问题，由于主蒸汽压力变化趋势的变动频繁，经常出现由于多按一次升速或降速按钮导致超调的现象。应用本发明提出的控制方法，选择按钮点动式拓展型周期性专家控制器设置以下控制参数：
控制周期T＝50，单位为秒；趋势控制参数中的趋势控制开关参数TDCT_SW＝1，第一标志参数TDD＝10，单位为kPa/s,第二标志参数TAD＝40，单位为kPa/s，第二调节参数TD＝5，用于缓解主蒸汽压力变化缓慢或趋势突变时造成超调或调节不及时的问题，调节控制周期，单位为秒；常规控制参数中的上限参数UH＝3.31，单位为MPa，下限参数UL＝3.275，单位为MPa，主蒸汽压力测量平均值取值时间AvgTime＝5，单位为秒。
通过设置趋势控制参数，根据被控变量的变化趋势输出响应的控制动作，针对滞后、响应缓慢的情况，避免超调现象和调节不及时的情况发生，提高控制器的灵敏度，优化控制效果。
所述控制方法还包括：
当被控变量的值超过上限参数与下限参数规定的范围时，即P<UL或P>UH时，若JS_SW＝0，通过执行器基于第一调节参数输出控制动作，调节被控变量，将计数值归1重新开始计数，再次执行步骤1；若当前未停止计数，则将计数值加1后执行步骤1。
当count＝T+1，即计数值达到预设的控制周期时，若此时P的值超出常规控制参数规定的范围，即P>UH或P<UL时，控制器将按照传统的周期性专家控制器的控制方法，执行器基于第一调节参数配置的的幅度输出控制动作，进而调节P的值。例如执行器为阀门时，根据AM_AMP的值调节阀门的幅度，使被控变量P调节到UH以下。执行器输出控制动作后，若JS_SW＝1，则继续计数，将JS_SW和count的值返回到新一轮控制周期。此处原理与传统的周期性专家控制器相同，此处不再赘述。
所述控制方法还预设的限制参数对被控变量进行限制性控制，其中限制参数包括限制变量L、用于触发限制性控制的限制门限参数LIM、限制性控制周期TLIM以及第三调节参数。
在实际控制应用中，被控变量往往与其他变量有联动的关系，如控制汽轮蒸汽压力的同时要保证其功率在一特定范围内，如果功率超过特定范围，就要先将功率调节到正常范围再控制蒸汽压力，这里的功率即为限制变量L。
当L的值达到LIM时，停止对被控变量P的控制，基于TLIM以第三调节参数调节设置的幅度调节L的值；
当L的值调节到不再达到TLIM时，即不再触发限制性控制时，恢复对被控变量的控制。
上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
