用於連續控制控制閥門的位置的方法
2023-06-09 06:29:16 3
專利名稱：用於連續控制控制閥門的位置的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於連續控制控制閥門的位置的方法，特別涉及一種作為閉環或開環處理控制系統的一部分的控制閥門、一種相對於所確定的參考變量的、被確定為控制變量的、距離控制閥門位置的控制偏差，和一種從所述控制偏差確定的操作變量，通過所述操作變量將控制閥門定位和/或保持在由參考變量預定的位置上。
背景技術：
通過渦輪機從蒸汽產生動力的處理是現有技術公知的，其中流體被從中間過熱器引入渦輪機組，所述渦輪機組例如包括與在下遊的多個低壓渦輪機連接的一個中壓渦輪機，所述多個渦輪機被排列在一個公共的軸上。為了能夠在規定的或最佳的操作狀態中操作所述多個渦輪機，提供了帶有位置控制系統的旁通控制閥來與渦輪機組並行。這種類型的控制閥門一般具有電動液壓驅動器。
所述位置控制系統按照由控制系統預定的設置點(參考變量)來定位控制閥門。這種控制系統所要求的實際值(記錄的控制變量)由帶有模擬移動測量轉換器的閥門位置發送器來提供。
在實際值和設置點之間的控制差別與按照預定的控制特性的控制值(操作變量)有關，利用所述控制值通過電動液壓驅動將控制閥門定位在預定的位置上。
在長連接的管道的情況下，系統表示出振動的趨勢，對應的振動負載發生在閥門上。在控制閥門中安排有閥門位置發送器的情況下，這導致高機械應力，並伴有在涉及的閥門位置發送器中的高的故障率。在現在的控制設計中，閥門位置發送器的故障導致旁通控制閥的關閉，因此導致位置控制環路的故障。
發明內容
因此，本發明的目的在於改善已知的控制閥門位置的方法，使得閥門位置發送器的故障不會導致位置控制環路的故障。
為此，本發明提出了通過觀測操作變量和至少另一個由控制閥門的位置影響的變量來確定對應於控制閥門的位置的控制變量。
在此，「觀測」應理解為是一個控制工程的定義，其中當可以從在有限區間上的輸入變量和輸出變量的過程確定一個系統的初始狀態的時候，系統被稱為完全可以觀測(參見Jan Lunze，Regelungstechnik 2，[Contro1 Engineering(控制工程)2]，Definition(定義)3.2或Otto Fllinger，Regelungstechnik，[Control Engineering(控制工程)]，5th Edition(第五版)，Definition(定義)11.109)。
同樣很可能完全地不用控制閥門的閥門位置發送器。可以減少和避免部件和成本，特別包括對於服務和維護的部件和成本。利用本發明的方案，可以實現高度的精確性和可靠性。而且，例如在設備改進的時候，可以與閥門位置發送器並行的選用觀測器。在閥門位置發送器故障的時候，可以通過觀測來確定控制系統要求的控制變量，而與閥門位置發送器的功能無關。因此可以實現高度的精確性和可靠性。按照本發明的方案可以原則上用於控制環路，有可能固定地預定閥門位置設置點來作為參考變量，或者由高階控制環路來提供閥門位置設置點，所述高階控制環路如壓力控制環路。
而且，本發明提出，通過觀測控制變量和在每種情況下在控制閥門的上遊和下遊記錄的壓力而確定對應於控制閥門的位置的控制變量。為了確定控制變量，可以有益地利用已經存在和在對於處理的開環或閉環控制的任何情況下要求的測量點。
另外，本發明提出，由諸如壓力控制系統的一高階控制系統來預定參考變量。例如，可以由高階控制系統預定閥門位置，由另一個獨立的控制系統實現預定位置的獲得和保持。特別是在大工業設備的情況下，這可以使得有可能通過本地安排的控制系統來迅速而幹擾很小地達到和/或保持從遠程中央站預定的閥門位置。而且，本發明提出，控制系統有益地具有成比例的的特性。
另外，本發明提出，指示控制閥門的所確定的位置。可以指示閥門位置的所觀測的測量值而不進一步需要測量裝置。所測量的值也可以被發送到高階控制系統或中央站。
質量流有益地與各個壓力成比例。而且，本發明提出經過控制閥門有超臨界壓降。
為了獲得明確已知的閥門操作變量，本發明提出，控制系統是同類的，所述操作變量的一種形式對不依賴於當前的閥門衝程的、結果產生的閥門運動具有作用。
本發明還提出，參考變量(4)的值在從大約-10％到110％的範圍中。可以以規定的方式來有益地移動控制閥門的終端位置。
為了建立在控制中的幹預的可能方式，本發明提出，操作變量被引到一個選擇開關。這使得控制閥門有可能具有施加到它的一預定控制值，例如用於試驗的目的。經由所述選擇開關，操作變量可以被轉換到一最大或最小值，以便例如確定最大和/或最小的衝程。
另外，本發明提出，選用的控制變量也是來自閥門位置發送器的一記錄的測量值。因此，例如為了試驗目的，有可能在閥門位置的直接和觀測的測定值之間進行選擇。
而且，本發明提出，從閥門位置發送器測量的值用於校準觀測器，所述觀測器是已知的通過觀測前述的變量來確定控制閥門的位置的裝置。直接測量的閥門位置可以有益地用於設置觀測器及其參數，以便與通過閥門位置發送器的控制有關的偏差在有益於閥門位置發送器的操作狀態中變得儘可能小。
本發明還提出，通過電動液壓驅動器將控制閥門定位和/或保持在由參考變量預定的位置。控制閥門可以有益地用於高要求。可以在控制特性中考慮包括控制閥門和電動液壓驅動器的系統的控制特性，以便可以實現快速、穩定的控制，避免由例如震動或侵蝕造成的故障。
通過下面實施例的說明可以獲得本發明的進一步的細節、特點和優點。實質相同的部件通過相同的指定方式來指定。而且，對於相同的特性和功能，可以參見圖1的示範實施例的說明。
圖1示出了與渦輪機組的控制相關的設備原理圖的細節。
圖2示出了按照本發明的具有觀測器的控制閥門的控制系統的方框圖。
圖3示出了按照本發明的觀測器的方框圖。
附圖標記1.指示器信號2.控制偏差3.控制變量4.參考變量5.操作變量6.閥門上遊的壓力7.閥門下遊的壓力8.高階控制系統9.當前的伺服閥門10.線路11.選擇開關12.最大值13.最小值14.來自閥門位置發送器的實際值15.乘法器16.乘法器17.觀測器18.比較器19.蒸汽質量流流入20.蒸汽質量流流出21.與容量相關的存儲時間常數22.觀測的實際值26.轉換開關28.位置控制器29.支路30.轉換開關31.控制閥門32.控制閥門
具體實施例方式
圖1表示從蒸汽產生動力的設備的設備原理圖的細節。在線路10上，蒸氣流經由支路29被引到閥門31、32。
並且，圖1示出了一個觀測器17，它與位於控制閥門31、32的流動方向的上遊的壓力測量點6相連接，與位於控制閥門32的流動方向的下遊的壓力測量點7相連接。質量流與各個壓差成比例，橫跨控制閥門32有超臨界壓降。而且，觀測器17從位置控制器28獲得操作變量5來作為輸入信號，從這三個輸入變量，觀測器17確定控制閥門32的閥門位置的實際值22。信號被提供到位置控制器28，位置控制器28從參考變量4確定控制偏差2，位置控制器28由此產生控制閥門32的操作變量5。參考變量4在-10％到110％之間取值，以便使得有可能以規定的方式來移動到控制閥門32的終端位置。經由選擇開關30，由閥門位置發送器提供的實際值14——未具體示出——也可以被選擇來用於控制系統(圖2)。所提供的控制系統是一個同類的控制系統。
圖2示出了用於連續作為處理控制系統的一部分的控制閥門32的位置的方法的方框圖，比較器18與參考變量4相關地從確定為控制變量3的控制閥門32的位置確定控制偏差2、利用控制偏差2來確定操作變量5，通過它控制閥門32定位和/或保持在由參考變量4預定的位置。按照本發明，通過觀測操作變量5和另兩個變量6、7而確定對應於控制閥門32的位置的控制變量3。所述另兩個變量6、7受控制閥門32的位置的影響，它們在本結構中由在控制閥門32的上遊和下遊的分別記錄的壓力6、7形成。
參考變量4由高階壓力控制系統8預定。位置控制器28的特徵在於成比例的特性。控制閥門32的預定位置經由來自一個指示器——未具體示出——的指示信號1而指示。而且，操作變量9被產生以便控制屬於控制閥門32的電動液壓驅動器的線圈，未具體示出。
操作變量5被引到選擇開關11，其中作為一種選擇，可以選擇下限值13作為操作變量。其後，提供了一個轉換開關26，利用它，作為一種選擇，可以選擇上限值12作為操作變量。
關於觀測器17，在此再次簡述它的基本功能。控制閥門32的上遊和下遊的壓力6、7以及它的操作變量5作為電壓形式的輸入變量被視作已知的，因為它們可以作為測量的結果而獲得。隨著時間的變化，有可能確定初始狀態，在此是控制閥門32的位置的信號22(關於這個方面，具體參見Jan Lunze)。
詳細而言，利用觀測器17通過使用在控制閥門32的上遊和下遊測量的壓力6、7和對應於閥門位置的電壓9，閥門位置被確定為操作變量5。在本結構中，控制閥門32的位置的改變與施加的電壓9成比例。但是另外，也可以想像這樣的設計，其中控制閥門32的位置本身與施加的電壓9成比例。
控制閥門32的下遊的壓力7取決於流入和流出的蒸汽體質量流19、20(圖2)。通過與容量相關的存儲時間常數21，壓力改變與在質量流19、20之間的差成比例。在超臨界壓降的情況下，流入控制閥門32的下流的空間的蒸汽19的質量與閥門位置和控制閥門32的上遊的壓力6的乘積成正比。流出的蒸汽20的質量主要與在由管道——未具體示出——形成的存儲空間中建立的壓力7成正比。這通過乘法器15、16來說明。
可以通過具有成對的微分方程的微分方程系統來描述在此要表示的系統。ddthvpnach=1Tv00K1pvor-K2hvpnach+Ku0Uv]]>hv＝閥門位置Pnach＝在控制閥門的下遊建立的壓力Tv＝容量時間常數KU，1，2＝參數Pvor＝在控制閥門的上遊建立的壓力Uv＝控制閥門的電壓(操作變量)系統方程的動態由觀測器17模擬。除了與原始系統有關的方程，觀測器17接收與在測量的和觀測的壓力7之間的差有關的反饋。觀測器17由下列方程說明ddthvpnach=1Tv00K1pvor-K2hvpnach+Ku0Uv+d1d2(pnach-pnach)]]>帶小撇的變量視觀測器狀態。參數d1和d2需要以使得對於誤差的微分方程hp=hvpnach-hvpnach]]>在原點(0，0)穩定來選擇。這導致微分方程系統ddthp=0-d1K1pvorTv-K2Tv-d2hp]]>如果有關的特性多項式僅僅顯示複數0，其實部小於0，則這個方程穩定。參數d1和d2的結果是d2＞K2/Tv和di＞0。
對於這些參數，在本示範實施例中指定了下列值K1＝2.3K2＝4.55K3＝0.01Tv＝0.1d1＝1d＝0.02Ku＝0.5(第一設置)在附圖中所示的示範實施例僅僅用於說明本發明並不對其進行限定。可以改變，例如諸如由控制閥門的位置影響的變量的選擇的單獨的方法步驟、例如質量流以及諸如轉換操作變量的附加功能等。
權利要求
1.一種用於連續控制控制閥門(32)的位置的方法，特別是一種作為閉環或開環處理控制系統的一部分的控制閥門、一種相對於所確定的參考變量(4)、被確定為控制變量(3)的、距離控制閥門位置的控制偏差(2)和一種從所述控制偏差(2)確定的操作變量(5)，通過所述操作變量(5)將控制閥門(32)定位和/或保持在由參考變量(4)預定的位置上，所述方法的特徵在於，通過觀測操作變量(5)和至少另一個由控制閥門(32)的位置影響的變量(6，7)來確定對應於控制閥門(32)的位置的控制變量(3)。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，通過觀測操作變量(5)和分別在控制閥門(32)的上遊和下遊記錄的壓力(6，7)而確定對應於控制閥門(32)的位置的控制變量(3)。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，由高階控制系統(8)、特別是壓力控制系統來預定參考變量(4)。
4.如前述的權利要求中的任何一個所述的方法，其特徵在於具有成比例的的特性。
5.如前述的權利要求中的任何一個所述的方法，其特徵在於指示控制閥門(32)的所確定的位置。
6.如前述的權利要求中的任何一個所述的方法，其特徵在於質量流與各個壓力成比例
7.如前述的權利要求中的任何一個所述的方法，其特徵在於橫跨控制閥門有超臨界壓降。
8.如前述的權利要求中的任何一個所述的方法，其特徵在於控制系統是同類的。
9.如前述的權利要求中的任何一個所述的方法，其特徵在於參考變量(4)的值在從大約-10％到110％的範圍中。
10.如前述的權利要求中的任何一個所述的方法，其特徵在於操作變量(5)被引到至少一選擇開關(11)。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於經由所述選擇開關(11)，操作變量(9，10)被轉換到一最大或最小值(12，13)。
12.如前述的權利要求中的任何一個所述的方法，其特徵在於選用的控制變量也是來自一閥門位置發送器的一記錄的測量值(14)。
13.如前述的權利要求中的任何一個所述的方法，其特徵在於從閥門位置發送器測量的值(14)用於校準觀測器(17)。
14.如前述的權利要求中的任何一個所述的方法，其特徵在於通過電動液壓驅動器來在由參考變量(4)預定的位置定位和/或保持控制閥門(32)。
全文摘要
本發明涉及一種用於連續控制控制閥門(32)的位置的方法，特別是一種作為閉環或開環處理控制系統的一部分的控制閥門、一種相對於所確定的參考變量(4)、被確定為控制變量(3)的、距離控制閥門位置的控制偏差(2)和一種從所述控制偏差(2)確定的操作變量(5)，通過所述操作變量(5)將控制閥門(32)定位和/或保持在由參考變量(4)預定的位置上。本發明的目的在於改善已知的控制閥門位置(32)的方法，使得閥門位置發送器的故障不導致位置控制環路的故障。本發明提出通過觀測操作變量(5)和至少另一個由控制閥門(32)的位置影響的變量(6，7)來確定對應於控制閥門(32)的位置的控制變量(3)。
文檔編號G05D3/12GK1421754SQ0215283
公開日2003年6月4日 申請日期2002年11月25日 優先權日2001年11月23日
發明者萊因哈德·萊恩斯特, 魯道夫·施萊休伯, 格塔·齊默 申請人:西門子公司