[發明專利]一種基于數值微分的鍋爐溫度調整方法與系統

有效

• 申請號: 202110605520.5
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113220048B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 王飚;霍梁;鄭樂;林少軍;柯吉;武飛;趙微微;楊雨儀;馬雨慶;董伊媚;唐必成;趙醒;秦裕德;吳浩;楊航;崔冰晶;呂亞澤;陳東瑞
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G05D23/20
• 分類號: G05D23/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發明公開了一種基于數值微分的鍋爐溫度調整方法與系統，本發明采用的基于牛頓插值多項式的數值微分算法所實現的微分器計算量較小，利用此法實現的微分器其微分環節的精確性高，頻率特性好，抑制高頻噪聲效果較好，結構簡單、易于實現。由于理想微分器在實際生活中是不存在，物理上不易實現的，而鍋爐系統中的溫度采樣點往往是等距分布的，本發明提出了基于牛頓插值多項式的一階導來實現數值微分算法，意在通過選取合適的插值點以及采樣步長，來使其能實現較好的微分效果。

技術領域

本發明屬于鍋爐溫度控制領域，涉及一種基于數值微分的鍋爐溫度調整方法與系統。

背景技術

在鍋爐溫度控制系統中，溫度作為被控對象來說是一個具有延遲特性的慣性系統。在傳統的鍋爐溫度控制PID控制方法中需要用到微分器，數值微分的問題從上個世紀中期到至今，有很多國內外學者都在對這一課題進行研究，也得到了豐富的科研成果。以函數的離散數據，來近似表達在節點處的微分，通常稱為數值微分。而眾多學者之所以如此關注數值微分問題，其主要原因有兩方面，其一是數值微分問題是在阿達馬(Hadamard)意義下典型的不適定問題，也就是說在測量過程中，微小的誤差有可能造成數值結果的巨大誤差。為了克服不適定性，需要使用特殊辦法處理.其二是在許多實際應用問題中，需要通過一些離散的數據點來計算函數的導數，例如，在圖像處理中的邊界識別問題，確定化學光譜中的波峰，解Abel積分方程，以及一些在數學物理方程中的問題，等因此無論從理論研究方面還是實際應用方面，研究數值微分問題的算法都是很有意義的。現有技術的方案之一為插值法，將插值法應用到上述微分器中時基于上述算法設計微分器結構復雜，在鍋爐溫度控制系統中的實際使用時計算量較大，同時也不能很好的過濾高頻噪聲。現有的技術方案二為泰勒展開法，由于上述泰勒棧開發法設計微分器結構復雜，在鍋爐溫度控制系統中的實際使用時也存在計算復雜的問題，并且高頻噪聲對其的控制效果影響較大。

因此現有技術的微分器實現起來結構較為復雜，在實際使用時計算量大，而且高頻噪聲對其的控制效果影響明顯，因此存在控制效果不佳、維護和運營成本較高的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種基于數值微分的鍋爐溫度調整方法與系統，以解決現有技術中針對鍋爐溫度控制的微分器實現過程復雜，實際使用時計算量大，控制效果不佳的問題。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種基于數值微分的鍋爐溫度調整方法，包括以下步驟：

步驟1，實時采集鍋爐的溫度實際值；

步驟2，比較鍋爐的溫度設定值和溫度的實際值，獲得實時水溫的誤差值；

步驟3，PID控制器根據實時水溫的誤差調節并控制輸出量；所述PID控制器中的微分環節中引入有N點離散微分器的傳遞函數；所述N為2～7中的自然數；

步驟4，依據輸出量調整水量，直至實時水溫的誤差值為0，調整結束。

本發明的進一步改進在于：

優選的，步驟3中，所述N為3。

優選的，通過溫度傳感器進行溫度實際值的采集；步驟2中，通過比較器比較溫度設定值和溫度的實際值。

優選的，步驟3中，傳遞函數的獲得過程為，對實時水溫的誤差值進行等間距采樣，獲得N個采樣數值，對N個采樣數值進行微分計算，獲得N點的離散分散器的傳遞函數。

優選的，當N為3時，所述傳遞函數為：

優選的，當N為4時，所述傳遞函數為：

優選的，步驟4中，所述鍋爐的執行器為閥門。

一種基于數值微分的鍋爐溫度調整系統，包括：