[發明專利]一種天然氣加臭控制系統及其控制方法

在審

• 申請號: 202111136077.8
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN113759726A
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 葛亮;張樂;肖小汀;方鑫;韋國暉;劉娟;胡澤;羅明;馬樂
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;F17D3/12;G06F30/20;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 許富強

1.一種天然氣加臭控制系統，包括加臭裝置單元、檢測單元、電源動力單元、MPC控制單元和上位機，其特征在于：

所述加臭裝置單元包括單片機控制器、計量泵、閥門和儲罐，所述上位機向單片機控制器發送控制量數據和相關指令，所述單片機控制器接收控制量數據和相關指令，后分別向閥門和計量泵發送控制開關指令和頻率脈沖指令，閥門打開后，儲罐中的THT流入計量泵的輸入口，計量泵的輸出口連接有天然氣管道，計量泵根據脈沖頻率向天然氣管道內注入THT，天然氣管道內設有鼓風恒溫裝置；

所述檢測單元包括天然氣流量計和THT在線檢測儀,所述天然氣流量計用于測量燃氣出口處的天然氣流量，所述THT在線檢測儀用于測量燃氣用戶終端THT濃度值，當檢測單元完成數據采集后，將數據打包反饋給上位機；

所述MPC控制單元結合上位機發送的數據進行新一輪的THT輸入量預測，并根據新的參考軌跡和預測模型進行滾動優化，將滾動優化的最優解進行再優化后再將預測的THT輸入控制量反饋給上位機。

2.根據權利要求1所述的一種天然氣加臭控制系統，其特征在于：所述加臭裝置單元還包括加臭裝置，所述加臭裝置包括計量泵(1)、汽化器(2)、注液主管(3)、磁液位計(4)和噴頭機構(5)，所述汽化器(2)設于計量泵(1)頂端，所述汽化器(2)通過注液主管(3)與噴頭機構(5)連接，所述磁液位計(4)安裝于注液主管(3)上，所述噴頭機構(5)包括小噴頭(501)、中噴頭(502)、大噴頭(503)和注液分管(504)，所述小噴頭(501)、中噴頭(502)和大噴頭(503)通過注液分管(504)與注液主管(3)連接。

3.根據權利要求1所述的一種天然氣加臭控制系統，其特征在于：所述電源動力單元給整個系統供電，根據不同設備的性能指標和額定功率分別進行供電。

4.一種天然氣加臭控制系統的控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：預測系統未來動態

對未來一段時間內的輸出進行預測；

步驟二：滾動優化

滾動進行有限時域在線優化；

步驟三：優化控制量

對滾動優化后的最優解進行再優化；

步驟四：反饋校正

通過預測誤差反饋，修正預測模型，提高預測精度。

5.根據權利要求4所述的一種天然氣加臭控制系統的控制方法，其特征在于：所述步驟一的具體操作步驟為：先采用二階加時滯的形式表示燃氣加臭過程控制模型，其傳遞函數表示為：

其中，T₁和T₂為時間常數，e^-τs為時滯部分，τ表示管網長度所引發的純滯后時間，K表示傳遞系數，再將加臭控制系統模型的傳遞函數進行離散化，并將離散化的系統用狀態空間模型表示，當獲取到k時刻的燃氣用戶終端輸出THT濃度量、電磁泵輸入量和外部干擾變量，根據實際情況調整參數即得k+1時刻的輸出變量，離散系統的狀態空間模型如下：

x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)+Cd(k)

y(k)＝Dx(k)

其中x(k)為狀態變量，u(k)為控制輸入變量，d(k)為可用測量的外部干擾變量，y(k)為被控輸出變量，式中：