電廠控制回路模型辨識方法與系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電廠技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電廠控制回路模型辨識方法與系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾十年來，過程控制技術(shù)迅速發(fā)展，常規(guī)控制過程能夠?qū)崿F(xiàn)在工業(yè)控制計算機(jī)的控制下自動進(jìn)行，而隨著現(xiàn)代控制系統(tǒng)逐步趨向大型化、復(fù)雜化，系統(tǒng)中有大量的變量和回路需要監(jiān)控。對于電力工業(yè)而言，隨著機(jī)組容量不斷增加，大機(jī)組的自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行更為重要，對自動化的要求越來越高。為了更好地實現(xiàn)控制目標(biāo)，就要掌握各種工藝設(shè)備和自動控制設(shè)備的動態(tài)特性，只有掌握了它們各部分的動態(tài)特性，才能保證更高的可靠性和自動化水平。傳統(tǒng)試驗建模中，應(yīng)用開環(huán)擾動試驗數(shù)據(jù)及相關(guān)辨識方法求取被控對象傳遞函數(shù)，雖然實現(xiàn)簡單，但存在對建模條件要求高、系統(tǒng)復(fù)雜時建模周期長、模型對工況與時間適應(yīng)性差等缺點。所以研究基于現(xiàn)代優(yōu)化技術(shù)的模型辨識建模方法以求提高控制品質(zhì)有著重要的意義。
[0003]利用傳統(tǒng)方法，如切線法、兩點法、面積法計算通常對現(xiàn)場條件和測試參數(shù)的要求較苛刻，實用性較差。實際上，系統(tǒng)辨識不一定都能在開環(huán)狀態(tài)下進(jìn)行。因為有的系統(tǒng)不能輕易切斷過程的反饋回路，否則可能會造成過程失控，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，這就要求辨識必須在閉環(huán)狀態(tài)下進(jìn)行。分散控制系統(tǒng)(DCS)與監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)已實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的數(shù)字化，保存了海量運(yùn)行數(shù)據(jù)。所以，如何從這些數(shù)據(jù)中獲得機(jī)組特性信息，在不對控制系統(tǒng)增加額外擾動的情況下，獲得一定精度的機(jī)組模型，建立被控對象的數(shù)學(xué)模型，已成為系統(tǒng)辨識領(lǐng)域研究開發(fā)的熱點問題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于此，有必要的提供一種簡單且實用的電廠控制回路模型辨識方法與系統(tǒng)。
[0005]一種電廠控制回路模型辨識方法，包括:
[0006]獲取電廠機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)；
[0007]基于旋轉(zhuǎn)門算法對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的線性擬合并確定擬合后曲線上反映曲線變化趨勢的關(guān)鍵點；
[0008]依次計算四個相鄰關(guān)鍵點之間數(shù)據(jù)段的斜率并分別與對應(yīng)的門限值進(jìn)行比較以判斷是否發(fā)生階躍或是否存在有斜率大于第一預(yù)設(shè)值的數(shù)據(jù)段；
[0009]若是，則采用最小二乘法與改進(jìn)的遺傳算法進(jìn)行模型辨識以獲取該控制回路的傳遞函數(shù)模型。
[0010]在其中一種實施方式中，還包括:
[0011]在判斷發(fā)生階躍或存在有斜率大于第一預(yù)設(shè)值的數(shù)據(jù)段時，獲取對應(yīng)四個相鄰關(guān)鍵點之間的數(shù)據(jù)段的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，并檢驗輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的可靠性，若檢驗可靠，則執(zhí)行模型辨識的步驟。
[0012]在其中一種實施方式中，檢驗輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的可靠性的步驟包括:
[0013]計算輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)并判斷相關(guān)系數(shù)是否大于第二預(yù)設(shè)值；
[0014]若是，則分別計算輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的第一幅值譜，并分別對輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的幅值譜進(jìn)行歸一化處理得到輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的第二幅值譜；
[0015]比較輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的第二幅值譜的相似度；
[0016]若相似度在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則確定輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)可靠。
[0017]在其中一種實施方式中，在確定關(guān)鍵點的步驟之后，在計算任意四個關(guān)鍵點之間的三個數(shù)據(jù)段的斜率的步驟之前，還包括步驟:根據(jù)曲線變化趨勢剔除虛假關(guān)鍵點。
[0018]在其中一種實施方式中，采用最小二乘法與改進(jìn)的遺傳算法進(jìn)行模型辨識以獲取該控制回路的傳遞函數(shù)模型的步驟包括:
[0019]獲取輸入的控制回路的傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)；傳遞函數(shù)包括一階慣性環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)、一階慣性延遲環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)和二階慣性延遲環(huán)節(jié)；
[0020]利用遞推最小二乘法對控制回路的模型參數(shù)進(jìn)行辨識；
[0021]利用改進(jìn)的遺傳算法對遞推最小二乘法所得的結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，通過計算模型輸出與過程輸出的殘差并對殘差序列進(jìn)行白噪聲檢驗以判定控制回路模型的屬性。
[0022]一種電廠控制回路模型辨識系統(tǒng)，包括:
[0023]獲取模塊，用于獲取電廠機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)；
[0024]擬合模塊，用于基于旋轉(zhuǎn)門算法對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的線性擬合并確定擬合后曲線上反映曲線變化趨勢的關(guān)鍵點；
[0025]判斷模塊，用于依次計算四個相鄰關(guān)鍵點之間數(shù)據(jù)段的斜率并分別與對應(yīng)的門限值進(jìn)行比較以判斷是否發(fā)生階躍或是否存在有斜率大于第一預(yù)設(shè)值的數(shù)據(jù)段；
[0026]辨識模塊，用于在判斷模塊的判斷結(jié)果為是時，采用最小二乘法與改進(jìn)的遺傳算法進(jìn)行模型辨識以獲取該控制回路的傳遞函數(shù)模型。
[0027]在其中一種實施方式中，還包括:
[0028]檢驗?zāi)K，用于在判斷模塊的判斷結(jié)果為是時，獲取對應(yīng)四個相鄰關(guān)鍵點之間的數(shù)據(jù)段的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，并檢驗輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的可靠性。
[0029]在其中一種實施方式中，檢驗?zāi)K包括:
[0030]第一判斷單元，用于計算輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)并判斷相關(guān)系數(shù)是否大于第二預(yù)設(shè)值；
[0031]處理單元，用于在第一判斷單元的判斷結(jié)果為是時，分別計算輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的第一幅值譜，并分別對輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的幅值譜進(jìn)行歸一化處理得到輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的第二幅值譜；
[0032]比較單元，用于比較輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的第二幅值譜的相似度；
[0033]可靠性確定單元，用于在比較單元的比較結(jié)果為相似度在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時，確定輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)可靠。
[0034]在其中一種實施方式中，還包括:剔除模塊，用于根據(jù)曲線變化趨勢剔除虛假關(guān)鍵點。
[0035]在其中一種實施方式中，辨識模塊包括:
[0036]輸入單元，用于獲取輸入的控制回路的傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)；傳遞函數(shù)包括一階慣性環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)、一階慣性延遲環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)和二階慣性延遲環(huán)節(jié)；
[0037]辨識單元，用于利用遞推最小二乘法對控制回路的模型參數(shù)進(jìn)行辨識；
[0038]優(yōu)化單元，用于利用改進(jìn)的遺傳算法對遞推最小二乘法所得的結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，通過計算模型輸出與過程輸出的殘差并對殘差序列進(jìn)行白噪聲檢驗以判定控制回路模型的屬性。
[0039]該電廠控制回路模型辨識方法，通過獲取電廠機(jī)組的歷史和實時運(yùn)行數(shù)據(jù)，基于旋轉(zhuǎn)門算法對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到曲線，通過提取曲線上的關(guān)鍵點判斷是否發(fā)生階躍或在在有數(shù)據(jù)段的斜率大于第一預(yù)設(shè)值，若是，則采用最小二乘法與改進(jìn)的遺傳算法進(jìn)行模型辨識以獲取該控制回路的傳遞函數(shù)模型，以便進(jìn)行控制回路PID參數(shù)整定，為電廠機(jī)組的控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計與調(diào)試提供了建模工具，無需獲取再次切線、兩點等中間量，簡化了電廠控制回路模型的辨識過程，具有實用性。
【附圖說明】
[0040]圖1為一種實施方式的電廠控制回路模型辨識方法的流程圖；
[0041]圖2為一種實施方式的階躍示意圖；
[0042]圖3為另一種實施方式的電廠控制回路模型辨識方法的流程圖；
[0043]圖4為一種實施方式的判斷數(shù)據(jù)可靠性的方法的流程圖；
[0044]圖5為一種實施方式的模型辨識方法的流程圖；
[0045]圖6為一種實施方式的電廠控制回路模型辨識系統(tǒng)的模塊示意圖；
[0046]圖7為另一種實施方式的電廠控制回路模型辨識系統(tǒng)的模塊示意圖。
【具體實施方式】
[0047]如圖1所示，一種電廠控制回路模型辨識方法，包括以下步驟:
[0048]S10:獲取電廠機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)。
[0049]電廠機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)包括輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，可通過分散控制系統(tǒng)(DCS)與監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)獲取。
[0050]S30:基于旋轉(zhuǎn)門算法對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的線性擬合并確定擬合后曲線上反映曲線變化趨勢的關(guān)鍵點。
[0051]旋轉(zhuǎn)門算法用于對電廠機(jī)組的運(yùn)行產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的線性擬合。關(guān)鍵點為擬合后曲線上反映曲線變化趨勢的點，例如，改變曲線向上或向下方向的拐點。在具體的實施方式中，由于電廠各個控制回路的數(shù)據(jù)差異性較大，波動范圍不一致，而且各控制回路對擾動的要求也不一樣。因此，從現(xiàn)場數(shù)據(jù)文件中讀入輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)后，可針對不同回路的不同負(fù)荷下的數(shù)據(jù)可設(shè)置對應(yīng)的壓縮精度，以準(zhǔn)確找出反映曲線變化趨勢的關(guān)鍵點。
[0052]S50:依次計算四個相鄰關(guān)鍵點之間數(shù)據(jù)段的斜率并分別與對應(yīng)的門限值進(jìn)行比較以判斷是否發(fā)生階躍或是否存在有斜率大于第一預(yù)設(shè)值的數(shù)據(jù)段。
[0053]關(guān)鍵點反應(yīng)了曲線的趨勢。兩關(guān)鍵點之間的曲線可近似的看作一條直線，依次計算四個相鄰關(guān)鍵點之間的三個數(shù)據(jù)段的斜率。
[0054]如圖2所示，本發(fā)明通過計算三個斜率:第1-2時刻的采樣值與第i_l時刻的