專利名稱：離散控制中測量失真的動態(tài)補(bǔ)償法及其控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動控制領(lǐng)域，尤其涉及一種離散控制中對采樣保持器帶來的測量失真進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償?shù)姆椒ê拖嚓P(guān)的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自動控制可以分為連續(xù)控制和離散控制兩大類，連續(xù)控制系統(tǒng)中的給定、反饋信號都是模擬信號，而離散控制系統(tǒng)中的測量信號需要轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后由計算機(jī)進(jìn)行處理，然后再轉(zhuǎn)換成模擬信號，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
計算機(jī)控制系統(tǒng)為離散控制系統(tǒng)，在處理多信號和復(fù)雜的控制策略運(yùn)算任務(wù)中具有絕對的優(yōu)勢，但在處理快速反饋控制時，采樣周期處理不當(dāng)會導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。圖1所示為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)回路，測速板16給出模擬轉(zhuǎn)速信號nα，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器17(也可置于測速板內(nèi))給出的數(shù)字量轉(zhuǎn)速信號nd，后者送入數(shù)字比較器11和給定轉(zhuǎn)速信號ns比較，輸出的信號ns-nd經(jīng)數(shù)字比例調(diào)節(jié)器(即圖中的1/δ)12得到離散控制信號(ns-nd)/δ，再經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器13給出總閥位給定模擬信號Fs＝(ns-nd)/δ，控制油動機(jī)14來調(diào)節(jié)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子15的轉(zhuǎn)速。
在對轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時需要進(jìn)行采樣保持，如圖2所示，在每一個采樣點上采樣得到的轉(zhuǎn)速信號值與模擬量轉(zhuǎn)速信號值相同，但是在兩個采樣點之間，數(shù)字量轉(zhuǎn)速信號的值是保持為前一采樣點的值，這樣，在轉(zhuǎn)速變化時，兩個采樣點之間的數(shù)字量轉(zhuǎn)速信號值nd就與實際的模擬量轉(zhuǎn)速信號值nα不同，形成轉(zhuǎn)速信號的動態(tài)測量誤差nd-nα。實踐證明，該動態(tài)誤差會影響轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)回路的穩(wěn)定性。采樣周期越長，影響越大。采用MATLAB軟件進(jìn)行分析，結(jié)果證明上述現(xiàn)象是存在的。
目前，在發(fā)電廠的自動控制系統(tǒng)中，采樣周期一般采用250ms或125ms，當(dāng)機(jī)組在大電網(wǎng)并列運(yùn)行時，其穩(wěn)定性可以滿足一般的控制需要。但是，當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)組在小電網(wǎng)并列運(yùn)行時，穩(wěn)定性較差的調(diào)速系統(tǒng)會引起轉(zhuǎn)速波動，造成電網(wǎng)頻率波動。當(dāng)機(jī)組為單機(jī)運(yùn)行時，這種波動影響更大，造成機(jī)組不能正常運(yùn)行。
要提高此類響應(yīng)速度很快的離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一個方法是提高采樣頻率，如上述汽輪機(jī)的調(diào)速控制，將采樣周期設(shè)為50ms左右時，系統(tǒng)的穩(wěn)定性接近連續(xù)調(diào)節(jié)。但是，某一局部控制系統(tǒng)采樣頻率的提高會受到整個自動控制系統(tǒng)采樣頻率的限制，因為采樣頻率的增加會大大增加系統(tǒng)的運(yùn)算量。而如果只提高局部的控制系統(tǒng)的采樣頻率，則需要對現(xiàn)有的組態(tài)軟件進(jìn)行局部修改，或?qū)M態(tài)軟件的控制策略進(jìn)行整體的修改，這將對工程實踐和技術(shù)管理帶來較大的麻煩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種離散控制中測量失真的動態(tài)補(bǔ)償法，可以對采樣產(chǎn)生的測量失真進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種離散控制中測量失真的動態(tài)補(bǔ)償法，應(yīng)用于包含控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制對象、測量裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的閉環(huán)離散控制系統(tǒng)中，包括以下步驟(a)將轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后的測量信號再次轉(zhuǎn)換為模擬信號，并將轉(zhuǎn)換得到的該模擬信號與原始的模擬測量信號進(jìn)行比較；(b)將比較得到的偏差信號送入與控制系統(tǒng)控制器傳遞函數(shù)相同的另一模擬控制器處理，給出動態(tài)補(bǔ)償信號；(c)將該動態(tài)補(bǔ)償信號與控制系統(tǒng)輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模擬信號疊加，作為該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號。
本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問題是提供一種可對離散控制中測量失真進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償?shù)目刂葡到y(tǒng)。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種可對離散控制中測量失真進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償?shù)目刂葡到y(tǒng)，包括控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制對象、測量裝置、與所述測量裝置連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及輸出控制信號到所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其特征在于還包括一個動態(tài)補(bǔ)償回路，該動態(tài)補(bǔ)償回路包括第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模擬比較器、與所述控制器傳遞函數(shù)相同的模擬控制器以及加法器，所述第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器接收從所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的已經(jīng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的測量信號，將其轉(zhuǎn)換為模擬信號后輸入所述模擬比較器，在該模擬比較器中與所述測量裝置輸出的模擬量測量信號進(jìn)行比較，得到的偏差信號經(jīng)所述模擬控制器處理后得到動態(tài)補(bǔ)償信號，再送入所述加法器與所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號疊加，給出所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號。
進(jìn)一步地，上述控制系統(tǒng)還可具有以下特點所述動態(tài)補(bǔ)償回路增加了一個微分校正回路，該微分校正回路對輸入的模擬量測量信號處理后，與所述模擬控制器的輸出信號在一加法器中疊加，得到的信號再作為所述動態(tài)補(bǔ)償信號輸出。
由上可知，本發(fā)明針對離散控制中測量失真造成閉環(huán)控制穩(wěn)定性下降的問題，在不改變采樣頻率的情況下，對信號采樣保持產(chǎn)生的測量失真進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，使快速反饋控制離散控制系統(tǒng)實現(xiàn)了達(dá)到連續(xù)控制的效果，提高了需要快速響應(yīng)的控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。進(jìn)一步地，可以在動態(tài)補(bǔ)償回路中增加了一個微分校正回路，進(jìn)一步改善控制系統(tǒng)的動態(tài)特性。


圖1是現(xiàn)有汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速離散調(diào)節(jié)回路的方框圖。
圖2是對模擬量進(jìn)行采樣保持處理的示意圖。
圖3是本發(fā)明第一實施例汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速離散調(diào)節(jié)回路和動態(tài)補(bǔ)償回路的方框圖。
圖4是本發(fā)明第二實施例汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速離散調(diào)節(jié)回路和動態(tài)補(bǔ)償回路的方框圖。其中，動態(tài)補(bǔ)償回路增加了一個微分器。
具體實施例方式
下面仍以汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)回路為例來說明本發(fā)明的方法。
第一實施例如圖3所示，本實施例的調(diào)節(jié)回路在原有的控制環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，增加了一個動態(tài)補(bǔ)償回路，由另一數(shù)模轉(zhuǎn)換器18、模擬比較器19、模擬比例調(diào)節(jié)器20和加法器21組成。其中模擬比較器19、模擬比例調(diào)節(jié)器20和加法器21均采用對模擬信號進(jìn)行處理的模擬電路。
動態(tài)補(bǔ)償回路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器18接收從模數(shù)轉(zhuǎn)換器17輸出的已經(jīng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的轉(zhuǎn)速測量信號nd，將其轉(zhuǎn)換為模擬信號后輸入模擬比較器19。模擬比較器19的另一路輸入來自測速板16輸出的模擬量轉(zhuǎn)速信號nα，對兩路信號進(jìn)行比較后，將兩者的差值信號(nd-nα)輸出到模擬比例調(diào)節(jié)器20，該模擬比例調(diào)節(jié)器20與數(shù)字比例調(diào)節(jié)器12實現(xiàn)相同的傳遞函數(shù)，即圖中的1/δ，其輸出的動態(tài)補(bǔ)償信號(nd-nα)/δ送入到加法器21，與離散調(diào)節(jié)回路中數(shù)模轉(zhuǎn)換器13輸出的離散控制信號(ns-nd)/δ相疊加，得到的總閥位給定信號Fs＝(ns-nα)/δ?？梢钥闯?，經(jīng)過動態(tài)補(bǔ)償后的總閥位給定信號消除了轉(zhuǎn)速信號的動態(tài)測量誤差，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性達(dá)到連續(xù)控制的效果。
穩(wěn)態(tài)時，nd＝nα，動態(tài)補(bǔ)償信號為0，控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性仍然取決于原來的數(shù)字量控制系統(tǒng)。
上述在離散控制系統(tǒng)中針對測量失真采用的動態(tài)補(bǔ)償方法可以概括為以下步驟(a)將轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后的測量信號再次轉(zhuǎn)換為模擬信號，并將轉(zhuǎn)換得到的該模擬信號與原始的模擬測量信號進(jìn)行比較；(b)將比較得到的偏差信號送入與控制系統(tǒng)控制器傳遞函數(shù)相同的另一模擬控制器處理，給出動態(tài)補(bǔ)償信號；(c)將該動態(tài)補(bǔ)償信號與控制系統(tǒng)輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模擬信號疊加，作為該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號。
因此，本發(fā)明的動態(tài)補(bǔ)償法在不對原有控制系統(tǒng)進(jìn)行改動的基礎(chǔ)上，可以有效地對測量失真進(jìn)行補(bǔ)償，特別適用于響應(yīng)速度很快的離散控制系統(tǒng)，可以彌補(bǔ)因采樣頻率不足帶有的測量失真，從而提高控制系統(tǒng)的性能尤其是抗干擾能力。
第二實施例本實施例的控制系統(tǒng)只是在第一實施例的動態(tài)補(bǔ)償回路中增加了一個由模擬微分器22組成的微分校正回路和一加法器23，該微分器22對輸入的模擬量測量信號處理后，與模擬比例調(diào)節(jié)器20輸出的信號在新增的加法器23中疊加后，再作為動態(tài)補(bǔ)償信號輸出。
本實施例在原有離散控制系統(tǒng)中增加了一個模擬的微分校正回路，可以進(jìn)一步改善響應(yīng)速度很快的控制系統(tǒng)的動態(tài)性能。
在具體實現(xiàn)時，有時測速板給出的是已經(jīng)離散化了的轉(zhuǎn)速信號，這時上述實施例中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器17應(yīng)為采樣保持器，這類功能模塊分割上的變化應(yīng)視為上述實施例的等同方案。
應(yīng)該說明的是，本發(fā)明的動態(tài)補(bǔ)償方法和控制系統(tǒng)完全可以應(yīng)用于類似的其他快速反饋控制的離散控制系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種離散控制中測量失真的動態(tài)補(bǔ)償法，應(yīng)用于包含控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制對象、測量裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的閉環(huán)離散控制系統(tǒng)中，包括以下步驟(a)將轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后的測量信號再次轉(zhuǎn)換為模擬信號，并將轉(zhuǎn)換得到的該模擬信號與原始的模擬測量信號進(jìn)行比較；(b)將比較得到的偏差信號送入與控制系統(tǒng)控制器傳遞函數(shù)相同的另一模擬控制器處理，給出動態(tài)補(bǔ)償信號；(c)將該動態(tài)補(bǔ)償信號與控制系統(tǒng)輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模擬信號疊加，作為該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號。
2.一種可對離散控制中測量失真進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償?shù)目刂葡到y(tǒng)，包括控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制對象、測量裝置、與所述測量裝置連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及輸出控制信號到所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其特征在于還包括一個動態(tài)補(bǔ)償回路，該動態(tài)補(bǔ)償回路包括第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模擬比較器、與所述控制器傳遞函數(shù)相同的模擬控制器以及加法器，所述第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器接收從所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的已經(jīng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的測量信號，將其轉(zhuǎn)換為模擬信號后輸入所述模擬比較器，在該模擬比較器中與所述測量裝置輸出的模擬量測量信號進(jìn)行比較，得到的偏差信號經(jīng)所述模擬控制器處理后得到動態(tài)補(bǔ)償信號，再送入所述加法器與所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號疊加，給出所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號。
3.如權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個微分校正回路，該微分校正回路對輸入的模擬量測量信號處理后，與所述模擬控制器的輸出信號在一加法器中疊加，得到的信號再作為所述動態(tài)補(bǔ)償信號輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開一種離散控制中測量失真的動態(tài)補(bǔ)償法及其控制系統(tǒng)，本發(fā)明方法為將轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后的測量信號再轉(zhuǎn)換為模擬信號，并將轉(zhuǎn)換得到的該模擬信號與原始的模擬測量信號進(jìn)行比較；將比較得到的偏差信號送入與控制系統(tǒng)控制器傳遞函數(shù)相同的另一模擬控制器處理，給出動態(tài)補(bǔ)償信號；將該動態(tài)補(bǔ)償信號與控制系統(tǒng)輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模擬信號疊加，作為該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號。本發(fā)明控制系統(tǒng)在原有離散控制系統(tǒng)中增加了由數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模擬比較器、與原控制器傳遞函數(shù)相同的模擬控制器以及加法器組成的動態(tài)補(bǔ)償回路，來實現(xiàn)上述功能。本發(fā)明在不改變采樣頻率的情況下，補(bǔ)償了對信號采樣保持產(chǎn)生的測量失真，提高了需要快速響應(yīng)的控制系統(tǒng)的動態(tài)性能。
文檔編號F22B35/00GK1621977SQ20041010293
公開日2005年6月1日 申請日期2004年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者羅作楨 申請人:杭州和利時自動化有限公司