分段控制策略

分段控制策略（精选九篇）

分段控制策略 篇1

随着经济的不断发展,能源短缺问题日益凸显。风能作为一种可再生能源越来越受到各国的重视,但风能的间歇性和波动性给风能的高效利用带来了较大困难。目前主要有三大解决思路:①风电与储能系统联合运行,包括风电场与抽水蓄能电站联合优化运行[1]和风电场与电池储能装置联合运行[2,3],其基本思路均利用蓄能来削峰填谷、平抑波动,效果较好但成本较高;②对含风电电力系统的优化调度,综合需求响应[4]、电网安全[5]、预测控制[6]等因素与火电等常规能源合理配置,降低风电波动性和间歇性;③对风电场或场群的功率控制,减弱风电功率爬坡造成的剧烈波动,该方法简单易行、成本较低。由于对风电场或场群的功率控制是在有限的程度上进行的,因此风电功率爬坡控制也称为有限度控制策略。文献[7]通过划分虚拟电厂,定义风电场的贡献度,利用竞争博弈理论对风电场群进行爬坡协同控制;文献[8]依据风电场中风机的可控性进行状态分类,提出了一种基于有限度控制框架的爬坡控制策略;文献[9]则是利用储能对风电爬坡率进行抑制,使爬坡率控制在规定范围内;文献[10]结合风电功率预测,利用在线优化模块对出力曲线进行优化,但优化后出力曲线的爬坡率仍然较高,而且在爬坡的整个过程中使用完全相同的优化模型,本文在此基础上,依据爬坡率的相对大小对爬坡过程进行分段,在不同区段上设置不同的优化模型,提出了一种基于分段优化的风电功率爬坡有限度控制策略。

1 爬坡事件

爬坡是指风电出力在短时间内发生大幅度变化的事件,是风电出力波动的一种特殊情况。在不同文献中风电功率爬坡的数学定义有所不同,尚无统一定义,本文参照当前较为典型的一种定义[11],即

式中:P(t)为t时刻风电功率;λPRR为预先给定的阈值参数,即包含风电功率在内的变化率大于给定阈值,则认为在此时间区间 ΔT内发生了爬坡事件;ΔT一般设定为15,30,60min[12]。

2 风电功率预测

随着风电功率预测研究的不断深入,预测精度越来越高,使得风电功率预测能够为风电功率控制策略的制定提供参考功率,以便提前制定风电功率控制策略。文献[13]提出一种基于原子稀疏分解(ASD)和反向传播神经网络(BPNN)的功率预测方法,该预测方法将ASD和BPNN组合在一起,使ASD作为BPNN的前置分解手段,构造组合预测模型。该预测方法将风电功率爬坡曲线看做具有多个不同参数的原子分量和残差分量的叠加,对原子分量进行自预测,残差分量进行BPNN预测,将二者叠加后得到预测结果,校正环节可将预测结果的绝对平均误差降至10.71%,均方根误差降至12.86%,该结果表明此方法进一步提高了预测精度。其预测过程与原理如图1所示。图中:an(t)为第n个原子分量;r(t)为残差分量;x(t)为风电功率爬坡时间序列;x-(t+Δt)为模型预测值。

本文根据文献[13]提出的基于ASD和BPNN的功率预测方法,对国内某风电场进行了功率预测。以此预测结果为实验数据,计算功率爬坡控制参考曲线,阐述一种基于爬坡分段优化的功率爬坡有限度控制策略。

3 爬坡分段

当前大部分文献以爬坡功率增大或减小的趋势为划分标准,将风电功率爬坡过程简单分为上爬坡段和下爬坡段[14]。当前风电功率爬坡的有限度控制策略的主要思想为通过某种控制策略最大限度地降低爬坡率,从而降低风电功率的急剧波动,削弱风电功率波动对电网的影响。爬坡功率增大或减小的趋势能够对于有限度控制策略的制定与优化提供一定参考,但相比较而言,爬坡程度(即爬坡率)的大小才是有限度控制策略制定的重要参考依据。因此,本文将风电功率爬坡率的大小作为划分标准,对风电爬坡的整个过程进行重新划分与定义。根据风电功率爬坡事件的定义可知,风电功率爬坡是指风电出力在短时间内发生大幅度变化的事件,但风电爬坡过程中爬坡率并不稳定维持在某个较高数值上,而是不断变动的,根据爬坡率的相对大小,本文将爬坡过程划分为低爬坡率段和高爬坡率段。

受风速波动性的影响,风电出力具有较高的局部波动性,选取一定的时间窗口尺度,单位时间尺度的爬坡率变化剧烈,但单位时间尺度上的爬坡率并不能体现某一段时间内的功率变化程度。因此,如图2所示,采用惯性环节对风机出力曲线进行功率平滑处理,以消除局部波动性对分段的干扰。

图中:T为惯性环节时间常数;Ppred为风电功率预测值;Ps为平滑处理后的风电功率值。设置此环节的目的在于在一定程度上消除功率局部波动,增强后续分段的合理性。通过不断调整其数值使得处理后曲线尽可能地“拟合”原功率曲线,本文中多次调整后取值T =5.70。这样既满足消除局部波动性,又不会导致平滑处理后曲线偏离原功率曲线过大。

经过功率平滑处理后,对低爬坡率段和高爬坡率段进行如下定义。

1)低爬坡率段。其定义如下:

式中:Ps,i为平滑处理后时刻i的风电功率值;ΔT为时间窗口的长度;λL为爬坡率阈值参数,该参数主要体现爬坡率相对大小的分界,可根据目标控制要求和风电场具体特性设置数值。即满足式(2)的时段为低爬坡率段。

2)高爬坡率段。其定义如下:

即满足式(3)的时段为高爬坡率段。

4 分段优化

现有的功率爬坡在线优化主要是通过设置目标函数来对爬坡整个过程进行优化[15]。目标函数由爬坡率和弃风量共同组成,二者互相制约,通过对其优化获得最优解而寻求最佳控制参考曲线。现有的这种优化方法没有考虑在不同爬坡段对控制目标的侧重点,即在低爬坡率段,由于电网允许风电出力在一定程度上“爬坡”,所以低爬坡率段上重点并不是限制其爬坡率,而是尽可能减小弃风量,增加其经济性;同理,在高爬坡率段上,控制的重点在于限制其爬坡率,可以增大弃风量,侧重于运行稳定性而非经济性。这种优化目标侧重点的改变可通过改变爬坡率和弃风量在目标函数中各自所占的比重来实现,即权重因子。因此,本文提出一种基于爬坡分段的功率爬坡在线优化方法。该方法在功率爬坡的不同分段上优化目标的侧重点不同,在整个爬坡过程中能够最大限度地获得更高的控制精度和经济性。

1)爬坡率函数

式中:Pi,ref为时刻i的风电功率参考值;Δt为时间窗口的长度;N为时段数。

2)弃风量函数

式中:Pi,pred为时刻i的风电功率预测值。

3)目标函数

首先对爬坡率、弃风量这两个函数进行标幺化:考虑到爬坡率函数f1(x)中存在功率差值的平方,爬坡率函数f1(x)的基准取风机额定功率的平方PN2;弃风量函数f2(x)的基准则取风机额定功率PN。然后设置权重因子构造函数如下:

式中:k1为爬坡率权重因子;k2为弃风量权重因子。

约束条件为:

权重因子k1和k2的选取能够体现对优化目标的侧重。由于风电功率爬坡在不同分段上具有不同的爬坡特性,所以通过调节权重因子k1和k2的取值,能够在不同分段上得到不同侧重点的优化目标。由于优化目标是二次的,约束条件是线性的,又考虑到计算量的大小和求解速度,故采用二次规划算法。

4)权重因子整定

k1和k2的取值代表了爬坡率函数和弃风量函数在目标函数中所占的比重。若要求降低爬坡率,则弃风量必定增大,经济性变差;若要求弃风量减少,则爬坡率必定增大,并网稳定性增加。二者相互对立,文中设置该参数的目的在于实际运行的风电场可以根据电网稳定性和风电场经济性的不同要求而改变k1和k2的取值,从而达到最优化目的。例如:某风电场所并电网稳定性较差,对风电功率出力的稳定性要求较高,因此需要降低爬坡率,则电网稳定性提高而经济性降低,即k1增大而k2减小;若电网稳定性较高,可承受较大程度的风电功率出力波动,则与前述恰好相反。该原理同样适用于爬坡过程中的不同分段上。

在低爬坡率段上,风电功率变化并不剧烈,爬坡率不是太大,所以在此区段上的主要优化目标是弃风量最小,即发电量最大,侧重于经济性,而限制其爬坡率为次要目标。因此,应该增大弃风量权重因子k2,减小爬坡率权重因子k1。

在高爬坡率段上,风电功率变化剧烈,爬坡率很大,对电网影响较大,所以在此区段上的主要优化目标是爬坡率最小,侧重于对电网稳定性的影响,而弃风量为次要目标。因此,应该减小弃风量权重因子k2,增大爬坡率权重因子k1。

5 仿真算例

5.1 功率预测

功率预测采用一种基于ASD和BPNN的功率预测方法。该方法将校正环节引入预测模型,可以最大限度地减小预测误差,历史数据采用国内某风电场的运行数据,其风机额定功率为1 600kW,如图3预测功率曲线所示。

5.2 爬坡分段

利用惯性环节对功率预测曲线进行平滑处理,平滑处理后功率曲线如图4中红色实线所示,可以看出经过平滑处理可以有效消除局部波动性。

利用对平滑处理后的功率数据依次求其爬坡率,爬坡率如图5所示。图5中红色虚线为爬坡率阈值参数λL,本算例中取λL=4.20。可以看出,爬坡率低于λL的有AB,CD,EF,GH段;爬坡率高于λL的有BC,DE,FG段。出于对计算量和分段数的考虑,将爬坡过程分段进行调整,低爬坡率段为AB,EF,GH ,高爬坡率段为BE,FG。

5.3 分段优化

通过设置功率比限制环节可对风电功率进行控制,即设置一定的功率幅值变化范围和爬坡率限值,从而避免爬坡率过大[16]。其主要优点是能够将爬坡率降至较低水平,但弃风量较大,经济性较差。本文提出的基于分段优化的有限度控制策略在限制其爬坡率的同时,能够尽可能地减少弃风量,提高其经济性。根据前述分段,在不同爬坡率段上设定不同的优化系数:在低爬坡率段,设定权重系数k1=60,k2=0.004;在高爬坡率段,设定权重系数k1=70,k2=0.002。经过分段优化后的功率曲线如图6所示。

从图6可以看出:在低爬坡率段,优化侧重于减少弃风量(即增大发电量)而不是限制其爬坡率,对提高经济性有较大意义;在高爬坡率段,优化侧重于限制其爬坡率,减小风电功率爬坡对电网稳定性的影响,而弃风量则是次要目标。在爬坡率限制方面,两种控制策略基本持平,只是在局部时段新的控制策略稍逊于功率比限制控制策略;在经济性方面,对于功率比限制控制策略,该算例中发电量为69.00kW·h;而本文中提出的新的控制策略可以将发电量提升至76.86kW·h。两者经济性的差异显而易见。由上述分析可知,新的控制策略相对于功率比限制控制策略有很大的优势,在满足对爬坡率控制的前提下,其经济性有较大提升,有利于提高风电场的经济效益。

6 结语

访问控制列表和IP分段(一) 篇2

此白皮书解释这不同的访问控制表(ACL)条目并且什么发生当不同的种类信息包遇到这些多种条目，用于ACLs阻拦IP信息包从被路由器转发。

RFC 1858 报道IP段过滤的安 全注意事项并且突出显示对介入TCP信息包、微小的碎片攻击和交迭 的碎片攻击的IP段的主机的二次攻击。拦截这些攻击是理想 的因为他们能攻陷主机，或者阻塞所有其内部资源。

RFC 1858 也描述二个方法保卫这些攻 击，直接和间接。在直接方法，最小长度小于的初始分段被 丢弃。如果开始8个字节原始IP数据报，间接方法介入丢弃片 段集的第二个片段。请参阅 RFC 1858 关于更详细的细节。

传统上， 信息包过滤器类似ACLs被应用于不分片和IP信息包的初始分段因为 他们包含第三层和4 ACLs能匹配为允许或拒绝决策的信息。因为他们在信息包，可以被阻拦根据第三层信息非初始片段通过ACL 传统上允许; 然而，因为这些信息包不包含第四层信息，他 们在ACL条目不匹配第四层信息，如果存在。因为收到片段的 主机不能重新召集原始IP数据报没有初始分段，允许IP数据包的非 初始片段通过是可接受的。

防火墙可 能也使用对阻拦信息包通过维护信息包碎片表源和目的地IP地址、 协议和IP标注的ID。Cisco PIX防火墙和 ? Cisco IOS防火墙能过滤特定数据流的所有片段通过 维护信息此表，但它是太消耗大的以至于不能执行此在一个路由器 为基本的ACL功能。 防火墙的主要工作是对阻拦信息包，并 且其辅助角色是路由信息包; 路由器的主要工作是路由信息 包，并且其辅助角色是阻拦他们。

二 个变化做在Cisco IOS软件版本上12.1(2) 和12.0(11)解决包围TCP 片段的一些安全问题。 间接方法，如所描述在 RFC 1858 ，是被实施 作为标准TCP/IP输入信息包充分检查一部分。变动也做了对 ACL 功能关于非初始片段。

ACL表项的类型

有六不同种类的ACL线路 ，并且其中每一有一个后果如果信息包执行或不配比。 在以 下列表，FO = 0指示不分片或一个初始分段在TCP流，FO > 0表明信 息包是一个非初始片段，L3意味着第三层，并且L4意味着第四层。

注意： 当有时第 三层和第四层信息在ACL线路和 片段 关键字存在，ACL活动为许可证是保守的并且拒绝动作 。动作是保守的因为您不想要偶然地拒绝流的一个分段的部 分因为片段不包含充足的信息匹配所有过滤器属性。

在拒绝 事例，而不是拒绝一个非初始片段，下ACL条目被处理。在许 可证事例，假设第四层信息在信息包，如果可用，在ACL 线路匹配 第四层信息。

许可证ACL线路带有L3仅信息

如果信息包的L3信息在ACL线路匹配 L3 信息，允许。

如果信息包的L3信 息在ACL线路不匹配L3信息，下ACL条目被处理。

拒绝ACL线路带有L3仅信息

如果信息包的L3信息 在ACL线路匹配L3 信息，它否认。

如果信息包的L3信息在ACL线路不匹配L3信息，下ACL条目被处理。

允许ACL线 路带有L3仅信息，并且片段关键字存在

如果信息包的L3信息在ACL线路匹配L3 信息，信息 包碎片偏移被检查。

如果信息包的 FO > 0，信息包允许。

如果信息包 的FO = 0，下ACL条目被处理。

拒绝ACL线路带有L3仅信息 ，并且片段关键字存在

如果信息包的L3信息在ACL线路匹配L3 信息，信息包碎片偏移被检 查，

如果信息包的FO > 0，信息包被 丢弃。

如果信息包的FO = 0，下条 ACL线路被处理。

允许ACL线路带有L3和L4信息

如果信息包的L3和L4信息匹配ACL线 路和FO = 0，信息包允许。

如果信息 包的L3信息匹配ACL线路和FO > 0，信息包允许。

拒绝ACL线路带有L3和L4信 息

如果信息包的L3和 L4信息匹配ACL条目和FO = 0，信息包被丢弃。

如果信息包的L3信息匹配ACL线路和FO > 0，下ACL 条目被处理。

ACL规则流程图

当不分片、初始分段和非初始片段被检查ACL时，以 下流程图说明ACL规则。

注意： 非初始片段包含仅第三层，从未第四层信息， 虽然ACL可能包含第三层和第四层信息。

信息包如何能匹配 ACL

示例 1

以下五个可能的情况介 入遇到ACL 100的不同种类的信息包。参见表和流程图您跟随 什么在每个情况发生。网络服务器的IP地址是171.16.23.1。

access-list 100 permit tcp any host 171.16.23.1 eq 80access-list 100 deny ip any any

信息包是为服务器或不分片注定的初始分段在端口80：

ACL的第一条线路包含第 三层和第四层信息，在信息包匹配第三层和第四层信息，因此信息 包允许。

信息包是为服务器或不分片注定的初始分段在端口21：

ACL的第一条线路包含第 三层和第四层信息，但第四层信息在ACL不匹配信息包，因此下条 ACL线路被处理。

ACL的第二条线路丢 弃所有信息包，因此信息包被丢弃。

信息包是非初始片段到服务 器在端口80流：

ACL的第 一条线路包含第三层和第四层信息，第三层信息在ACL匹配信息包， 并且ACL 活动是允许，因此信息包允许。

信息包是非初始片段到服务 器在端口21流：

ACL的 第一条线路包含第三层和第四层信息。第三层信息在ACL匹配 信息包，没有第四层信息在信息包，并且ACL活动是允许，因此信息 包允许。

信息包是初始分段、不分片或者非初始片段到另一台主机在服务器 子网：

ACL的第一条 线路包含在信息包的第三层信息(目的地地址)不匹配第三层信息， 因此下条ACL线路被处理。

ACL的第 二条线路丢弃所有信息包，因此信息包被丢弃。

示例 2

下列同样五个可能的 情况介入遇到ACL 101的不同种类的信息包。再次，参见表 和流程图您跟随什么在每个情况发生。网络服务器的IP地址 是171.16.23.1。

access-list 101 deny ip any host 171.16.23.1 fragmentsaccess-list 101 permit tcp any host 171.16.23.1 eq 80access-list 101 deny ip any any

信息包是为服务器或不分片注定的初始分段在端口 80：

ACL的第一条线路 包含在信息包匹配第三层信息的第三层信息。ACL活动是拒绝 ，但因为 片段 关键字存 在，下ACL条目被处理。

分段控制策略 篇3

关键词：焊接补偿；反变形；分段变形图谱；数据分析

中国分类号：U671.4 文献标识码：A

Abstract：This paper studies the manufacture precision， shrinkage and warping deformation of moderately thin plate blocks for 4 000 t official ship. By using block technology deformation graph and the analysis of actual construction measuring dada， this paper proposes the reasonable welding shrinkage compensation and anti- warping deformation arrangement for convenient operation and good precision control standard of block manufacture.

Key words ：Welding compensation；Reversible deformation； Block deformation graph ；Data analysis

1 前言

船体分段建造的精度技术发展大致经历了三个发展阶段：由全船所有零件加放余量，到内部构件无余量，再到分段无余量建造。其中，包括了设备的改进、设计手段的革新等方面，在一定程度上促进了精度技术的发展。但是目前建造的中薄板公务船因缺乏基础数据的积累，分段建造的精度控制措施还是主要依据经验进行粗略的估算，无法通过理论计算方式进行精确的测算。

由于此前建造的产品呈现出多样性，各型船的结构特点、材料都不一样，加上生产过程缺乏统一的监管和各关键工序数据的积累，导致相似产品可以借鉴或参考的意义不大，针对在建4 000 t中薄板公务船进行系统分析，整理出该公务船分段建造焊接收缩与变形的精度设计方案，增强公司建造中薄板公务船的能力。

2 分段建造精度分析与补偿与反变形设计

4 000 t公务船总段建造的基本流程如下：全船按照零件、部件、组件、分段、总段、搭载的顺序逐步开展；底部分段主要由零件、部件在胎架上散装；上半立体分段主要是由部件、组件在胎架上组装；总段主要由上半立体分段与底部分段组装而成。该船建造过程中大量采取部组件的施工方法，故在开展施工策划时，需重点针对此种情况制定相应的施工方案，并提前掌握其收缩变形的规律。

分段焊接总变形的预测方法有多种，但由于目前国内造船现代化程度不高，理论计算法进行精确预测，通过参考工艺手册有关分段焊接变形及公差造船尺寸链的相关内容，由于图谱简化近似计算的方法比较适用于建造技术要求较高、结构较复杂的的船，初步确定该船主要采用此法，然后再利用数据收集进行分析进而优化设计。

经分析对比，根据图谱法初步测算的数据及类似船的建造数据，以最终确定该船的数据，其前提是对比两型船的施工工艺和结构特点。此外，由于分段建造过程中的变形主要是焊接引起的，但在建造过程中会适当采用火工进行矫正，即分段建造过程中的变形主要是由焊接变形和火工矫正变形组成。

现以典型的机舱底部分段（D31）为例，根据试验得出的简单板件焊接变形规律及典型分段的施工工艺，对分段的焊接总变形进行计算。底部分段的施工顺序如下：外底板→纵骨→中龙、旁龙、肋板→内底纵骨→内底板→舷侧纵桁→2甲板与内底板间壁板→2甲板。

根据分段划分图和分段的基本结构：双层底高度H=1 200 mm，分段长度L=1 300 cm，分段半宽B=420 cm。分段正造，对应工艺手册分段装焊工艺规程8号方案：外板装配焊接；内底板装配焊接；安装构架于外板，先焊构架焊缝，再焊构架与外板焊缝；安装内底板分段翻身；焊接内底与构架焊缝。

根据选定的方案8，查找焊接变形图谱，确定分段焊接变形的相对缩短值与曲率，最后根据理论计算公式得出分段焊接总变形的理论数据。

由此，可由图谱查到△t=8.4×10-4、△b=13.2×10-4、C1=9.6×10-6、Cb=9.4×10-4。根据各参数，利用计算公式得出典型底部分段（D31）的总变形如下：

长度收缩：△L=△t×L=8.4×10-4×1 300=1.092 cm；半宽收缩：△B=△b×B=13.2×10-4×420=0.554 cm；长度挠度：F1=C1×L2/8=9.6×10-6×1 3002/8=2.028 cm；

半宽挠度：Fb=Cb×B2/8=9.4×10-4×4202/8=0.207 2 cm。

通过计算得到：分段纵向每米0.8 mm焊接收缩；横向每米1.1 mm焊接收缩；纵向每米1.5 mm的反变形；横向每米0.5 mm反变形的初步方案。

3 实测数据分析

3.1 纵向补偿数据

根据H1185船测量监控数据，分析纵向补偿数据（每米加放2 mm）为表1所列。

3.2 横向补偿数据

根据H1184/1185两艘船底部分段甲板半宽测量数据，分析横向补偿数据（每米加放3 mm），为表2所列。

3.3 纵横向变形数据

根据H1184/1185两艘船底部分段首尾甲板及龙骨高度测量数据，分析纵向向补偿数据（每米加放1 mm），横向未加放，如表3所列。

根据以上数据，结合分段的建造工艺，对类似船分段的建造经验总结如下：

（1）縱向焊接收缩量：分段长度一般在10～14 m范围内，纵向焊接收缩量一般在20～28 mm间，即纵向2.0 mm/m，根据测量数据分析，底部分段实际纵向焊接收缩量仅为加放量的1/3～1/2；上半立体分段实际纵向焊接收缩量较底部分段小，平均加放量为1.19 mm/ m。

（2）横向焊接收缩量：分段半宽一般在5～7 m范围内，横向焊接收缩量一般在4～9 mm间，即横向3.0 mm/m根据测量数据分析，底部分段实际横向焊接收缩量仅为加放量的1/3，平均加放量为0.96 mm/m。

（3）纵横向反变形：底部分段纵向反变形1.0 mm/ m，由检验肋骨线到分段两端加放的纵向龙骨反变形量在6-7 mm间。根据测量数据分析，底部机舱分段纵向反变形实际变形量较大，平均加放量为1.61 mm/m，其他底部分段与原设计补偿相近平均加放量0.95 mm/m；横向反变形甲板四角水平，并除去两端纵向变形值，原设计并未加放，根据测量数据分析，底部分段变形量不大，平均加放量为0.53 mm/m，

4 结论

借鉴前期建造两艘船的变形补偿设计方案，并根据该船确定的分段制作工艺，可以发现型船分段制作采用胎架角钢固定，构件多数采用部件或组件进行施工，各部件或组件完工后均需要进行火工矫正，使得建造实际测量的数据与设计补偿有出入。

从工程建造施工方便和分段建造精度标准要求出发，根据实船建造的经验数据和理论计算，经分析对比，得出该船合理的焊接收缩和变形施放为：

（1）纵向焊接收缩取原经验数据的1/2，即1 mm/m；

（2）底部分段甲板为拼装后分段组立，焊接收缩取原经验数据的1/3，即1 mm/m；

（3）底部分段纵向变形补偿取原经验数据1 mm/m，但机舱段首尾翘曲变形较大，取1.5 mm/m；

（4）由于受外班纵骨焊接退火的收缩影响，横向翘曲变形相互抵消其值，较小，可采取加放0.5 mm/m的补偿。

（5）其他纵骨间距无加放，仅在分段端口余量进行粗略处理，甲板半立体分段为片体组装，翘曲变形可脱胎校正定型，不设反变形值。

参考文献

[1]黄浩主编.船体工艺手册[M].国防工业出版社，1989.

[2]向阳.船体建造精度控制之精度分析研究[C]. 中国造船工程学会学术论文集 ，2011.

工程测量分段控制方法 篇4

关键词：工程测量,分段,控制,分散,误差

1 控制网布设的理论根据

1.1 控制网布设使用原则

工程测量控制网的布设需要遵循一定的原则, 其中包括导线网的边长适度以及控制点均匀分布等。虽然通常的施工测量要求中对通过审核的控制网中控制点的选用没有具体的要求, 但实际工作中通常都会选择距离需要测量放样位置较近的相邻控制点来进行工作。

1.2 长边控制短边原则

工程测量工作中还应遵循的一个重要原则是长边控制短边, 所谓长边控制短边, 意指需要测量或者放样的点位到测站点的距离应小于测站点到后视点的距离。

2 具体控制方法

2.1 前期以控制网相邻点为控制坐标

在工程初期, 控制网相对较为完整, 通常情况下不存在控制点选择的问题, 但随着工程的进一步展开, 部分控制点不可避免被破坏, 或者有些时候仪器正好架设在距离需要放样点较远的位置进行其它工作。

对此, 如果仪器是正好架设在远处的话, 可以将仪器搬站至近处进行测量工作。如果近处控制点被破坏的话, 那么就需要以被破坏控制点两侧的控制点来共同控制破坏点周边的点位, 以此保证精度。

2.2 中后期以成品特定点为控制内部坐标

工程中后期是分段控制方法应用的重点阶段, 原因有两个:

(1) 在工程中后期, 初次布设的控制网被破坏的较为严重已经难以使用, 而重新布设的控制网则不可能和之前布设的控制网完全吻合, 肯定存在一些偏差, 虽然控制网本身都通过了审核, 但是控制网之间的相对偏差会对各自控制的工程部位造成衔接上的偏差。

(2) 工程中后期大部分工程主体已经完成, 但是因为施工工艺的影响, 已完成工程主体很难保证完全符合当前控制网, 尤其是两侧主体完成, 中间尚未完成的施工部分, 两侧已完成部分与当前控制网有偏差, 两侧主体之间也存在偏差。那么以当前控制网放样出的中间连接部分主体, 必然与两侧主体存在衔接上的偏差, 在这种情况下, 用两侧已完成主体部分来控制中间未完成部分, 不仅可以避免再次发生偏差, 同时还可以用未完成部分的整体来分散消化两侧已完成主体之间的偏差, 提高工程整体的质量与外观。

3 分段控制的特点

在了解分段控制的方法之后, 很容易即可发现分段控制的优缺点。优点是因为采用两侧控制点或者两侧已完成主体进行控制, 因此分段控制的部分与两侧相连接部分相对误差较小, 同时分段控制的方法还可以避免误差的累积与扩大, 分散消化之前工程施工中产生的偏差。而分段控制的缺点主要是在中后期采用已完成主体部分控制时出现, 因为采用已完成主体而不是当前控制网来进行控制, 那么工程中的绝对误差则不利于控制。

4 分段控制误差分析

下面通过一个实例来计算分析误差, 论证分段控制的可行性。图1中所示为一在建立交工程。其中, 以实线构成的两个方向交叉的主线桥和连接两个主线桥的匝道的第一联以及第四联都已经完成桥梁主体部分, 而匝道第二联和第三联尚未完成, 以虚线标明。

如图1所示, 已完成的匝道第一联与东西方向主线桥相连, 第四联则与西南至东北方向的主线桥相连。

在施工过程中, 匝道第一联使用其对应东西方向主线桥位置的控制点放样施工, 而第四联则以西南东北方向主线桥位置的控制点施工。因为采用的控制点不同以及操作过程和施工过程中出现的误差, 匝道第一联终点与匝道第四联起点必然存在绝对误差。而由于该匝道设计长度较长, 达到三百多米, 因此误差被进一步放大, 达到5厘米。在这种情况下, 无论是以匝道第一联采用的控制点来放样施工第二、三联还是以第四联采用的控制点施工, 都会出现桥梁对接上的偏差。这显然是不应该出现, 需要予以解决的问题。下面采用分段控制的方法来消化这个误差。

在该工程实例中应用分段控制的方法, 显然属于工程中后期以成品特定点控制内部坐标的方法。具体方法如下:

在已完成的匝道第一联终点位置实测出梁端中点, 假定该点就处在设计位置上, 没有误差, 以该点作为控制匝道二、三联的一个控制点。同理, 在已完成的匝道第四联起点位置确定第二个控制点。因为假定这两个点没有施工误差, 因此该两点的坐标就是设计坐标。以这两个点的实际位置及其对应的设计坐标来控制匝道第二、三联, 这样即可保证桥梁可以正常衔接。

然后, 来分析在使用分段控制的方法之后, 本来存在的5厘米的误差情况。

点位误差有可能偏向任何方向, 这里对平行线路走向与垂直线路走向两种情况进行分析, 其它方向的误差都可以分解成这两种情况予以计算分析。

所谓平行线路走向的误差, 即在桥梁衔接位置处出现的桥梁长度的误差, 比如设计第二联和第三联的长度为120米, 而实际已完成第一联和第四联之间的距离只有119.95米或者120.05米。平行线路走向的误差处理较为简单, 通常不包含角度上的改变, 只需要在桥梁衔接处增加或是减少相应的数值即可。

而垂直线路走向的误差即为通常所说的在桥梁衔接处出现的“错台”。这种误差直接影响桥梁外观和质量, 必须谨慎处理。分段控制理论重点避免与解决这种误差。

假设匝道已完成的第一联与第四联之间存在垂直线路走向的误差, 那么采用常规控制方法放样施工第二联第三联最终就会出现错台, 导致桥梁衔接问题。而如果采用分段控制的方法, 以已完成第一联终点和第四联起点来控制中间需要施工的第二联和第三联, 那么垂直线路走向的误差就可以被均匀分散到整个第二联和第三联。以5厘米的误差, 120米的总长来计算, 每10米的误差不到5毫米。

5 结束语

分段滞环控制器设计 篇5

模拟式滞环控制响应快, 控制精度高, 滞环宽度固定, 开关频率变化范围大;数字式滞环控制可以实现自适应滞环环宽, 缩小开关频率的变化范围, 抗干扰能力强, 控制具有一定的滞后性, 实施起来相对复杂些。在此基础设计了分段滞环控制, 可以实现开关频率基本保持不变, 且具有频率响应较快, 控制实现较简单。

1 滞环控制电路工作原理

滞环电流控制电路工作原理[1,2]:电流参考方向如图1中所示, 当指令电流Iref处于正半周期时, 且当I0-Iref>△I时, 滞环电流控制器给VT1开关管施加门极关断信号, 给VT2开关管延时施加正向门极触发信号;此时, 由于负载是阻感负载, 负载电流维持原先方向继续流动, 通过VD2续流二极管向电源侧馈能, 同时VT2开关管由于承受反压不能导通;输出电流逐渐减小, 当I0-Iref=0时, 馈能过程结束后, VT2导通, 负载电流方向翻转, 输出电流继续减小;当I0-Iref<—△I, 滞环电流控制器输出给VT2施加门极关断信号, 给VT1开关管延时施加正向门极触发信号;同理, 此时由VD1向直流电源侧馈能, 当I0-Iref=0, 馈能过程结束后, VT1导通, 负载电流继续增大;当I0-Iref>△I时, 滞环电流控制器给VT1开关管施加门极关断信号, 给VT2开关管延时施加正向门极触发信号, 如此循环下去。当指令电流在负半周期时, 同理分析。工作过程及触发脉冲形成原理如图2所示[1]。

2 开关频率分析

在高频逆变电路中, 对于阻感负载来说, 负载充电时[3,4]:

解得:

其中:为初始电流。因为t相对较小, 因此有:

则有:

向电源侧馈能时:

解得:

同理可得电流变化率为:

可见在t较小时, 有i (t) 呈近似线性变化, 而对于开关电路来说, 工作频率比较高, 因此周期时间比较小, 作此近似是合理。

进一步说明滞环控制具体工作原理及开关频率关系式, 就单个周期的波形进行详细推导说明, 如图3所示为单个开关周期的参数。

根据图3 (a) 可以得到:

其中, l1, l2分别为上升与下降波形的长度, k1, k2分别为波形上升与下降的斜率。

根据图3 (b) , 有:

将式 (10) , 式 (11) 代入式 (9) , 可得:

再有:

其中:k1=tan, k2=tanχ,

由式 (4) , 式 (7) 知, k1, k2是变化的, 且与指令信号变化相关, 导致上升与下降的夹角变化, 最终导致开关频率的变化。可见指令电流的变化导致了开关频率的变化。因此可以根据指令信号的变化, 改变滞环控制环宽宽度, 以达到开关频率基本稳定的目标。

3 实现方案

根据以上分析, 根据指令信号变化率与开关频率的关系, 同时由式 (12) 可以看出, 当电路参数一定时, 开关周期与滞环宽度成正比。为保证开关频率基本固定, 考虑在指令信号变化率不同阶段实施不同的滞环宽度。其基本思想就是将指令信号变化率相近的化为一个区域, 此区域实行固定环宽滞环控制;不同区域实行变环宽控制, 以保持总体的开关频率保持基本相同。根据以上分析, 现以正弦信号为例进行实验验证。首先, 根据正弦信号的变化率, 将变化率绝对值相近的化为一个区域, 不同区域实行不同的环宽设置, 现将其划分为两个区域。如图4和图5所示为分段滞环控制实现原理框图。以指令信号的变化率作为开关选择信号, 以实现指令信号变化率不同时, 实施不同的滞环宽度控制。

设置仿真参数如下:普通滞环控制器设置为电源电压母线为200 V, 电感为1 m H, 电阻为5Ω。指令信号正弦波形, 频率50 Hz, 幅值20, 其他元器件参数为默认参数设置。普通滞环宽度设置为2。分段滞环控制在指令信号变化率不同处设置不同的滞环宽度, 将正弦变化率分为两个区域 (0, 0.4ω和 (0.4ω, 1.0ω) , 并分别设置滞环宽度为2和4。

图6普通滞环控制开关频率图, 图7分段滞环控制开关频率图, 对比可以看出分段滞环控制可以保持开关频率基本不变, 由图6在指令信号变化较高处, 开关频率比较高, 而图7中开关频率相对较均匀, 可以看出分段滞环控制可以较好的解决了开关频率不固定的问题。

参考文献

[1]王兆安, 黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社, 2000.

[2]李宋, 叶满园.随机带宽滞环电流控制技术[J].电力电子技术, 2010, 44 (9) :72-73.

[3]张加胜, 郝荣泰.滞环控制变流器的开关频率研究[J].电工电能新技术, 1998 (1) :54-56.

无底柱分段崩落采矿法地压控制 篇6

1.1 无底柱分段崩落采矿法的发展

无底柱分段崩落采矿法是一种具有开采效率高、生产安全、解析恶化程度较高的矿山开采法。世界上最早使用该法的是瑞典的Kiruma矿山, 此开采法凭借突出的优点和高的安全生产系数, 在全世界矿山开采中得到广泛的推广和应用, 并大幅提升了世界矿山开采量。

我国于20世纪60年代开始引进并使用无底柱分段崩落采矿法对矿山进行开采作业, 以其显著的优势, 迅速在我国金属矿山中得到迅速的推广, 特别是在我国铁矿矿山的开采中应用更为广泛。我国矿山开采逐步转入地下开采, 可以采用更先进的大间距分段的无底柱分段崩落法进行矿山的开采。

1.2 无底柱分段崩落采矿法

1.2.1 无底柱分段崩落采矿法的优点

无底柱分段崩落法凭借其在矿山开采中的优势, 在国内外金属矿山开采中得到前所未有的发展, 其重要优势在于:采矿方法和施工结构简便;采矿适应性较强, 机动灵活性较大;矿产回采工艺流程精简, 施工开采机械化程度较高, 施工强度和效率大幅提升;施工作业安全性高;施工人员采矿生产效率高, 成产能力强等。因此, 无底柱分段崩落采矿法适应于世界范围内的各种矿山开采, 其设计参数和结构都可以根据实际进行修正, 确保矿山开采的质量和安全。

1.2.2 无底柱分段崩落采矿法的基本流程和发展状况

无底柱分段崩落采矿法常用的分段高度是10~12 m, 主要是由斜坡道、设备井、电梯井和各段巷道组成。采用矿山掘进回采进路, 钻凿炮孔、出矿可以不同分段同时开展输运。无底柱分段崩落采矿法的基本流程如图1所示。

无底柱分段崩落采矿法近半个多世纪不断地发展和优化, 主要表现在矿山采矿结构参数的变化, 比如分段高度、进路间距和断面等参数向大参数方向改变。相较于国外较成熟的无底柱分段崩落采矿法矿区的设计结构参数, 国内的矿产矿区的采矿法的结构参数还比较小, 发展空间非常广阔。矿山无底柱分段崩落采矿法的结构参数不断增大, 主要是钻探和输运设备的不断发展、升级和改进, 使得矿山开采量和输运量不断增加。随着钻探和输运设备的不断发展, 无底柱分段崩落采矿法的采场结构参数会变得更大, 采矿法也会得到不断的优化和提升。

1-阶段运输巷道;2-分段巷道;3-联络巷道 (接斜坡道或设备井、电梯井) ;4-放矿溜井;5-溜井联络巷道;6-炮孔;7-回采进路;8-切割天井;9-矿体;10-下盘岩石;11-崩落的废石

2 地压控制概述

无底柱分段崩落采矿法在我国经历了50多年的发展, 得到了长足的发展和提升, 特别是对矿山地压控制的研究, 取得了可喜的成就, 有力地促进了我国经济建设和矿产生产的稳步发展。

2.1 矿区地压产生的原因

在原始未采矿区, 矿山处于力学相对平衡状态。矿山一旦开采, 就会增加外力作用, 破坏地质原有的力学平衡, 地质承载力重新分布, 形成地压。由于采矿, 使周围地质等内部环境发生变化, 产生一系列的地质和力学反应。矿区地压是矿产挖掘生产过程中对矿体内作用所引起的客观现象。矿区地压的应力分布的新的平衡与矿山工程的地质因素、生产等诸多因素密切相关, 且存在一定的时间效应。矿山地压的形成主要是由于地应力较大、矿区地质构造显著、采矿法设计参数和矿区矿岩力学特征参数等因素造成的。

2.2 我国矿山地压控制研究的局限性

目前, 我国矿山地压控制的研究还不够深入, 仅在局部取得可喜的成就, 还不适用于大多数矿区地压控制, 主要局限在于:现有的地压控制不能满足我国地质多变的应急处理机制, 并缺少可持久性的地压信息反馈;没有系统性的、完备的地压控制总结报告或经验, 可操作性较差, 不便于推广使用;对地压的主控因素研究较少, 特别是对定量化的 (如地下水等) 构造应力的改变和耦合等作用的研究滞后;对矿区地压监测、反馈技术落后, 缺乏对地质活动规律的认识和掌握。

2.3 矿山地压的危害

矿山地压是地下矿山开采过程中一种常见的岩石或岩层活动变化产生的气压, 主要破坏是矿山围岩的受力变形、破坏矿区支护设施、巷道冒顶、片帮、矿柱失稳, 导致采空区垮塌, 矿山的深部岩石突然爆裂, 采空区可能诱发地陷、地裂等地质问题。地压按形成结果可分为以下几种:分散体地压、变形地压、膨胀地压、冲击地压等几种。

3 地压控制措施

根据矿区地压的成因和区域地质条件的特殊性, 及其地压控制的措施和科学勘察的数据, 进行科学、统筹的可行性分析, 找出地压主控因素, 并结合现有的地压控制措施, 进行科学的监测、预防和预警。

3.1 矿区地压的动态、实时监测

从矿区地压的产生机理出发, 我国矿区已普遍采用主动和被动监测相结合的综合监测网络, 为地压的变化及潜在危险提供依据和预警、对策的正确提出。

国内外对矿山地压的研究和实践经验证明:在矿山开采时, 应对地压的变化开展动态、实时监测。主要通过主动监测和被动监测两种方式。矿山地压的主动监测系统可以测得地质内部次生应力的应变转移规律, 做出切实可行的政策改变和预警。矿山地质的被动监测只能提供矿山地区的地压平均值, 该值并不能客观反应区域的地压状况, 只能作为主动监测的参考值, 不宜于矿区地质预警及其应对机制的建立。因此, 矿区地压监测网络必须是以主动监测为主, 被动监测为辅的综合监测体系, 以实现预警和科学制定对策、措施的目的。

3.2 系统分析, 科学分类, 具体研究区域地压, 提出可行性的控制措施

地质工作者应对我国矿山地质进行工程地质和力学特性的研究, 不断拓展地压的监测领域和地域, 积极寻求相互之间的规律性和机理, 对已有分区进行强化地压研究, 找出主控因素或条件, 重点攻关、突破, 有效控制矿区地压的变化规律;并根据矿山开采方式进行矿区地压的全过程测定和信息反馈, 科学分析研究, 统计地压的变化规律和动态形成机理, 重点对地压主控因素的进行科学控制。

矿山地压的可行性控制措施:根据区域地压的变化规律, 科学调整矿山开采次序, 尽量减少地质空区压, 并对已有空压区进行泄压, 避免对地面的冲击造成危害;科学安装应力变形监测、声学监测和微震动监测的实时、动态系统;加强巷道及顶板支护的方法;对突然局部地压, 采用特殊的组装式支护形式;充分利用井下无线通讯系统, 加强信息沟通, 做好应急预案, 确保生产安全。

4 结语

随着我国采矿业的不断发展, 无底柱分段崩落采矿法得到广泛的发展和应用, 特别是对于地质相对复杂的矿区, 该法的优越性十分明显, 极大地促进了我国矿业的发展, 加之对矿区地压的研究不断深入, 对地压控制的措施不断完善和发展, 并不断引进国外先进的地压控制经验、监测技术和方法, 逐步提升我国地压的研究进度, 不断为我国矿山开采的顺利开展提供基础性的帮助, 有效提升矿区采矿的安全系数和等级, 为我国矿山顺利的开采提供后盾。

摘要：我国采矿业的迅猛发展, 使我国矿产种类和数量都得到稳步的提升, 矿产开采的技术和设备也得到不断的升级。其中, 无底柱分段崩落采矿法以其效率高、成本低、机械化程度高等优势得到的快速发展和应用, 而在该法的实施过程中, 应科学考虑对矿区地压的控制, 确保无底柱分段崩落采矿法的顺利开展。文章主要阐述无底柱分段崩落采矿法和地压控制的概况, 并介绍一些控制地压的可行性措施, 确保我国采矿业稳步、健康发展。

关键词：无底柱分段崩落采矿法,地压控制,措施

参考文献

[1]颜荣贵, 杨伟忠, 曹阳, 等.我国矿区灾难地压控制现状及研究方向[J].矿冶工程, 2002 (1) .

[2]刘兴国, 张国联.论无底柱分段崩落法放矿方式[J].金属矿山, 2004 (2) .

[3]刘效良, 张维滨.中深孔无底柱分段崩落采矿法在云南镇沅金矿的应用研究[J].现代矿业, 2010 (6) .

[4]宋世生, 郭明春, 严鹏, 等.无底柱分段崩落采矿法在那林金矿的试验研究[J].黄金, 2010 (10) .

[5]张维滨.岩金开采无底柱崩落采矿法的几个关键技术探讨[J].现代矿业, 2010 (5) .

[6]郭雷, 熊靓辉.无底柱分段崩落法现状及发展趋势[J].中国矿山工程, 2010 (6) .

分段控制策略 篇7

关键词：分段关闭,控制程序,拐点,优化

1 引言

现在部分混流式水轮发电机的分段关闭装置均由液控节流阀和控制电磁阀组成;当水轮发电机运行中发生事故或甩负荷,导叶紧急关闭至一定的开度时,即分段关闭的动作设定的拐点位置,由电气柜中判断分段关闭动作的PLC或PCC控制程序开出一个分段关闭动作信号至控制电磁阀,控制电磁阀动作后,控制油进入液控节流控制阀,对回油进行节流调节来实现分段关闭。分段关闭控制程序设计合理、判据可靠,能确保事故或甩负荷导叶紧急关闭至拐点位置时正确开出动作信号;在机组正常运行,导叶处于拐点位置时,分段关闭控制程序不开出动作。

2分段关闭控制程序使用的现状

(1)龙滩水电站单机700 MW混流式水轮发电机,分段关闭动作由机组现地控制单元PLC控制程序开出,控制电磁阀为单线圈,即动作线圈;其中一个动作条件是由空载转停机流程实现:315:KON＿1 (IN1:=DI[133]OR (AI[125]<=30.0 AND AI＿QUA[125]=0),T1:=T#15S);停机时,接力器行程关至拐点位置,开出分段动作信号,停机流程结束复归;对拐点位置使用开关量和导叶反馈测值的模拟量,且对模拟量的品质进行判断,当导叶关闭至30%导叶开度则自动投入分段关闭装置。另一个动作条件是通过机组解列判据与拐点位置开关量进行判断:R＿FDGB(CLK:=DI[133]AND ((SOE[150]=1 AND SOE[149]=0) OR (SOE[143]=0 AND SOE[144]=1 AND SOE[145]=0 AND SOE[146]=1))),SOE[150]和SOE[149]为出口断路器分合,SOE[143]、SOE[145]为主变高压侧两侧断路器。

(2)观音岩水电站单机为600 MW混流式水轮发电机,分段关闭控制为电调PCC控制程序开出,控制电磁阀为单线圈,即动作线圈,动作条件是(Gv＿Fdbk＿Flag)=0反馈无故障,(edgepos(GV＿Fdbk<=(Gv＿Mid+250))),当反馈测值小于等于拐点设值时,分段关闭控制程序开出动作控制电磁阀;当机组全停(GV＿Fdbk<=200)或反馈测值大于拐点设定值(edgepos (GV＿Fdbk>(Gv＿Mid+250)))时,分段关闭控制程序开出复归。

(3)岩滩电厂扩建2台机组单机容量为300 MW,分段关闭控制为电调PCC控制程序开出,控制电磁阀为双线圈,即动作线圈和复归线圈,分段关闭动作条件(Gv＿Fdbk＿Flag)=0反馈无故障,((Gv＿Fdbk<=(Gv＿Mid+250)))and (cont＿k<20),即反馈测值小于等于拐点设定值时,分段关闭控制程序开出4s动作控制电磁阀;分段关闭控制程序开出复归动作条件是(Gv＿Fdbk>(Gv＿Mid+250))and(cont＿f<20),即当反馈测值大于拐点设值时,分段关闭控制程序开出4 s动作控制电磁阀复归。

(4)岩滩电厂一期4台机组,单机容量为302.5 MW混流式水轮发电机组;分段关闭控制为电调PCC控制程序开出,控制电磁阀为双线圈,即动作线圈和复归线圈,动作条件是((iY＿Main<iSegmentCloseEnter)and(iY＿Main>240)and bFallingSegClose),反馈测值小于拐点设值32%,反馈值大于6%且bFallingSegClose=1 (反馈值大于33%时为1,小于4%时为0)时开出动作控制电磁阀;复归分段关闭条件((iY＿Main>iSegmentCloseEsc)or(i Y＿Main<180)or (iTimSegmentCloseEsc2>1200)),即当反馈测值大于33%或小于4.5%或分段投入24 s后,开出动作控制电磁阀复归。

3 分段关闭控制程序的问题分析

导水叶紧急关闭发生的原因:一是机组在并网运行时,当发生电气、机械事故时跳开出口开关或主变高压侧开关,电调的并网判据不满足或有停机令,导叶关闭至空载位或全关;二是机组并网运行时,无事故或紧急情况需要投入急停阀,或急停阀误投入造成紧急关机;在紧急关机时,分段关闭装置控制程序需要正确开出动作,投入分段关闭装置,改变水轮机导叶的关闭速度,使机组转速上升值和引水系统的压力上升值控制在允许范围内。

对于上面介绍的第一种分段关闭控制程序,使用机组解列(并网接点)判据和分段投入拐点判断,机组在正常运行时进行负荷调节,经过拐点时,分段关闭装置均处于退出状态,当出现机组甩负荷或机组事故时,分段关闭控制程序能正确动作;但如果机组处于并网状态,电调有停机令时,调速器将紧急关闭导叶,此时分段关闭控制程序将无法动作开出实现分段关闭。第二种分段关闭控制程序,动作条件必须是反馈无故障,反馈测量数据良好的情况下,当反馈测值在拐点以下时,分段关闭控制程序开出动作控制电磁阀,分段关闭装置动作;机组事故调速器紧急关闭导叶,此时反馈故障分段关闭控制程序将无法开出动作控制电磁阀;当在机组处于低负荷运行(即在拐点以下运行),分段关闭控制电磁阀将长期处于投入状态,这会影响机组负荷调节速率;当机组导叶开度处于拐点附近运行时,分段关闭装置处于频繁投退动作中。第三种分段关闭控制程序与第二种相类似,只是使用双线圈电磁阀,分段关闭控制程序开出动作时,开出4 s控制电磁阀动作信号,复归时也是开出4 s控制电磁阀复归信号,但也存在机组运行在拐点附近位置时,分段关闭装置频率动作。第四种分段关闭程序,分段关闭的动作值与复归值不一致,减少频繁动作的次数;在正常的负荷调节过程中,分段关闭也会出现误动作情况,后三种方式分段关闭投入拐点采用导叶反馈测值进行判据,均没有开关量和模拟量进行双信号判据。

4 分段关闭控制程序的优化

电调PCC控制的输入端子中有发变组保护事故出口停机开出、机组现地PLC控制单元停机流程开出、水车保护出口停机开出、紧急停机投入开出、主变高压侧开关及出口开关串接的机组并网状态接点;停机令开入或机组解列作为分段关闭装置动作条件,导叶关闭至分段关闭拐点以下,经过电调PCC控制程序判断,将开出分段关闭动作信号至控制电磁阀,实现分段关闭,满足调保计算的要求。对上面4种分段关闭程序进行优化完善。

4.1 分段关闭动作条件

发电机从并网运行状态出现解列时或有停机令时,开出一定时间的分段关闭动作允许。

4.2 分段关闭控制的动作及复归

以上对于双线圈的控制电磁阀,当导叶关闭至导叶反馈测值小于分段关闭的设定值时,或分段投入开关接点接通且分段关闭动作允许,如果导叶反馈测值大于复归设置开度时,分段关闭控制程序开出一定时间动作控制电磁阀;分段投入点进行开关量和模拟量双信号判断,目的就是防止导叶反馈测值出现故障时,造成分段关闭无法正常投入。当分段关闭投入后,导叶反馈测值小于分段关闭复归设置值时,开出控制电磁阀动作复归。

以上对于单线圈的控制电磁阀,分段关闭动作开出后,导叶反馈测值小于分段关闭复归设置值时,开出动作控制电磁阀复归。

4.3 分段关闭满足可动作条件

机组并网状态,没有停机令的情况下,分段关闭满足可动作条件。

对于程序中count＿u、count＿k、count＿f数值大小根据PCC程序中的扫描周期和调保计算数据进行修改。

5 结语

部分水电厂在分段关闭控制程序中,只将分段关闭投入点(拐点)作为判据,试验中满足调保计算要求,但没有结合实际运行情况,考虑分段关闭控制程序误开出、拒开出和频繁动作。通过完善和优化能确保分段关闭控制程序正确开出动作,满足调保计算要求,符合运行工况。

参考文献

[1]四川省水利电力学校,林亚一.水轮机调节与辅助设备[M].北京:水利水电出版社,1995.

分段控制策略 篇8

关键词：焊缝跟踪,自调整因子,自整定PID,双模分段控制

0 引言

管道运输在石油天 然气等领 域发挥着 巨大的作 用。大口径运输管线主要 采用螺旋 焊管建造,如西气东 输管线、陕京管线等。石油天然气工业中,采用GB/T9711标准对钢管出厂前作全焊缝超声波自动探伤。

发达国家对钢管的无损检测开展较早,设备研制、使用较为成熟,如GE通用电气等。国内企业对钢管焊缝的检测大部分还停留在手动或半自动阶段,很多企业只能采用抽查方式。因此,对自动化钢管焊缝无损检测设备的研制具有极其重大的意义。

1 螺旋焊缝跟踪系统

自动跟踪的灵敏度和精度,直接影响着自动探伤的准确性[1]。探头自动跟踪方式经历了凸轮、接近开关、摄像机、涡流探头等几个阶段[2]。随着信息处理技术的提高,利用激光精确扫描、CCD成像技术在线建立特征模型、采用图像处理算子进 行模型匹 配[3]等方法,计算出焊 缝偏差、宽度、错边等参数,通过执行机构带动滑板和探头架回到正确位置。以西气东输管壁为17.5mm的管线检测为例,共分布3组探头,距离焊缝近边角0.67/1.17倍跨距垂直分布,与焊缝中心距离1.5倍跨距呈45°分布。考虑到埋弧焊缝通常在9~20mm并有一定余高,报警闸门距远边角仅0.25倍焊缝宽 度,边角反射 回波宽度 通常在1mm左右,为避免误报警,要求探头组的位置变化在2mm以内。

螺旋焊管生产是一个非常复杂的过程,影响焊接的因素具有不确定性及非线性,如钢板的横向窜动、成型角的调整、导电嘴的磨损等。随着钢板的运行,各种参数都将发生变化,工作范围内很难达到较高的位置精度和良好的动态性能,因此不易建立精确数学模型。而经典和现代控制理论都要求建立精确数学模型,若仅采用该理论和方法进行控制效果不好[4]。因此,本文采用不需要数学函数来描述输入输出关系的模糊控制。

2 自调整因子模糊算法

模糊控制是指运用专家的经验预先总结出控制决策表和控制规则,通过查找决策表,得到每一时刻应施与控制系统的控制动作,来判断输入参量的调整方向[5]。模糊控制的基本结构见图1。

焊缝自动跟踪关键技术是实时找到实际焊缝位置与理想位置的偏差。CCD检测出探头机构中心的位置偏差e(即e(k))以及偏差的变化率ec(即e(k)-e(k-1))的精确值,进行模糊化得到E和EC。

在模糊化过程中,需要调整量化因子来满足系统在不同被控状态下的要求。e的量化因子越大,系统响应越快,但超调量也越大;ec的量化因子越大,系统响应速度降低,但超调量减小。因此,在不同的误差等级下,引入不同的加权因子进行调整。控制规则表示如下:

多个加权因子的选取可采用寻优方式获取,本文采用ITAE积分性能指标评价控制系统性能,通过仿真获得系统的最优加权因子。

在偏差范围E≤ 3内选取若干值,对α1= 0.1…0.9进行仿真寻优。当α1为0.5时,效果较好,如图2所示。同理,对α2进行寻优,当α2为0.6时,效果较好,如图3所示。随机选取偏差e=3.0mm作为输入,对比例因子ku进行寻优比较,当ku为6时,静差最小,如图4所示。

论域为:E=EC={-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6};

U={-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7}。

模糊集为:U=EC{NB,NM,NS,O,PS,PM,PB};

E={NB,NM,NS,NO,PO,PS,PM,PB}。

模糊关系式表示第一条语句为:

R1=[(NBE+NME)×PBU]·[(NEEC+NMEC)×PBU]

控制规则的总模糊关系为:

采用max-min合成推理运算求输出,如下式所示:

去模糊采用最大隶属度法作为解模糊策略。

3 模糊分段控制算法

模糊控制器具有PD控制效果,由于缺少积分作 用,消除系统静差性能欠佳,难以达到较高的控制精度,比如,模糊控制器在平衡点附近就 存在一定 的“空白”区,即盲区。当探头机构移动到平衡点附近时,可以引入PI环节,获得较高的稳态精度。

PI环节可通过参数自整定PID算法得到。计算机中采用的是数字PID控制算法,公式如下:

式(1)中,积分项用偏差值的累加代替,微分项用偏差值的增量代替。计算输出时,对所有偏差值e(k)进行累加,运算量较大。u(k)是执行机构的实际位置,若计算出现问题,会导致执行机构位置大幅变化,因此可采用实际位置增量Δu(k)实现控制。

控制增量Δu(k)仅与最近3次的采用偏差有关,无需累加,可获得较好的控制效果。在实际应用中,控制对象会存在各种干扰,PID三个参数应实现在线更新。根据扩充临界比例度法的思想,把3个参数进行归一整定,选取控制度为1.05,则:

其中,TS和KS分别为临界振荡周期及增益。参数代入式(2)得出:

Δu(k)= [1.44e(k)-1.89e(k-1)+0.63e(k-2)]KS

从上可知,只要选取适当的KS就可以计算出控制增量。KS的选取采用寻优算法进行搜索。

针对选定的KS进行性能指标计算,若指标小于理想偏差δ,则KS符合系统要求。性能指标计算可采用最小二乘法中渐消记忆递推算法,使用遗忘因子舍去陈旧信息,同时引入新e(t) 每拍计算一次,提高了计算效率。

为比较自整定扩充 临界比例 度算法的 控制效果,在Matlab Simulink中,采用Embedded matlab function对扩充临界比例度法的PID算法进行编 程,并随机选 取传递函数为的系统进行仿真,结果见图5。采用了变步长寻优的在线自整定扩充 临界比例 度算法 (图中实线),动态性能明显好于直接扩充临界比例度算法(图中虚线)。

结合了PI控制环节的新型模糊控制器,虽然能消除静差,但其算法比较复杂,系统响应速度相对较慢。为提高系统响应速度,减少调节时间,在新型模糊控制算法中结合比例控制。该控制方式在探头机构离焊缝较远时,促使探头机构迅速移动至近焊缝区域,从而进入模糊控制。因此,针对螺旋焊缝的 跟踪采用 了一种新 型复合控 制算法,自调整比例因子Fuzzy-P双模分段 控制结合PI控制,即P-Fuzzy-PID,该算法综合了比例控制、模糊控制及PID控制的优点。

当偏差高于阈值时,系统进行比例控制以提高系统响应速度,加快响应过程;当偏差低于阈值时,系统转入了自调整比例因子模糊控制,以提高系统阻尼性能,减小响应过程的超调;当出现微小偏差时,系统采用PID控制方式来消除系统静差,流程如图6所示。

对整个系统进行仿真研究:设比例控制规律为p =kp·e,比例系数kp由每个像素对应电动机输出脉冲个数决定,本例为10。模糊控制中最佳调整因子为α1=0.5·α2=0.6,考虑到实际系统的识别精度,选定最佳阈值为e=3mm,系统稳态精度为0.15mm。当稳态精度小于0.15mm时,进入PI调节,消除静态误差以提高精度。

选取偏差e=3.8mm进行仿真,图7—图9分别是3个环节的对应偏差响应曲线,纵坐标为偏差量,横坐标为响应时间。设定偏差出现在t=1s时,由图可知,偏差在1s之内被减小到0.4mm,最终接近于零,完全实现实时纠正大偏差,探头组移动范围在2mm之内,符合焊缝探伤实时跟踪要求。

4 结语

分段控制策略 篇9

针对当前国家对化工企业生产安全的关注及目前中小型化工企业的现实状况, 本文提出几点关键技术:在自动控制方面, 将采用模糊控制、分段控制相结合的控制方法, 完成化工行业关键环节的过程控制, 从而有效提高生产参数控制精度;提高产品质量;降低生产能耗;提高企业生产效率。在安全联锁方面, 结合中小型化工企业常见的硝化反应、磺化反应以及加氢反应的具体特点, 总结现场人工手动控制的危险有害因素, 设计合理、安全的联锁控制方案, 从而有效解决因人为因素带来的安全隐患, 同时能够保证现场危险地带人员最少化, 降低人身伤亡几率。最后, 本文将该模式总结提炼, 形成一个通用性和可移植性强的标准化自动控制及安全联锁系统模式。

1 温度控制工艺分析

中小型化工企业多数具有反应釜滴加控制环节, 其工艺流程如图1所示, 其中V102为滴加罐, 内部装有强酸或强碱, R101为反应釜, 内部装有合成的液体化学原料。在生产过程中, 首先开启搅拌电机, 然后手动控制球阀MV01的开度, 通过视镜观察滴加流量, 由于滴加反应多为放热反应, 并且反应釜内温度过高可能引起爆炸, 所以滴加速度不能过快, 同时操作人员需要实时观察安装在反应釜上的水银温度计和压力表, 手动调节滴加球阀MV01的开度, 以便控制流量, 进而确保反应釜内的温度在一个合理的范围内。

2 系统改造及实现

为解决上述问题, 本文提供一种基于分段-模糊PID策略的化工企业低成本自控系统, 通过增加检测装置及自动控制系统, 并且采用模糊PID控制算法, 大大提高控制精度及系统安全性。

2.1 系统硬件组成

2.1.1 现场检测执行装置

(1) LZ系列金属管浮子流量计完成流量检测; (2) 铂热电阻完成温度检测; (3) 电子式电动执行装置。

2.1.2 自动控制装置

(1) 采用西门子S7-200可编程控制器作为中央处理单元, 完成数据处理、算法控制、连锁保护等功能; (2) 采用模拟量输入模块完成温度、流量等模拟量采集; (3) 采用模拟量输出模块控制电动执行机构; (4) 采用触摸屏进行人机信息交互, 完成现场数据显示和记录、生产参数及控制参数设定等功能, 同时配合控制器完成生产控制; (5) 系统采用安全栅与现场隔离, 具有防爆功能, 达到本质安全要求。

2.2 流量模糊PID算法实现

由于电动执行机构与管道流量存在非线性情况, 导致在控制中流量波动偏大, 因此采用传统的PID控制运行效果不佳, 本系统在传统PID控制的基础上, 采用模糊PID控制对流量进行控制, 提高系统的动态响应和稳态特性, 即应用模糊控制规则, 在PID调节器上加入模糊控制器, 该模糊控制器的输入语言变量是误差值E、误差变化率△E, 输出语言变量是PID控制器的比例增益系数Kp、积分增益系数Ki和微分增益系数Kd, 从而对PID调节器进行控制。

2.3 温度控制实现

由于温度控制具有大滞后特点, 并且温度的变化与强酸 (或强碱) 的滴加流量具有耦合关系, 因此本系统温度控制采用以下控制算法:

由温度设定值、温度高差值、温度低差值、温度最高限等参数将温度划分为三个区域:A、B、C, 具体见图2所示。当釜内温度在A区域, 滴加流量设定值保持不变, 系统正常工作, 无报警。当釜内温度在B区域, 滴加流量设定值相应减少, 减少量与温度偏移量成正比, 系统灯光闪烁报警。当釜内温度在C区域, 系统声光报警, 自动转入“手动控制”并将电动执行装置关闭, 停止滴加。

综合以上分析, 得出控制系统结构框图如图3所示。

2.4 系统联锁实现

(1) 硝化釜搅拌电机连锁控制。当硝化釜搅拌电机停转后, 关闭电动执行装置, 以免造成局部反应温度升高, 形成爆沸气蚀。其联锁输入点是搅拌电机的接触器辅助触点。 (2) 冷却水流量连锁控制。当循环冷却水流量达到下限时, 关闭电动执行装置, 以免造成局部反应温度升高, 形成爆沸气蚀。

2.5 系统程序实现

反应釜温度控制系统由西门子公司S7-226可编程序控制器与MCGS触摸屏组成。按照前面控制算法进行编程, 程序框图如图4所示。

3 总结

本文涉及一种基于分段-模糊PID控制的反应釜温度控制方法, 在原有手动控制的基础上, 采用模糊PID控制算法解决了流量波动问题, 以提高系统的动态响应和稳态特性;即应用模糊控制方式, 在PID调节器上加入模糊控制器, 从而对PID调节器进行控制;同时在温度外环控制上采用分段控制, 用简单有效的方法解决温度控制上的大滞后问题。

摘要：针对当前中小型化工企业自动化水平低、安全联锁不完善等现状, 提出一种符合化工行业特点的低成本自动控制策略, 采用传统控制与智能控制相结合的方式实现温度及流量闭环控制。该控制策略能有效满足生产自动化需求、改善温度闭环的控制效果, 提高产品质量与生产效率。

关键词：化工企业,串级控制,模糊PID控制

参考文献

[1]Kevin M.Passino, Stephen Yurkovich.Fuzzy Controll[M].Prentice Hall Pearson, 2001.

[2]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京航空航天大学出版, 2008.

[3]周万珍, 高鸿斌.PLC分析与设计应用[M].北京:电子工业出版社, 2004.