專利名稱：大容量輸油泵效率動態尋優控制方法
技術領域：
本發明屬于泵送系統控制技術領域，涉及一種大容量輸油泵效率動態尋優控制方法。
背景技術：
大容量輸油泵是原油輸送系統中的重要動力設備，同時也是主要的耗能設備，其消耗的能量約占整個原油輸送系統能耗的80％。雖然目前大容量輸油泵采用了變頻技術，但是基本上是按照設定流量來進行控制，運行效率仍然比較低，一般為60％左右。目前一般采用合理安排輸送計劃等手段來提高輸油效率，但效果都不明顯，特別是在環境、原油物性以及管道沉積、設定流量變化等情況下，如何提高輸油泵效率，尚未有可行的解決方法。
發明內容
本發明的目的是提供一種大容量輸油泵效率動態尋優控制方法，解決了現有技術中僅對輸油泵流量進行控制，不能對輸油泵運行效率進行實時動態尋優控制的問題。
本發明所采用的技術方案是，一種大容量輸油泵效率動態尋優控制方法，該方法按照以下步驟實施， 步驟A、先確定輸油泵系統的設定值Qd、P1d、P2d，并測量出輸油泵系統的實際輸出值Q、P1、P2，用設定值Qd、P1d、P2d減去實際輸出值Q、P1、P2得到偏差值，將該偏差值信號輸入網絡控制器中，其中Qd、P1d、P2d分別為輸油泵流量、入口壓力、出口壓力設定值；Q、P1、P2分別為輸油泵流量和入口壓力、出口壓力實際輸出值； 步驟B、網絡控制器對上步接收到的偏差值信號進行模糊推理運算，將輸出值作為控制信號發送到輸油泵系統，輸油泵系統又包括變頻器、交流電機和離心泵依次連接而成，變頻器根據輸入信號控制交流電機的轉速，帶動離心泵轉動，實現離心泵參數的改變，同時網絡控制器將上述輸出值與輸油泵系統的實際輸出值Q、P1、P2共同輸入辨識網絡中，所述辨識網絡是一種辨識神經網絡， 同時辨識網絡的辨識輸出值Q′、P1′、P2′與輸油泵系統的實際輸出值Q、P1、P2的偏差值又對辨識網絡進行修正，使得辨識網絡的辨識輸出值Q′、P1′、P2′趨近輸油泵系統的實際輸出值Q、P1、P2，其中Q′、P1′、P2′分別為辨識網絡流量、入口壓力、出口壓力辨識輸出值； 步驟C、根據輸油泵系統的設定值Qd、P1d、P2d與辨識網絡的辨識輸出值Q′、P1′、P2′的偏差情況，以及效率η與輸油泵系統的實際輸出值Q、P1、P2的關系通過系統優化目標環節對網絡控制器的參數進行修正， 當輸油泵實際輸出值Q、P1、P2在輸油泵設定值Qd、P1d、P2d的容許范圍內變化時，即ΔQd＝±20m3/h～±100m3/h、ΔP1d＝±0.1Mpa～±0.3Mpa、ΔP2d＝±0.5Mpa～±1.5Mpa時按照效率動態尋優目標函數J2進行效率優化控制，J2為效率動態尋優目標函數為J2＝Q(P2-P1)；當超出上述容許范圍時，按照協調控制目標函數J1進行協調控制，其中，J1協調控制目標函數為其中a、b、c為常數，根據輸油泵系統的運行情況分別取0.1～0.8，且a+b+c＝1；即實現對輸油泵系統的效率動態尋優控制及Q、P1、P2的協調控制。
本發明的控制方法能在環境溫度、原油物性、管道沉積、設定流量變化等情況下，始終使輸油泵運行于效率較高的工作狀態，大大降低輸油耗電量，降低運行成本，易于實現。
圖1是本發明方法的流程示意圖； 圖2是本發明方法中的網絡控制器結構框圖； 圖3是本發明方法中的辨識器結構框圖； 圖4是本發明方法實施例中的系統協調控制結果對比曲線圖，圖中，a為入口壓力曲線；b為出口壓力曲線；c為流量曲線；d為電機轉速曲線； 圖5是本發明方法實施例中的系統運行效率對比曲線圖。
圖中，1.Qd、P1d、P2d分別為輸油泵系統流量、入口壓力、出口壓力設定值；2.網絡控制器；3.輸油泵系統；4.系統優化目標環節；5.辨識網絡；6.Q、P1、P2分別為輸油泵系統流量和入口壓力、出口壓力實際輸出值；7.Q′、P1′、P2′為辨識網絡流量、入口壓力、出口壓力辨識輸出值；8.變頻器；9.交流電機；10.離心泵；21.輸入層B；22.語言值層；23.規則層；24.推理層；25.輸出層B；31.輸入層A；32.中間層；33.輸出層A。
具體實施例方式 下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。
本發明的大容量輸油泵效率動態尋優控制方法，其具體控制步驟為，如圖1中，圖中，Qd、P1d、P2d分別為輸油泵系統流量、入口壓力、出口壓力設定值；Q、P1、P2分別為輸油泵系統流量和入口壓力、出口壓力實際輸出值；Q′、P1′、P2′分別為輸油泵系統的辨識網絡流量、入口壓力、出口壓力辨識輸出值； 步驟A、先確定輸油泵系統3的設定值Qd、P1d、P2d，并測量出輸油泵系統3的實際輸出值Q、P1、P2，用設定值Qd、P1d、P2d減去實際輸出值Q、P1、P2的偏差值信號輸入模糊神經的網絡控制器2中， 步驟B、網絡控制器2將經過運算的輸出值作為控制信號發送到輸油泵系統3，輸油泵系統3包括變頻器8、交流電機9、離心泵10依次連接組成，同時網絡控制器2的輸出值與輸油泵系統3的實際輸出值Q、P1、P2同時輸入輸油泵系統的辨識網絡5中，辨識網絡5是一種辨識神經網絡，與此同時，辨識網絡5的辨識輸出值Q′、P1′、P2′與輸油泵系統3的實際輸出值Q、P1、P2的偏差值又對辨識網絡5進行修正，使得辨識網絡5的辨識輸出值Q′、P1′、P2′趨近輸油泵系統3的實際輸出值Q、P1、P2。
步驟C、根據輸油泵系統3的設定值Qd、P1d、P2d與辨識網絡5的辨識輸出值Q′、P1′、P2′的偏差情況，以及效率η與輸油泵系統3的實際輸出值Q、P1、P2的關系通過系統優化目標環節4對網絡控制器2的參數進行修正。當輸油泵實際輸出值Q、P1、P2在輸油泵設定值Qd、P1d、P2d的容許范圍內變化時，即ΔQd＝±20m3/h～±100m3/h、ΔP1d＝±0.1Mpa～±0.3Mpa、ΔP2d＝±0.5Mpa～±1.5Mpa時進行效率優化控制，當超出此容許范圍時，進行協調控制，以此實現對輸油泵系統3的流量、壓力的協調控制和效率動態尋優控制。
圖2為本發明方法中的模糊神經的網絡控制器2的結構框圖，該網絡控制器2為五層前向網絡結構，依次包括輸入層B21、語言值層22、規則層23、推理層24及輸出層B25。其中輸入層B21有三個節點，每個節點輸入分別為輸油泵的設定值Qd、P1d、P2d與輸油泵實際輸出值Q、P1、P2的偏差；語言值層22有3×n個節點，其中n代表各輸入變量的語言值劃分數；規則層23和推理層24的節點數均為n3；輸出層B25的節點數為1。
系統優化目標環節4包含兩部分功能，分別為協調控制和效率動態尋優。協調控制目標函數為其中a、b、c為常數，可根據輸油泵系統3的運行情況分別取0.1～0.8，且a+b+c＝1。效率動態尋優目標函數為J2＝Q(P2-P1)。分別沿著J1的負梯度方向和J2的正梯度方向修正網絡控制器2，實現對輸油泵系統3流量、壓力的協調控制和效率動態尋優控制。
圖3為本發明方法中的辨識網絡5的結構框圖，該辨識網絡5為三層前向網絡結構，依次包括輸入層A31、中間層32及輸出層A33。輸入層共有6個輸入，分別為u(k)、u(k-1)、u(k′-2)和Q(k)、P1(k)、P2(k)，中間層共有12個神經元，輸出層共有3個神經元，其輸出分別為Q′(k+1)、P1′(k+1)、P2′(k+1)。
實施例輸油泵的設定值Qd、P1d、P2d分別為Qd＝700m3/h、P1d＝0.85Mpa、P2d＝7.3Mpa，當t＝2s時，設定值變化為Qd＝550m3/h、P1d＝0.8Mpa、P2d＝6.3Mpa。輸油泵實際輸出值Q、P1、P2的允許變化范圍分別為ΔQd＝±60m3/h、ΔP1d＝±0.2Mpa、ΔP2d＝±1.5Mpa。采用MATLAB軟件對輸油泵系統進行仿真，結果如圖4和圖5所示。從圖4和圖5可以看出，對比的入口壓力曲線、出口壓力曲線、流量曲線及電機轉速曲線都表明，采用上述方法，能夠實現對輸油泵流量、入口壓力、出口壓力的協調控制，系統響應時間快、穩定性好，并且可以實現輸油泵效率尋優控制，輸油泵效率提高了10％左右。
權利要求
1、一種大容量輸油泵效率動態尋優控制方法，其特征在于該方法按照以下步驟實施，
步驟A、先確定輸油泵系統(3)的設定值Qd、P1d、P2d，并測量出輸油泵系統(3)的實際輸出值Q、P1、P2，用設定值Qd、P1d、P2d減去實際輸出值Q、P1、P2得到偏差值，將該偏差值信號輸入網絡控制器(2)中，
其中Qd、P1d、P2d分別為輸油泵流量、入口壓力、出口壓力設定值；Q、P1、P2分別為輸油泵流量和入口壓力、出口壓力實際輸出值；
步驟B、網絡控制器(2)對上步接收到的偏差值信號進行模糊推理運算，將輸出值作為控制信號發送到輸油泵系統(3)，輸油泵系統(3)又包括變頻器(8)、交流電機(9)和離心泵(10)依次連接而成，變頻器(8)根據輸入信號控制交流電機(9)的轉速，帶動離心泵(10)轉動，實現離心泵(10)參數的改變，同時網絡控制器(2)將上述輸出值與輸油泵系統(3)的實際輸出值Q、P1、P2共同輸入辨識網絡(5)中，所述辨識網絡(5)是一種辨識神經網絡，
同時辨識網絡(5)的辨識輸出值Q′、P′1、P′2與輸油泵系統(3)的實際輸出值Q、P1、P2的偏差值又對辨識網絡(5)進行修正，使得辨識網絡(5)的辨識輸出值Q′、P′1、P′2趨近輸油泵系統(3)的實際輸出值Q、P1、P2，其中Q′、P′1、P′2分別為辨識網絡流量、入口壓力、出口壓力辨識輸出值；
步驟C、根據輸油泵系統(3)的設定值Qd、P1d、P2d與辨識網絡(5)的辨識輸出值Q′、P′1、P′2的偏差情況，以及效率η與輸油泵系統(3)的實際輸出值Q、P1、P2的關系通過系統優化目標環節(4)對網絡控制器(2)的參數進行修正，
當輸油泵實際輸出值Q、P1、P2在輸油泵設定值Qd、P1d、P2d的容許范圍內變化時，即ΔQd＝±20m3/h～±100m3/h、ΔP1d＝±0.1Mpa～±0.3Mpa、ΔP2d＝±0.5Mpa～±1.5Mpa時，按照效率動態尋優目標函數J2進行效率優化控制，效率動態尋優目標函數J2為J2＝Q(P2-P1)；
當超出上述容許范圍時，按照協調控制目標函數J1進行協調控制，其中，協調控制目標函數J1為其中a、b、c為常數，根據輸油泵系統(3)的運行情況分別取0.1～0.8，且a+b+c＝1；即實現對輸油泵系統(3)的效率動態尋優控制及協調控制。
2、根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的網絡控制器(2)為五層前向網絡結構，依次包括輸入層B(21)、語言值層(22)、規則層(23)、推理層(24)及輸出層B(25)，其中輸入層B(21)有三個節點，每個節點輸入分別為輸油泵的設定值Qd、P1d、P2d與輸油泵實際輸出值Q、P1、P2的偏差；語言值層(22)有3×n個節點，其中n代表各輸入變量的語言值劃分數；規則層(23)和推理層(24)的節點數均為n3；輸出層B(25)的節點數為1。
3、根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的辨識網絡(5)為三層前向網絡結構，依次包括輸入層A(31)、中間層A(32)及輸出層A(33)，輸入層A(31)共有6個輸入，分別為u(k)、u(k-1)、u(k-2)和Q(k)、P1(k)、P2(k)，中間層A(32)共有12個神經元，輸出層A(33)共有3個神經元，其輸出分別為Q′(k+1)、P′1(k+1)、P′2(k+1)。
全文摘要
本發明公開了一種大容量輸油泵效率動態尋優控制方法，該方法按照以下步驟實施，先確定輸油泵系統的設定值，并測量出輸油泵系統的實際輸出值，用設定值減去實際輸出值的偏差值信號輸入網絡控制器中；網絡控制器進行運算后將輸出值發送到輸油泵系統，實現離心泵參數的改變，同時網絡控制器將上述輸出值與輸油泵系統的實際輸出值共同輸入辨識網絡中，同時辨識網絡的辨識輸出值與實際輸出值的偏差值又對辨識網絡進行修正，使得辨識輸出值趨近實際輸出值；根據設定值與辨識輸出值的偏差情況，以及效率與實際輸出值的關系，通過系統優化目標環節對網絡控制器的參數進行修正，實現對輸油泵系統的效率動態尋優控制及協調控制。
文檔編號G05B13/00GK101556457SQ200910022550
公開日2009年10月14日 申請日期2009年5月15日 優先權日2009年5月15日
發明者軍 劉, 敏 祝, 白華煜, 王玲芝 申請人:西安理工大學