[发明专利]一种天然气智能加臭控制装置及控制方法

权利要求书

1.一种天然气智能加臭控制装置，其特征在于，该装置包含：加臭机(10)、加臭剂在线检测仪(30)、预测自抗扰控制器(40)、补偿执行机构(50)和天然气流量检测仪(60)；

其中，所述加臭机(10)的输出口与天然气管道(20)相连接，该天然气管道(20)的末端设置有用于检测天然气管道末端的加臭剂浓度实际输出值的加臭剂在线检测仪(30)；所述天然气流量检测仪(60)用以检测天然气管道(20)中的天然气流量；

所述加臭剂在线检测仪(30)和天然气流量检测仪(60)的输出端口均与所述预测自抗扰控制器(40)的输入端口相连接，该预测自抗扰控制器(40)的输出端口与所述加臭机(10)和补偿执行机构(50)的输入端口相连接，且补偿执行机构(50)的输出端口与所述加臭机(10)的输入端口相连接；

所述预测自抗扰控制器(40)根据天然气气化器输出到天然气管道(20)的天然气流量值确定加臭机(10)加臭剂浓度的设定值，将加臭剂浓度的设定值信号发送给所述加臭机(10)以控制加臭机(10)输出的加臭剂浓度，并根据所述天然气管道(20)末端的加臭剂在线检测仪(30)实际测得的加臭剂浓度值，由预测自抗扰控制器(40)根据自抗扰技术与Smith补偿器结合的控制方法对加臭剂浓度进行补偿，并将补偿信号发送给所述补偿执行机构(50)，该补偿执行机构(50)根据预测自抗扰控制器(40)的补偿信号，控制加臭机(10)输出加臭剂的补偿量；

其中，所述预测自抗扰控制器(40)通过自抗扰技术与Smith补偿器结合控制加臭剂的补偿量，其构建的Smith补偿器的模型G_m(S)为：

其中，K_m、T_m1、T_m2、τ_m分别为Smith补偿器的模型参数，而且分别为被控对象模型参数K、T₁、T₂、τ的估计值；K为系统增益；T₁和T₂为时间常数；S为拉氏变换的复变量；τ为管网长度所引发的纯滞后时间；

考虑该装置和天然气管道构成的系统的内部的不确定性和外部温度的干扰，构建非线性扩张状态观测器ESO，该非线性扩张状态观测器ESO的控制算法为：

其中，ε为系统误差大小，β₀₁、β₀₂、β₀₃为三个可调参数，b₀为补偿因子；y'为Smith补偿器的输出；y为天然气管道中加臭剂浓度实际输出值；z₁、z₂为y的估计值；z₃为系统内部的扰动和外部的温度扰动在内的总扰动的实时估计值；u为控制量，表示经过自抗扰技术与Smith补偿器修正后的加臭剂的补偿量；fal(·)为非线性函数，定义为：

其中，ε为系统误差的大小；α为指数；δ为区分误差ε大小的界限；

跟踪微分器TD对加臭剂浓度的设定值输入信号v进行预处理，通过快速地跟踪输入信号从而获得其导数微分信号，其控制率为：

其中，v为加臭剂浓度设定值输入信号；v₁为根据加臭剂浓度设定值输入信号v输出的跟踪信号，v₂为v₁的微分信号；r为过渡过程快慢因子，r越大过渡时间越短；h₀为滤波因子；fst(·)为非线性函数；

所述预测自抗扰控制器(40)，其非线性误差反馈控制率NLSEF的算法为：

其中，e₁、e₂为跟踪微分器TD输出的跟踪信号v₁、提取的微分信号v₂和非线性扩张状态观测器ESO的估计状态变量z₁、z₂分别形成的差值；δ₀、β₁、β₂为可调参数；

通过加臭剂浓度的衰减数学模型，建立加臭剂浓度随管道长度而发生的时滞数学模型，并基于此构建Smith补偿器对时滞进行补偿；

所述衰减数学模型为：

其中，K为系统增益，T₁和T₂为时间常数，S为拉氏变换的复变量；

所述时滞数学模型为：

其中，τ为管网长度所引发的纯滞后时间，S为拉氏变换的复变量。