[发明专利]往复式天然气压缩机自适应压力控制算法

说明书

本发明提供了往复式天然气压缩机自适应压力控制算法，气举压缩机在工作时，对于其排气压力采用PID控制算法加上逻辑判断即可实现天然气的集输与增压；压缩机前往不同井场工作时，不同的工况特性有差别，针对每一个口井作业时，都需整定一套与之匹配的PID控制器参数，仅需在常规的PID控制器参数基础上，加入能够自动根据井场工况特性的变化来调整PID控制器的参数，使其始终处于最优状态的智能控算法，利用模糊控制技术实现PID控制器的参数在线自校正，提升了控制器性能，实现压缩机的压力精确的自动调节。

技术领域

本发明涉及天然气压缩机压力控制的领域，具体涉及往复式天然气压缩机自适应压力控制算法。

背景技术

目前国内大多数的天然气压缩机主要应用于天然气的集输与增压，这些场合的工况稳定，工艺需求较简单。对于压缩机的控制一般是基本的顺序逻辑控制(图1)。

天然气压缩机用于气举排水作业时，根据不同的井场实际情况，压缩机进气气源的选择是变化多样的，包括：临近井产气、外输管道气、自产气等等。石油天然气行业标准《气举排水采气工艺作法》要求的注气压力(亦即压缩机排气压力)，在作业的不同阶段要保持不同的上升或下降趋势(图2)。

因此，气举作业工况复杂、波动范围大，在这种情况下要保证注气压力按图2的要求运行，就必须对压缩机的排量进行精确的自动调节。

发明内容

本发明的主要目的在于提供往复式天然气压缩机自适应压力控制算法，解决压缩机的排量无法进行精确自动调节的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：所述算法包括自整定模式与调节模式，初次运行时，通过自整定模式的参数自整定模块得到PID控制器参数的初始值，然后切换调节模式，PID控制器发挥作用，同时通过调节模式的模糊控制模块实时对PID控制器参数进行自校正。

优选方案中，被控系统都可以等效成带有纯滞后的一阶系统，通过自整定模式的继电反馈自整定可以测出一阶系统的临界比例增益Kc和振荡周期Tc；

根据Z-N法公式可以求出PID控制器的参数KP、Ti、Td。

优选方案中，当系统进入自整定模式后，PID控制器就变成一个纯继电环节，选取合适的继电输出d,被控系统产生振荡，测量出被控系统响应的幅值A和振荡频率ωc，就可以得到被控系统的临界比例增益Kc和振荡周期Tc。

优选方案中，利用描述函数对图的继电环节进行分析，可以得出关系公式：

关系公式是理想化的将滞环ε设为零，再加上描述函数法的近似处理，理论上整定处的值与最优值存在5％～20％的误差，再使用模糊控制算法对参数进行自校正。

优选方案中，模糊控制是通过对输入变量模糊化后，经过已知的模糊规则库进行模糊推理，得出模糊控制输出量，再将模糊控制量进行反模糊化，得出精确的控制量输出。

优选方案中，模糊控制用于PID控制器参数的在线自校正的主要思路是，在系统处于调节模式时，模糊控制器不断的对输入的偏差E和偏差变化率EC模糊化后，根据设置的模糊整定规则表，分别得到3个修正参数ΔKp、Δti、ΔTd的模糊值，再将其反模糊化，得到参数修正的精确值。

优选方案中，计算出PID控制器的参数：Kp＝Kp0+ΔKp、Ti＝Ti0+ΔTi、Td＝Td0+ΔTd，其中Kp0、Ti0、Td0分别表示在自整定模式时得到的参数初值；

模糊控制器的两个输入变量E和EC，三个输出变量ΔKp、Δti、ΔTd的模糊语言值分别取为：

E:{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}；

EC:{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}；