[发明专利]一种天然气加臭控制系统及其控制方法

说明书

本发明公开一种天然气加臭控制系统及其控制方法，其系统包括加臭装置单元、检测单元、电源动力单元、MPC控制单元和上位机，其控制方法采用MPC优化控制，包括预测系统未来动态、滚动优化、优化控制量和反馈校正；本发明在天然气管道内设有鼓风恒温装置，并利用鼓风恒温装置使管道内部停留较久的THT和燃气再次充分混合，从而减小系统预测值误差，提出模型预测控制算法的控制策略，并对加臭控制系统进行跟踪性能和抗干扰性能测试，提高了THT与天然气混合的均匀程度和抗干扰性，还改善了系统的鲁棒性，其总体性能优于基于PID和LQR算法的控制系统，且优化后的MPC算法在加臭控制系统下优于传统的MPC算法。

技术领域

本发明涉及天然气加臭剂浓度控制技术领域，尤其涉及一种天然气加臭控制系统及其控制方法。

背景技术

燃气加臭是一个频繁变化的过程，实现加臭剂浓度在瞬态条件下的实时控制优化是一个极具挑战性的问题，目前我国城市燃气存在着燃气用户终端的THT浓度不稳定和未达标的问题，确保燃气用户终端的加臭剂浓度在国家标准范围内，对保护燃气使用者和燃气企业具有重要的意义，传统加臭装置喷头装置采用单模式单注入口，且传统的加臭控制装置并未考虑用气低峰期时原本均匀混合的THT和燃气会分离的情况；

目前，大部分加臭控制采用PID控制算法，PID控制算法是根据控制对象输出反馈来进行校正的控制方式，它是在测量出实际与计划发生偏差时，按定额或标准来进行纠正的，常用的经典控制算法PID虽然响应速度快，不需要加臭控制模型，但是加臭过程中环境复杂、输送管道过长，控制模型具有非线性、大惯性和滞后性等特点，PID很难满足条件，还有一种LQR算法虽然能够对过程进行控制，但是需要精确的系统模型，在管道内随着时间的变化，管道内的温度压强等影响因素都会影响该模型，模型参数随时微变，很难保证模型的准确度，因此，本发明提出一种天然气加臭控制系统及其控制方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出一种天然气加臭控制系统及其控制方法，该控制方法结合优化后的MPC算法控制，将加臭站的电磁泵注入THT值的量作为控制优化量，相比基于PID算法的控制响应时间短数十倍，系统的抗干扰性能更高，系统的鲁棒性更好。

为了实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种天然气加臭控制系统，包括加臭装置单元、检测单元、电源动力单元、MPC控制单元和上位机，所述加臭装置单元包括单片机控制器、计量泵、阀门和储罐，所述上位机向单片机控制器发送控制量数据和相关指令，所述单片机控制器接收控制量数据和相关指令，后分别向阀门和计量泵发送控制开关指令和频率脉冲指令，阀门打开后，储罐中的THT流入计量泵的输入口，计量泵的输出口连接有天然气管道，计量泵根据脉冲频率向天然气管道内注入THT，天然气管道内设有鼓风恒温装置；

所述检测单元包括天然气流量计和THT在线检测仪,所述天然气流量计用于测量燃气出口处的天然气流量，所述THT在线检测仪用于测量燃气用户终端THT浓度值，当检测单元完成数据采集后，将数据打包反馈给上位机；

所述MPC控制单元结合上位机发送的数据进行新一轮的THT输入量预测，并根据新的参考轨迹和预测模型进行滚动优化，将滚动优化的最优解进行再优化后再将预测的THT输入控制量反馈给上位机。

进一步的，所述加臭装置单元还包括加臭装置，所述加臭装置包括计量泵(1)、汽化器(2)、注液主管(3)、磁液位计(4)和喷头机构(5)，所述汽化器(2)设于计量泵(1)顶端，所述汽化器(2)通过注液主管(3)与喷头机构(5)连接，所述磁液位计(4)安装于注液主管(3)上，所述喷头机构(5)包括小喷头(501)、中喷头(502)、大喷头(503)和注液分管(504)，所述小喷头(501)、中喷头(502)和大喷头(503)通过注液分管(504)与注液主管(3)连接。

进一步的，所述电源动力单元给整个系统供电，根据不同设备的性能指标和额定功率分别进行供电。

一种天然气加臭控制系统的控制方法，包括以下步骤：