一种天然气智能加臭控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种天然气智能加臭控制装置及控制方法，该装置包含：加臭机、加臭剂在线检测仪、预测自抗扰控制器、补偿执行机构和天然气流量检测仪；预测自抗扰控制器根据天然气管道的天然气流量值确定加臭剂浓度的设定值，将设定值信号发送给加臭机以控制加臭剂浓度，并根据加臭剂在线检测仪测得的加臭剂浓度值，由预测自抗扰控制器根据自抗扰技术与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补偿执行机构，控制加臭机输出加臭剂的补偿量。本发明专利技术的控制方法能够考虑浓度的衰减及系统内部的不确定性和外部的温度干扰，保证实时精确控制天然气管网末端实际的加臭剂浓度。

【技术实现步骤摘要】
一种天然气智能加臭控制装置及控制方法
本专利技术涉及一种天然气加臭剂浓度控制方法，具体涉及一种天然气智能加臭控制装置及控制方法。
技术介绍
在天然气行业中，加臭是一个必不可少的部分。加臭剂是一种具有强烈气味的有机化合物或混合物，具有含硫、低毒、易燃、易爆、价格昂贵等特点。当以很低的浓度加入燃气中，使燃气有一种特殊的、令人不愉快的警示性臭味，以便泄漏的燃气在达到其爆炸下限5％或达到对人体允许的有害浓度时，即被察觉。但若加臭量不足，可能导致燃气泄露而没有起到安全警示作用，从而引发安全事故。另外，如果加臭量过大，由于加臭剂价格昂贵，造成经济损失，而且过量加臭剂会在不完全燃烧之后产生一氧化碳、含硫气体等有毒气体，从而污染环境。因此，实现天然气中加臭剂的浓度达到国家标准是一个亟需解决的问题。通常，天然气加臭装置都采用闭环加臭模式，控制器通过比较加臭剂设定输出量与加臭剂实际输出量实现加臭调整，从而保证天然气中加臭剂浓度达到国家标准。例如，申请号为CN201220450693.0的中国技术专利，其公开了一种加臭装置输出检测补偿系统，采用闭环加臭模式的加臭装置，能够检测加臭泵加臭剂实际输出量，控制器通过比较加臭剂设定输出量与加臭剂实际输出量，输出加臭剂输出补偿量信号给补偿执行机构，补偿执行机构根据加臭剂输出补偿量改变加臭泵加臭剂实际输出量。虽然该专利技术考虑到了加臭剂设定量与实际输出量的差异，并通过该浓度差异对加入量进行调整。又如，申请号为CN201811455499.X的中国专利技术专利，其公开了一种LNG加臭剂浓度控制系统及其方法，该系统通过检测装置检测天然气中的加臭剂浓度，通过流量计检测天然气流量，从而通过获得的浓度数据和流量数据控制加臭机的工作频率。但是，上述两个专利技术专利都没有考虑到加臭剂浓度在天然气管网中由于管网长度和管道吸附作用引发的衰减，并且管网长度还会导致系统出现时滞现象，从而导致系统无法对动态的变化做出及时反应，从而导致整个系统出现超调大、响应时间大的不良现象，同时该装置并未考虑由于温度这一不确定项以及系统内部的不确定性会对加臭剂浓度造成的影响，在这种控制方式下，系统无法消除温度干扰和系统内部干扰以及时滞所带来的影响，从而无法保证实时精确控制天然气管网末端实际的加臭剂浓度达到国家标准。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种天然气智能加臭控制装置及控制方法，该方法解决了现有方法没有考虑加臭剂浓度衰减的问题，能够考虑浓度的衰减及系统内部的不确定性和外部的温度干扰，保证实时精确控制天然气管网末端实际的加臭剂浓度。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种天然气智能加臭控制装置，该装置包含：加臭机、加臭剂在线检测仪、预测自抗扰控制器、补偿执行机构和天然气流量检测仪。其中，所述加臭机的输出口与天然气管道相连接，该天然气管道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；所述天然气流量检测仪用以检测天然气管道中的天然气流量。所述加臭剂在线检测仪和天然气流量检测仪的输出端口均与所述预测自抗扰控制器的输入端口相连接，该预测自抗扰控制器的输出端口与所述加臭机和补偿执行机构的输入端口相连接，且补偿执行机构的输出端口与所述加臭机的输入端口相连接。所述预测自抗扰控制器根据天然气气化器输出到天然气管道的天然气流量值确定加臭机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以控制加臭机输出的加臭剂浓度，并根据所述天然气管道末端的加臭剂在线检测仪实际测得的加臭剂浓度值，由预测自抗扰控制器根据自抗扰技术与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，该补偿执行机构根据预测自抗扰控制器的补偿信号，控制加臭机输出加臭剂的补偿量。其中，所述预测自抗扰控制器通过自抗扰技术与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Gm(S)为：其中，Km、Tm1、Tm2、τm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，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为燃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，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。优选地，所述非线性函数fst(·)的算法为：其中，d、d0、y0、a0、a为中间变量。优选地，所述加臭机与加臭剂罐的输出口与连接，该加臭剂罐用于为加臭机添加加臭剂。优选地，所述天然气流量检测仪采用差压式流量计。优选地，所述加臭剂在线检测仪采用THT在线检测仪。本专利技术的另一目的是提供一种智能控制天然气加臭剂浓度的方法，该方法构建自抗扰技术与Smith补偿器结合的预测自抗扰控制器，对天然气智能加臭控制装置和天然气管道构成的系统的不确定性和外部的温度干扰进行预估和补偿，确定加臭剂的补偿量。构建的Smith补偿器的模型Gm(S)为：其中，Km、Tm1、Tm2、τm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，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为燃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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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)；/n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；/n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；/n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；/n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...

【技术特征摘要】
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Gm(S)为：



其中，Km、Tm1、Tm2、τm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，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。


2.根据权利要求1所述的天然气智能加臭控制装置，其特征在于，所述非线性函数fst(·)的算法为：



其中，d、d0、y0、a0、a为中间变量。


3.根据权利要求1或2所述的天然气智能加臭控制装置，其特征在于，所述加臭机(...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛亮，罗明，母小琳，阳彩霞，韦国晖，胡泽，肖国清，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51