一种应用于土壤气相抽提设备的多变量解耦控制方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于土壤气相抽提设备的多变量解耦控制方法，该方法包括：在PID控制矩阵Gc(s)与过程模型矩阵G(s)之间增加一个解耦矩阵D(s)；通过所述解耦矩阵D(s)将风机转速控制量和阀门开度控制量计算修正分离，下发到设备作动器。该方法可保持现有设备的结构不变，只需要对上位机进行处理，将原本的PID设备产生的控制值通过解耦矩阵计算修正，再下发到设备作动器，这样就可以在不改变设备结构的前提下实现解耦控制，降低PID的调参难度，同时增加系统稳定性和使用寿命。加系统稳定性和使用寿命。加系统稳定性和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于土壤气相抽提设备的多变量解耦控制方法


[0001]本专利技术涉及土壤气相抽提的解耦控制
，特别涉及一种应用于土壤气相抽提设备的多变量解耦控制方法。

技术介绍

[0002]土壤蒸汽抽提，是通过负压将土壤中的气体进行抽取，将可挥发性有机污染物从土壤中分离的技术。抽提出的污染物溶度需要与空气混合后降低污染物浓度，达到安全标准后，才可进行后续处理。经典的PID控制策略是通过两个独立的闭环控制分别控制流量与浓度处于所需要的范围内。实际上，在引入空气混合的这一过程中，不仅会对浓度造成影响，也会对土壤蒸汽抽提的流量产生影响。独立的PID控制中并没有考虑到这一点，所以系统的稳定性、健壮性不足，容易出现振荡，阀门反复开关等不稳定状态。在某些情况下，可能无法达到稳态。
[0003]如何合理调整或控制土壤气相抽提装置中风机转速、空气阀门开度，成为了亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种应用于土壤气相抽提设备的多变量解耦控制方法，该方法可解决现有技术中独立PID控制不稳定、对浓度造成影响的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0006]本专利技术实施例提供一种应用于土壤气相抽提设备的多变量解耦控制方法，包括：
[0007]S1、在PID控制矩阵Gc(s)与过程模型矩阵G(s)之间增加一个解耦矩阵D(s)；
[0008]S2、通过所述解耦矩阵D(s)将风机转速控制量和阀门开度控制量计算修正分离，下发到设备作动器。
[0009]进一步地，步骤S1中过程模型矩阵G(s)为：
[0010][0011]其中，G
11
(s)表示管道内的流量传递函数，输入为风机的电机频率，输出为抽提井内的气体流量；G
22
(s)表示管道内污染物气体浓度的传递函数，输入为空气阀门开度，输出为混合后气体浓度；G
12
(s)表示抽提井流量对气体浓度的影响；G
21
(s)表示阀门开度对抽提井流量的影响。
[0012]进一步地，所述解耦矩阵D(s)为：
[0013][0014]其中，D
12
(s)和D
21
(s)为两个传递函数；D
12
(s)表示目标浓度控制器PIDGc2的输出对目标流量控制器PIDGc1输出的修正；D
21
(s)表示目标流量控制器PIDGc1对目标浓度控制器PIDGc2输出的修正。
[0015]进一步地，所述解耦矩阵D(s)中D
12
(s)和D
21
(s)通过如下公式计算得到：
[0016][0017][0018]根据D
12
(s)和D
21
(s)两个传递函数，修正控制矩阵Gc(s)。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0020]本专利技术实施例提供的一种应用于土壤气相抽提设备的多变量解耦控制方法，在PID控制矩阵Gc(s)与过程模型矩阵G(s)之间增加一个解耦矩阵D(s)；通过所述解耦矩阵D(s)将风机转速控制量和阀门开度控制量计算修正分离，下发到设备作动器。该方法可保持现有设备的结构不变，只需要对上位机进行处理，将原本的PID设备产生的控制值通过解耦矩阵计算修正，再下发到设备作动器，这样就可以在不改变设备结构的前提下实现解耦控制，降低PID的调参难度，同时增加系统稳定性和使用寿命。
[0021]而传统的PID控制由于存在耦合，参数整定困难，运行中容易出现相波动和不稳定的情况，反复开关的阀门与泵也会减少它们的使用寿命。比传统的PID独立控制，本方法考虑各环节之间的耦合，通过前馈矩阵实现解耦，控制目标可以实现独立控制，更容易整定参数，拥有更好的稳定性和抗干扰性。具体地，在PID的基础上设计解耦控制器，将浓度与流量的控制解耦独立，降低PID调参难度，增加系统的可控性、稳定性、健壮性，优化控制效果，增加运行平稳度。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例提供的应用于土壤气相抽提设备的多变量解耦控制方法流程图。
[0023]图2为相关技术中土壤抽提气体与新鲜空气混合的工艺流程图。
[0024]图3为本专利技术实施例提供的应用于土壤气相抽提设备的多变量解耦控制改进的工艺原理图。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。
[0026]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0027]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0028]本专利技术涉及土壤气相抽取工艺流程，在土壤气相抽提装置的工艺流程中，风机是整个系统的动力装置，为抽提系统提供负压。空气阀是为了防止污染物浓度过高造成危险，引入新鲜空气进行稀释。耦合主要是这两个部件之间发生。对于风机，控制流量，尽可能高效地抽提气体，风机转速越高，负压越大，流量越大。对于新鲜空气阀门，控制污染物浓度。打开阀门的同时会使设备的负压减少，造成抽提流量减少。
[0029]传统控制在根据流量和浓度反馈，分别设置PID控制器控制风机转速和阀门开度。为了解决耦合的问题，参照图1所示，本专利技术实施例提供一种应用于土壤气相抽提设备的多变量解耦控制方法，包括：
[0030]S1、在PID控制矩阵Gc(s)与过程模型矩阵G(s)之间增加一个解耦矩阵D(s)；
[0031]S2、通过所述解耦矩阵D(s)将风机转速控制量和阀门开度控制量计算修正分离，下发到设备作动器。
[0032]本实施例中，可以在PID控制矩阵Gc(s)与过程模型矩阵G(s)之间增加一个解耦矩阵D(s)。通过解耦矩阵D(s)将风机转速控制量和阀门开度控制量两个变量分离。
[0033]对于过程模型矩阵G(s)，可以将其拆分成4个传递函数，写成如下形式：
[0034][0035]其中，G
11
(s)表示管道内的流量传递函数，输入为风机的电机频率，输出为抽提井内的气体流量；G
22
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于土壤气相抽提设备的多变量解耦控制方法，其特征在于，包括：S1、在PID控制矩阵Gc(s)与过程模型矩阵G(s)之间增加一个解耦矩阵D(s)；S2、通过所述解耦矩阵D(s)将风机转速控制量和阀门开度控制量计算修正分离，下发到设备作动器。2.根据权利要求1所述的一种应用于土壤气相抽提设备的多变量解耦控制方法，其特征在于，步骤S1中过程模型矩阵G(s)为：其中，G
11
(s)表示管道内的流量传递函数，输入为风机的电机频率，输出为抽提井内的气体流量；G
22
(s)表示管道内污染物气体浓度的传递函数，输入为空气阀门开度，输出为混合后气体浓度；G
12
(s)表示抽提井流量对气体浓度的影响；G
21
(s)表示阀门开度对抽提井流量的影响。3.根据权利要求2所述的一种应用...

【专利技术属性】
技术研发人员：石岩，刁茁，杨丽曼，许少峰，王一轩，王娜，孙治博，牛燕霞，蔡茂林，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：