一种控制回路性能实时监视装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了控制系统的性能评价技术领域，尤其涉及一种控制回路性能实时监视装置。本实用新型专利技术包括数据采集模块、预处理模块、实时趋势提取模块、实时状态判别模块、实时延迟估计模块、实时性能计算模块和实时监视模块；数据采集模块分别与预处理模块、实时趋势提取模块、实时延迟估计模块和实时性能计算模块连接；预处理模块和实时监视模块连接；实时趋势提取模块分别与实时状态判别模块和实时性能计算模块连接；实时状态判别模块和实时性能计算模块连接；实时延迟估计模块和实时性能计算模块连接；实时性能计算模块和实时监视模块连接。本实用新型专利技术实现了控制系统性能的实时监视，方便工程技术人员掌握控制系统的性能。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于控制系统的性能评价
，尤其涉及一种控制回路性能实时监视装置。技术背景当前我国单位GDP的能耗与污染物排放水平还明显高于发达国家。随着我国电力事业的发展，火电机组要承担更重要的节能减排责任。为此，除了购置先进的发电设备，还必须采取有效的措施来提高机组的运行水平，以保证机组的安全，经济，环保运行。不仅是电力行业，我国的整个工业系统都面临着节能减排、提高生产效率的重任，控制系统的实时性能监视(Real-time Control Performance Monitoring, RCPM)技术不失为一种经济有效地解决途径。同时，RCMP为提前预知系统性能的改变，预警系统故障，提升系统的性能提供了有效的平台。据统计，在当前很多工业控制器存在着性能差的问题，这个比例高达60%，同时随着生产规模的扩大，控制系统的回路数越来越多，单纯靠人来做维护检查不现实也不合理，而当控制系统的性能变差时，不仅产品的质量得不到保证、而且还会导致生产设备寿命的降低，严重的还可能产生意想不到的事故；另一方面，即便是在运行之初性能很好的控制器，随着使用时间的延长，控制器也会老化，控制性能会相应地降低；再者对于控制器潜在退化的原因是多方面的，首先就是当前的扰动和死区，以及系统的其他动态如不可逆的零点等，再就是控制器参数整定的不合适，还有设备的劳损、故障、控制系统的硬件失效等都会成为控制器性能退化的潜在原因。如果能够对控制系统的性能进行有效地监视，将大大提高其工作效率，降低生产成本，提高控制的有效性。对控制回路存在的问题提出早期的识别和诊断是控制系统性能评价与诊断的主要目的之一，对生产过程进行实时的监视，对现场的工程师提供有前瞻性的指导意见。而缺少必要的评价手段和评价方法，则只能是等问题出现后才能发现，如果我们能在早期做出诊断，那么，可以通过控制器参数的再整定，控制器参数硬件维护，应用新的可替代的控制算法，通过过程修正减少延迟或者消除部分扰动，应用前馈，改变操作变量等补救措施使系统的性能达到相应的要求。因此，控制器性能监视这一领域的相关研究倍受关注。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中提到现有控制系统的性能难以作出性能评价及缺少评价方法等不足，本技术提出了一种控制回路性能实时监视装置。本技术的技术方案是，一种控制回路性能实时监视装置，其特征是该装置包括数据采集模块、预处理模块、实时趋势提取模块、实时状态判别模块、实时延迟估计模块、实时性能计算模块和实时监视模块；所述数据采集模块分别与预处理模块、实时趋势提取模块、实时延迟估计模块和实时性能计算模块连接；预处理模块和实时监视模块连接；实时趋势提取模块分别与实时状态判别模块和实时性能计算模块连接；实时状态判别模块和实时性能计算模块连接；实时延迟估计模块和实时性能计算模块连接；实时性能计算模块和实时监视模块连接；所述实时趋势提取模块通过从实时数据采集模块读取数据，实时提取运行数据的趋势作为状态估计模块和实时性能计算模块的输入；所述实时状态判别模块以实时运行数据作为输入，计算系统当前的时延作为控制系统性能评价的输入用于计算系统的性能。本技术通过趋势提取后经过数据处理将误差分解，得到误差的随机性误差分量和确定性误差分量。通过误差的随机性分量计算系统随机性能指标，通过误差的确定性分量计算系统的确定性性能指标。本技术所述的控制系统系统性能实时监视技术路线清楚、方法实用，易于工程技术人员在实际中运用和实现。附图说明图I为实时性能监视；图2为实时数据趋势提取流程图；图3为延迟估计模块步骤；图4为性能评价步骤。具体实施方式以下结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本技术的范围及其应用。为实时监视控制回路的性能，以提升控制系统的控制水平，本技术提供了控制回路实时性能评价的整体方案和具体实现技术。实时性能监视RCPM的实现过程首先是通过实时提取运行数据的实时趋势进而判断系统的运行状态，同时通过实时数据计算系统当前的时间延迟。在延迟，趋势，状态已知的情况下选择合适的算法计算系统的随机性能指标与确定性性能指标。同时可以对经过预处理的实时数据进行方差分析，功率谱分析，标准差分析，自相关性分析，进而全面的监视系统的性能。本技术的流程如图I所示。包括数据采集模块、预处理模块、实时趋势提取模块、实时状态判别模块、实时延迟估计模块、实时性能计算模块和实时监视模块。其中实时趋势提取模块，通过从实时数据采集模块读取数据，实时提取运行数据的趋势作为状态估计模块和实时性能计算模块的输入；实时状态判别模块，以实时运行数据作为输入，计算系统当前的时延作为控制系统性能评价的输入用于计算系统的性能；实时性能计算模块，以数据采集模块的输出、实时延迟估计模块的输出、实时状态估计模块的输出作为输入计算控制系统的性能。具体的模块实现如下I、实时趋势提取模块本技术中实时趋势提取通过分段线性拟合的方式来实现。每一段的趋势用该段最优的线性模型上的点来表示。各段的趋势组合成总的趋势。其中线性分段标准是基于拟合误差平方和的平均数(SSE, Sum of Square Error)。具体的实施如下在当前时刻t，当前的线性模型用向量表示，记为印+取(0,夕。(0人(0,免(0]，对读入的值按照当前的线性模型得到的预测值j>( )为(j)(0 - j)0 {i)){te (i) -10 (/)) = (ye (i) - j)0 -10 (/))(I)其中tQ(i)为该段初始时刻；j)Q(/)为该段初始时刻的预测值；te(i)为该段末时刻；义(/)为该段末时刻的预测值。计算误差e(t) = y(t) - y(t)(2)其中e(t)为t时刻的误差；y(t)为t时刻的实际值。计算当前段的SSE指标SSE(i) = — V e(j)2(3) nj=m其中n 为数据个数，n = (t_tQ(i))/Ts ;Ts为采样时间。SSE与两者比较有三种情况1)SSE彡S1，模型不变；2) S1 < SSE ( S2是，将其时刻和值存入异常值组中；3) SSE > S2，进行模型更新，得到新模型后，SSE置零，异常值数组置空。得到了该段的线性模型，将时间带入即可得该段的运行数据的趋势。以此类推得到各段的趋势，再将各段的趋势组合得到总的趋势完成趋势提取。其实时趋势提取的总的实现如图2所示。2、实时状态判别模块提取了趋势后，通过当前段(第i段)和前一段(第i_l段)可以定义三个斜率「 ， /r_ (O-^e O-1)广？、k-U) C(z)_4(z _1)7 V0 (/) - V (/ -1) V0 (/) - V (/ -1)...剛(5)其中k为总斜率；kd为间断斜率；ks为本段斜率；ye(i - I)分别为第i_l段的预测值；te(i-l)为第i段的末时刻。通过包含了系统的运行状态信息三个斜率来做判断还需要选择门限值。门限值的选择通过选择斜率倾角来实现，斜率的倾角小于e，可认为是稳态，当其大于0d则认为是瞬变的，介于两者之间的则认为是渐变的。具体判别图2所示，通过不同的三个斜率值与符 号包含的状态信息组合来获得系统当前的运行状态为稳态，动态(正阶跃，负本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1 一种控制回路性能实时监视装置，其特征是该装置包括数据采集模块、预处理模块、实时趋势提取模块、实时状态判别模块、实时延迟估计模块、实时性能计算模块和实时监视模块； 所述数据采集模块分别与预处理模块、实时趋势提取模块、实时延迟估计模块和实时性能计算模块连接；预处理模块和实时监视模块连接；实时趋势提取模块分别与实时状态判别模块和实时性能计算模块连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘吉臻，孟庆伟，房方，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：实用新型
国别省市：