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一种核电应急柴油机调速执行器位置控制方法及其系统

申请号 CN202311735579.1 申请日 2023-12-14 公开(公告)号 CN117803488A 公开(公告)日 2024-04-02
申请人 阳江核电有限公司; 中国船舶集团有限公司第七一一研究所; 发明人 张金柱; 王昌庆; 初向南; 杨永文; 汪冰吉; 穆峻峰; 丁景; 刘佳; 郭永伟; 彭琛; 王小军; 邱毓; 白宇星; 高瑞喜; 周柏均; 胡金来; 蔡章英;
摘要 本 发明 涉及一种核电应急柴油机调速执行器 位置 控制方法及其系统。该方法包括位置闭环控制步骤:S11、确定目标 齿条 位置,并获取调速执行器的反馈 电流 信号 和实际齿条位置。S12、将实际齿条位置和目标齿条位置作为第二 输入信号 经位置PID 控制器 进行处理,得到目标电流信号。S13、将反馈电流信号和目标电流信号作为第三输入信号经电流PID控制器进行处理,得到目标PWM信号。S14、根据目标PWM信号驱动调速执行器的线圈拉动齿条到目标齿条位置,从而控制 发动机 达到目标转速。本发明基于多个PID控制 算法 实现对齿条位置的闭环控制,能够提高控制系统对 发动机转速 闭环控制的瞬态稳态调节能 力 ,进而提高柴油机调速控制系统的 稳定性 、可靠性。
权利要求

1.一种核电应急柴油机调速执行器位置控制方法,应用于包括调速执行器的核电应急柴油机调速执行器位置控制系统,所述调速执行器通过拉动齿条位置以调节进油量从而控制发动机的转速,其特征在于,包括位置闭环控制步骤:
S11、确定目标齿条位置,并获取所述调速执行器的反馈电流信号和实际齿条位置;
S12、将所述实际齿条位置和所述目标齿条位置作为第二输入信号经位置PID控制器进行处理,得到目标电流信号;
S13、将所述反馈电流信号和所述目标电流信号作为第三输入信号经电流PID控制器进行处理,得到目标PWM信号;
S14、根据所述目标PWM信号驱动所述调速执行器的线圈拉动齿条到所述目标齿条位置,从而控制发动机达到目标转速。
2.根据权利要求1所述的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法,其特征在于,在步骤S11之前还包括步骤:
S101、确定发动机的目标转速,并获取所述发动机的实际转速;
S102、将所述实际转速和所述目标转速作为第一输入信号经转速PID控制器进行处理,得到目标齿条位置。
3.根据权利要求1所述的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法,其特征在于,步骤S12包括:
S121、将所述实际齿条位置和所述目标齿条位置作为第二输入信号经位置PID控制器进行处理,得到修正目标电流信号;
S122、根据所述目标齿条位置从预存的位置开环曲线中查找得到前馈目标电流信号,并根据所述前馈目标电流信号和所述修正目标电流信号得到所述目标PWM信号;
其中,所述位置开环曲线为在预设静态环境下通过标定得到的所述目标齿条位置与所述前馈目标电流信号的对应关系。
4.根据权利要求3所述的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法,其特征在于,在所述根据所述前馈目标电流信号和所述修正目标电流信号得到所述目标PWM信号的步骤中,包括:
将所述前馈目标电流信号与所述修正目标电流信号作为第四输入信号经位置修正器进行处理,得到目标电流信号。
5.根据权利要求1所述的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法,其特征在于,步骤S13包括:
S131、将所述反馈电流信号和所述目标电流信号作为第三输入信号经电流PID控制器进行处理,得到修正目标PWM信号;
S132、根据所述目标电流信号从预存的电流开环曲线中查找得到前馈目标PWM信号;并根据所述前馈目标PWM信号和所述修正目标PWM信号得到所述目标PWM信号;
其中,所述电流开环曲线为在预设静态环境下通过标定得到的所述目标电流信号与所述前馈目标PWM信号的对应关系。
6.根据权利要求5所述的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法,其特征在于,在所述根据所述前馈目标PWM信号和所述修正目标PWM信号得到所述目标PWM信号的步骤中,包括:
将所述前馈目标PWM信号与所述修正目标PWM信号作为第五输入信号经电流修正器进行处理,得到所述目标PWM信号。
7.根据权利要求1所述的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法,所述核电应急柴油机调速执行器位置控制系统包括主控制器和备控制器,其特征在于,主控制器连接并驱动所述调速执行器的第一线圈,备控制器连接并驱动所述调速执行器的第二线圈;
步骤S12还包括:
S1201、主控制器将所述实际齿条位置和所述目标齿条位置作为第二输入信号经位置PID控制器进行处理,得到目标电流信号;
S1202、主控制器判断备控制器的控制状态是否正常;
S1203、若是,则主控制器将所述目标电流信号发送给备控制器,以使主控制器和备控制器分别驱动第一线圈和第二线圈共同拉动齿条。
8.根据权利要求1所述的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法,其特征在于,该方法还包括卡滞监测步骤:
将获取到的所述线圈的反馈电流信号和所述实际齿条位置与预存的第三对应关系进行比对,判断其偏差是否在预设范围内;若否,则判定所述调速执行器出现卡滞;其中,所述第三对应关系为在预设静态环境下标定得到的反馈电流信号与所述调速执行器拉动的实际齿条位置的对应关系。
9.根据权利要求1所述的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法,其特征在于,该方法还包括自检步骤:
根据接收到的用户输入的自检指令控制所述调速执行器动作以使其在预设时间拉动齿条达到自检目标齿条位置,当所获取到的实际齿条位置与自检目标齿条位置的偏差超过预设偏差范围时,则进行报警提醒;此时,发动机处于不启动状态,为所述调速执行器提供动的滑油预供处于启动状态。
10.一种核电应急柴油机调速执行器位置控制系统,包括存储器、控制器以及与所述控制器连接的调速执行器,其特征在于,所述存储器中存储有计算机程序,所述控制器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序,执行如权利要求1至9任一项所述的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法的步骤。

说明书全文

一种核电应急柴油机调速执行器位置控制方法及其系统

技术领域

[0001] 本发明涉及核电柴油机技术领域,尤其涉及一种核电应急柴油机调速执行器位置控制方法及其系统。

背景技术

[0002] 核电应急柴油机为核电厂的应急发电机组的原动机,在核电站的厂用电源发生故障时(也即在市电和自发电都无法工作的情况下),提供应急电源以确保安全停堆和防止关键设备损坏,从而确保反应堆冷却系统和关键设备的完整性。而调速控制器是核电应急柴油发电机组的核心控制部件,是核安全的重要仪控设备。因起到核应急相关功能,对可靠性要求较高,且原机ECS控制系统长期依赖进口,随着电子控制技术的快速发展,需在产品的设计思路和控制集成度方面进行改进提升。
[0003] 根据达朗贝尔原理可知,柴油机稳定运行的基本条件是输出扭矩和柴油机负载扭矩平衡,其中柴油机输出扭矩是喷油量的函数,调速系统的功能就是通过改变柴油机喷油量而建立柴油机输出扭矩和负载扭矩的平衡,进而稳定柴油机的转速。柴油机的速度特性是输出扭矩相对转速的变化关系较为平坦,适应性比较差,因此柴油机的转速受外界负荷的波动影响很大。当负荷增加使得转速下降,柴油机调速系统通过反馈控制增大输出,即增大喷油量,使转速上升恢复到设定转速,保证柴油机稳定运行。反应柴油机性能的主要运行指标,如调速性能、油耗、排放,在很大程度上都取决于调速技术的先进程度。
[0004] 目前在柴油机电子调速器技术上应用最为广泛的控制算法是转速‑位置双闭环的串级PID。转速‑位置环控制方法采集柴油机转速和执行器位移作为反馈信号,这种控制方法通过合理控制参数配置能够达到很好的稳态性能,但是为了达到满意的柴油机的瞬态调速性能通常使用分段PID,并且根据润滑油温和进气压对输出值进行修正才能勉强满足一级电站的性能指标,甚至模糊或者神经网络等控制算法,使得控制器的设计复杂,而且对设计人员的经验要求很高。另一种控制方法为转速‑电流双闭环,转速‑电流环控制方法采集柴油机转速和流经执行器的电流作为反馈信号进行控制,位置滞后于电流,显然转速‑电流环方法理论上较转速‑位置环更快速,事实证明转速‑电流环的瞬态性能非常好,即便是使用固定PID控制参数的控制方法也能轻松达到一级电站的瞬态性能指标,但是与此同时转速‑电流环的稳态性能非常差。因此,设计一种基于位置电流双闭环来实现转速闭环稳定控制的控制方法具有十分重要的意义。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题在于,提供一种核电应急柴油机调速执行器位置控制方法及其系统。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种核电应急柴油机调速执行器位置控制方法,应用于包括调速执行器的核电应急柴油机调速执行器位置控制系统,所述调速执行器通过拉动齿条位置以调节进油量从而控制发动机的转速,包括位置闭环控制步骤:
[0007] S11、确定目标齿条位置,并获取所述调速执行器的反馈电流信号和实际齿条位置;
[0008] S12、将所述实际齿条位置和所述目标齿条位置作为第二输入信号经位置PID控制器进行处理,得到目标电流信号;
[0009] S13、将所述反馈电流信号和所述目标电流信号作为第三输入信号经电流PID控制器进行处理,得到目标PWM信号;
[0010] S14、根据所述目标PWM信号驱动所述调速执行器的线圈拉动齿条到所述目标齿条位置,从而控制发动机达到目标转速。
[0011] 进一步,在本发明所述的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法中,在步骤S11之前还包括步骤:
[0012] S101、确定发动机的目标转速,并获取所述发动机的实际转速;
[0013] S102、将所述实际转速和所述目标转速作为第一输入信号经转速PID控制器进行处理,得到目标齿条位置。
[0014] 进一步,在本发明所述的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法中,步骤S12包括:
[0015] S121、将所述实际齿条位置和所述目标齿条位置作为第二输入信号经位置PID控制器进行处理,得到修正目标电流信号;
[0016] S122、根据所述目标齿条位置从预存的位置开环曲线中查找得到前馈目标电流信号,并根据所述前馈目标电流信号和所述修正目标电流信号得到所述目标PWM信号;
[0017] 其中,所述位置开环曲线为在预设静态环境下通过标定得到的所述目标齿条位置与所述前馈目标电流信号的对应关系。
[0018] 进一步,在本发明所述的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法中,在所述根据所述前馈目标电流信号和所述修正目标电流信号得到所述目标PWM信号的步骤中,包括:
[0019] 将所述前馈目标电流信号与所述修正目标电流信号作为第四输入信号经位置修正器进行处理,得到目标电流信号。
[0020] 进一步,在本发明所述的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法中,步骤S13包括:
[0021] S131、将所述反馈电流信号和所述目标电流信号作为第三输入信号经电流PID控制器进行处理,得到修正目标PWM信号;
[0022] S132、根据所述目标电流信号从预存的电流开环曲线中查找得到前馈目标PWM信号;并根据所述前馈目标PWM信号和所述修正目标PWM信号得到所述目标PWM信号;
[0023] 其中,所述电流开环曲线为在预设静态环境下通过标定得到的所述目标电流信号与所述前馈目标PWM信号的对应关系。
[0024] 进一步,在本发明所述的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法中,在所述根据所述前馈目标PWM信号和所述修正目标PWM信号得到所述目标PWM信号的步骤中,包括:
[0025] 将所述前馈目标PWM信号与所述修正目标PWM信号作为第五输入信号经电流修正器进行处理,得到所述目标PWM信号。
[0026] 进一步,在本发明所述的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法中,所述核电应急柴油机调速执行器位置控制系统包括主控制器和备控制器,主控制器连接并驱动所述调速执行器的第一线圈,备控制器连接并驱动所述调速执行器的第二线圈;
[0027] 步骤S12还包括:
[0028] S1201、主控制器将所述实际齿条位置和所述目标齿条位置作为第二输入信号经位置PID控制器进行处理,得到目标电流信号;
[0029] S1202、主控制器判断备控制器的控制状态是否正常;
[0030] S1203、若是,则主控制器将所述目标电流信号发送给备控制器,以使主控制器和备控制器分别驱动第一线圈和第二线圈共同拉动齿条。
[0031] 进一步,在本发明所述的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法中,该方法还包括卡滞监测步骤:
[0032] 将获取到的所述线圈的反馈电流信号和所述实际齿条位置与预存的第三对应关系进行比对,判断其偏差是否在预设范围内;若否,则判定所述调速执行器出现卡滞;其中,所述第三对应关系为在预设静态环境下标定得到的反馈电流信号与所述调速执行器拉动的实际齿条位置的对应关系。
[0033] 进一步,在本发明所述的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法中,该方法还包括自检步骤:
[0034] 根据接收到的用户输入的自检指令控制所述调速执行器动作以使其在预设时间拉动齿条达到自检目标齿条位置,当所获取到的实际齿条位置与自检目标齿条位置的偏差超过预设偏差范围时,则进行报警提醒;此时,发动机处于不启动状态,为所述调速执行器提供动力的滑油预供处于启动状态。
[0035] 另外,本发明还提供一种核电应急柴油机调速执行器位置控制系统,包括存储器、控制器以及与所述控制器连接的调速执行器,所述存储器中存储有计算机程序,所述控制器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序,执行如上述的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法的步骤。
[0036] 实施本发明的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法及其系统,具有以下有益效果:本发明基于多个PID控制算法实现对齿条位置的闭环控制进而实现对柴油发动机的转速闭环控制,提高控制系统对发动机转速闭环控制的瞬态稳态调节能力,进而提高柴油机调速控制系统的稳定性、可靠性。附图说明
[0037] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
[0038] 图1是本发明实施例提供的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法的流程图
[0039] 图2是本发明实施例提供的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法的流程图;
[0040] 图3是本发明实施例提供的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法的流程图;
[0041] 图4是本发明实施例提供的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法的流程图;
[0042] 图5是本发明实施例提供的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法的工作原理示意图;
[0043] 图6是本发明实施例提供的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法的工作原理示意图;
[0044] 图7是本发明实施例提供的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法的工作原理示意图;
[0045] 图8是本发明实施例提供的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法的流程图;
[0046] 图9是本发明实施例提供的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法的流程图;
[0047] 图10是本发明实施例提供的核电应急柴油机调速执行器位置控制系统的结构示意图。

具体实施方式

[0048] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
[0049] 以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节,以便透彻理解本发明实施例。然而,本领域的技术人员应当清楚,在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中,省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明,以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
[0050] 在一个优选实施例中,参考图1,本实施例的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法,应用于包括调速执行器的核电应急柴油机调速执行器位置控制系统,调速执行器通过拉动齿条位置以调节进油量从而控制发动机的转速,该方法包括位置闭环控制步骤:
[0051] S11、确定目标齿条位置,并获取调速执行器的反馈电流信号和实际齿条位置。
[0052] S12、将实际齿条位置和目标齿条位置作为第二输入信号经位置PID控制器进行处理,得到目标电流信号。
[0053] S13、将反馈电流信号和目标电流信号作为第三输入信号经电流PID控制器进行处理,得到目标PWM信号。
[0054] S14、根据目标PWM信号驱动调速执行器的线圈拉动齿条到目标齿条位置,从而控制发动机达到目标转速。
[0055] 本实施例基于多个PID控制算法实现对齿条位置的闭环控制进而实现对柴油发动机的转速闭环控制,提高控制系统对发动机转速闭环控制的瞬态稳态调节能力,进而提高柴油机调速控制系统的稳定性、可靠性。
[0056] 作为选择,在一些实施例中,参考图2和图6,本实施例在步骤S11之前还包括步骤:
[0057] S101、确定发动机的目标转速,并获取发动机的实际转速。
[0058] S102、将实际转速和目标转速作为第一输入信号经转速PID控制器进行处理,得到目标齿条位置。
[0059] 本实施例中,通过转速PID控制器对发动机的实际转速和目标转速进行处理,从而得到目标齿条位置。
[0060] 具体地,参考图3,步骤S12包括:
[0061] S121、将实际齿条位置和目标齿条位置作为第二输入信号经位置PID控制器进行处理,得到修正目标电流信号。
[0062] S122、根据目标齿条位置从预存的位置开环曲线中查找得到前馈目标电流信号,并根据前馈目标电流信号和修正目标电流信号得到目标PWM信号。
[0063] 其中,位置开环曲线为在预设静态环境下通过标定得到的目标齿条位置与前馈目标电流信号的对应关系。
[0064] 具体地,在根据前馈目标电流信号和修正目标电流信号得到目标PWM信号的步骤中,包括:
[0065] 将前馈目标电流信号与修正目标电流信号作为第四输入信号经位置修正器进行处理,得到目标电流信号。
[0066] 需要说明的是,本发明中的修正器包括位置修正器和电流修正器,主要用于分别对位置信号和电流信号进行修正。修正器可以是相加器、相乘器或者两者的组合等,需要根据具体分析进行配置。
[0067] 基于上述实施例,参考图4,步骤S13包括:
[0068] S131、将反馈电流信号和目标电流信号作为第三输入信号经电流PID控制器进行处理,得到修正目标PWM信号。
[0069] S132、根据目标电流信号从预存的电流开环曲线中查找得到前馈目标PWM信号。并根据前馈目标PWM信号和修正目标PWM信号得到目标PWM信号。
[0070] 其中,电流开环曲线为在预设静态环境下通过标定得到的目标电流信号与前馈目标PWM信号的对应关系。
[0071] 具体地,在根据前馈目标PWM信号和修正目标PWM信号得到目标PWM信号的步骤中,包括:
[0072] 将前馈目标PWM信号与修正目标PWM信号作为第五输入信号经电流修正器进行处理,得到目标PWM信号。
[0073] 需要说明的是,本发明中的开环曲线包括但不限于在预设静态环境或者说预设静态条件下通过标定得到的两个参数之间的对应关系表、标定曲线等。
[0074] 如图5及图6所示,为本发明的工作原理示意图,本发明的工作原理为:本发明的转速闭环控制具体包括位置闭环控制和电流闭环控制:
[0075] (1)位置闭环控制:采用前馈控制和闭环修正相结合的方式进行位置控制;前馈控制为根据目标位置查位置开环曲线(也即标定曲线)计算目标电流,闭环修正为根据实际位置和目标位置的偏差,采用基本PID算法计算修正目标电流,目标电流设置有最大最小值范围。
[0076] (2)电流闭环控制:同理,采用前馈控制和闭环修正相结合的方式控制实际电流;前馈控制为根据目标电流查电流开环曲线计算目标占空比(也即目标PWM信号),闭环修正为根据目标电流和实际电流偏差,采用基本PID算法计算修正目标占空比。
[0077] 需要说明的是,可以通过标定软件对基本PID控制参数、积分限制、占空比限制等进行标定,执行器PWM控制信号的占空比可根据标定参数配置也即通过标定测试给定。
[0078] 优选地,本发明的控制方法中,还可以为每个PID控制器的比例项、积分项、微分项的输出设置预定范围,当PID控制器的比例项、积分项、微分项的输出超出预定范围时,则冻结积分项,此时积分项将保持其输出不再变化,以控制并保证其精准度。
[0079] 本实施例中,通过基于多个PID控制算法实现对齿条位置的闭环控制进而实现对柴油发动机的转速闭环控制,提高控制系统对发动机转速闭环控制的瞬态稳态调节能力,进而提高柴油机调速控制系统的稳定性、可靠性。
[0080] 在一个具体实施方式中,参考图7,核电应急柴油机调速执行器位置控制系统包括主控制器和备控制器,主控制器连接并驱动调速执行器的第一线圈,备控制器连接并驱动调速执行器的第二线圈。
[0081] 主控制器包括转速PID控制器、位置PID控制器、电流PID控制器、位置修正器和电流修正器,同理,备控制器在结构上也与主控制器相同,由于在正常情况下,主控制器为主控制器,具有对调速执行器的完全控制权限,备控制器为备控制器,因此,在主控制器具有对调速执行器的控制权时,备控制器不做位置闭环控制,而是直接从主控制器获取目标电流信号,对第二线圈进行电流闭环控制。
[0082] 具体地,参考图8,步骤S12还包括:
[0083] S1201、主控制器将实际齿条位置和目标齿条位置作为第二输入信号经位置PID控制器进行处理,得到目标电流信号。
[0084] S1202、主控制器判断备控制器的控制状态是否正常。
[0085] S1203、若是,则主控制器将目标电流信号发送给备控制器,以使主控制器和备控制器分别驱动第一线圈和第二线圈共同拉动齿条。
[0086] 也就是说,主控制器判断备控制器的控制状态是否正常;若是,则主控制器从位置开环曲线中查找得到前馈目标电流信号,并将前馈目标电流信号与修正目标电流信号相加得到目标电流信号,而且,主控制器将目标电流信号发送给备控制器;接着,主控制器和备控制器分别根据目标电流信号从预存的电流开环曲线中查找得到前馈目标PWM信号;然后,主控制器获取第一线圈的反馈电流信号,并将反馈电流信号和目标电流信号作为第三输入信号经电流PID控制器进行处理,得到修正目标PWM信号,再将前馈目标PWM信号和修正目标PWM信号进行修正处理,得到用于驱动第一线圈的目标PWM信号。同理,备控制器获取第二线圈的反馈电流信号,并将反馈电流信号和目标电流信号作为第三输入信号经电流PID控制器进行处理,得到修正目标PWM信号,再将前馈目标PWM信号和修正目标PWM信号进行修正处理得到用于驱动第二线圈的目标PWM信号。
[0087] 也就是说,主控制器和备控制器会分别得到一个目标PWM信号,使得第一线圈和第二线圈能够共同拉动齿条让齿条达到目标齿条位置。
[0088] 本实施例中,采用基于调速执行器输出轴位置反馈作为主控制器位置控制输入,进行位置闭环控制,然后主控制器计算的设定电流同步发送到备用控制作为其电流闭环的输入,也就是说,主控制器负责位置控制闭环,电流驱动输出由主和备控制器分别承担,这样可以保证线圈分担驱动输出,提高柴油机系统的可靠性。
[0089] 具体地,主控制器判断备控制器的控制状态的依据可以根据所获取的对方的PWM心跳信号进行判定,主控制器与备控制器分别根据当前的控制状态生成对应的PWM心跳信号。其中,控制状态包括断电/自检异常状态、主控制状态、备用状态、故障状态。可以预设至少四种不同占空比的PWM心跳信号对应控制器的断电状态、控制器自检异常状态、具有控制权状态、备用状态、故障状态中的至少四种。当然控制器的断电状态和控制器自检异常状态可以设定为同一种占空比的PWM心跳信号。当控制状态为断电/自检异常状态或故障状态时,则判定为异常。
[0090] 在一些实施例的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法中,该方法还包括卡滞监测步骤:
[0091] 将获取到的线圈的反馈电流信号和实际齿条位置与预存的第三对应关系进行比对,判断其偏差是否在预设范围内。若否,则判定调速执行器出现卡滞。其中,第三对应关系为在预设静态环境下标定得到的反馈电流信号与调速执行器拉动的实际齿条位置的对应关系。
[0092] 本实施例中,通过基于多个PID控制算法实现对齿条位置的闭环控制进而实现对柴油发动机的转速闭环控制,提高控制系统对发动机转速闭环控制的瞬态稳态调节能力,进而提高柴油机调速控制系统的稳定性、可靠性。
[0093] 在一些实施例的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法中,参考图9,主控制器和备控制器分别连接调速执行器,具有控制权的控制器控制调速执行器,该方法还包括冗余切换步骤:
[0094] S20、主控制器与备控制器分别根据当前的控制状态生成对应的PWM心跳信号。其中,控制状态包括断电/自检异常状态、主控制状态、备用状态、故障状态。需要说明的是,主控制器和备控制器也即主控制器和备控制器,可以通过配置开关量ID的方式来识别区分。
[0095] S21、获取对方的PWM心跳信号。
[0096] 可选地,可以预设至少四种不同占空比的PWM心跳信号对应控制器的断电状态、控制器自检异常状态、具有控制权状态、备用状态、故障状态中的至少四种。当然,控制器的断电状态和控制器自检异常状态可以设定为同一种占空比的PWM心跳信号。
[0097] 需要说明的是,故障状态包括但不限于输出错误的转速控制信号、输出错误或未输出调速执行器控制信号、采集到错误的调速执行器实际信号等。
[0098] 也就是说,主备控制器之间相互发送和接收PWM心跳信号。根据不同的控制状态,选择并生成不同占空比的PWM心跳信号,主、备控制器分别接收对方的心跳信号PWM占空比,按照占空比与状态的配置,也即与发送方预存相同的控制状态与PWM心跳信号的对应关系,从而获得对方的控制状态。
[0099] S22、在备控制器的控制状态为备用状态时,备控制器根据主控制器的PWM心跳信号,判断主控制器的控制状态是否由主控制状态变更为断电/自检异常状态或故障状态。
[0100] S23、若是,则备控制器将自身当前的控制状态由备用状态变更为主控制状态,且开启与调速执行器的控制信号输出通道,以获取调速执行器的控制权。
[0101] 可选地,当主控制器的控制状态由主控制状态变更为故障状态时,则主控制器关闭与调速执行器的控制信号输出通道,以使调速执行器的控制权转移。
[0102] 也就是说,当前不具有控制权的备控制器从控制状态与PWM心跳信号预存的对应关系中,判断当前具有控制权的主控制器的控制状态是否正常;若否,则在备控制器的控制状态为备用状态的情况下,进行调速执行器的控制权切换。
[0103] 具体地,主控制器连接调速执行器的第一线圈和第二线圈,备控制器连接调速执行器的第一线圈和第二线圈,控制状态为主控制状态的控制器控制第一线圈和第二线圈,步骤S23包括:
[0104] 当主控制器的控制状态由主控制状态变更为断电/自检异常状态或故障状态时,则备控制器将自身当前的控制状态由备用状态变更为主控制状态,且开启与第一线圈及第二线圈的控制信号输出通道,以获取调速执行器的控制权。
[0105] 进一步,可以预设多种故障状态对应不同占空比的PWM信号,那么,当主控制器的控制状态由主控制状态变更为故障状态时,若此时故障状态并非第一线圈的故障,则备控制器将自身当前的控制状态由备用状态变更为主控制状态,且开启与第一线圈及第二线圈的控制信号输出通道,若此时故障状态为第一线圈的故障,则备控制器可以只开启第二线圈的控制信号输出通道。反之亦然。
[0106] 优选地,如图10所示,主控制器通过第一驱动电路连接第一线圈,并通过备控制器连接第二线圈,相应地,备控制器通过第二驱动电路连接第二线圈,并通过主控制器连接第一线圈。一般地,核电柴油机的调速执行器需要第一线圈和第二线圈配合工作才能拉动齿条,具有控制权的主控制器计算的设定电流同步发送到备控制器作为其电流闭环的输入。也就是说,主控制器负责位置闭环控制,而调速执行器两个线圈的电流驱动输出则由主备控制器分别承担,从而可以保证线圈分担驱动输出,提高可靠性。
[0107] 需要说明的是,本实施例中,用于传输PWM心跳信号的通道与传输给调速执行器的控制信号所用的通道是分开的。
[0108] 本实施例中,进一步对发动机转速闭环控制设置了热冗余机制,能够在当具有控制权的主控制器也即主控制器或调速执行器等相关被控设备发生严重故障时,在不停机状态下或者说在线进行对柴油机系统尤其是调速执行器控制权的切换。
[0109] 作为选择,在上述实施例的基础上,该方法还包括:主控制器与备控制器同步采集被控设备的当前信号,以及根据当前信号基于预设逻辑算法进行同步计算,得到计算结果,而且,具有控制权的主控制器以备控制器的计算结果为依据进行校验。
[0110] 接收外部输入的切换指令,并根据切换指令进行控制权转移,而且,在维持预设时长后将控制权切换回来。也就是说,控制系统设有主备控制器的外部激活机制,当需要备用控制器接管控制权时,通过外部输入强制主控制器交出控制权,备用控制器接管;当主控制器故障切换到备用控制器后主控制器功能恢复后,通过取消外部强制切换输入可恢复主控制器的控制权。
[0111] 接收外部输入的第一停机指令或任一故障触发的第二停机指令,控制调速执行器拉动齿条使其位置归零。
[0112] 在一些实施例的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法中,该方法还包括自检步骤:
[0113] 根据接收到的用户输入的自检指令控制调速执行器动作以使其在预设时间拉动齿条达到自检目标齿条位置,当所获取到的实际齿条位置与自检目标齿条位置的偏差超过预设偏差范围时,则进行报警提醒;此时,发动机处于不启动状态,为调速执行器提供动力的滑油预供泵处于启动状态。
[0114] 也就是说,为了测试控制器的位置控制功能或者调速执行器是否正常时,可以在核电应急柴油机不工作情况下,控制器接收用户输入的自检指令,控制调速执行器动作,并判断调速执行器是否在预设时间达到自检目标位置,当齿条的实际位置与目标位置的偏差超过预设偏差范围时,则进行报警提醒。
[0115] 需要说明的是,在整个测试过程期间,滑油预供泵要处于打开状态,保证电液调速执行器有滑油进入,作为液压部分驱动动力。
[0116] 在另一优选实施例中,本实施例的核电应急柴油机调速执行器位置控制系统,包括存储器、控制器以及与控制器连接的调速执行器,存储器中存储有计算机程序,控制器通过调用存储器中存储的计算机程序,执行如上述的核电应急柴油机调速执行器位置控制方法的步骤。
[0117] 本实施例基于多个PID控制算法实现对齿条位置的闭环控制进而实现对柴油发动机的转速闭环控制,提高控制系统对发动机转速闭环控制的瞬态稳态调节能力,进而提高柴油机调速控制系统的稳定性、可靠性。
[0118] 专业人员还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0119] 结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模,或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD‑ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0120] 可以理解的,以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制;应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,可以对上述技术特点进行自由组合,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围;因此,凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰,均应属于本发明权利要求的涵盖范围。