天然气管道基于状态空间模型的控制方法研究

发布时间：2020-05-27 05:49

【摘要】：天然气长输管道属于大时滞、非线性系统,其运行控制异常复杂。PID控制是目前输气管道自动控制的基础和核心,对于输气管道有重要意义,为了充分应用现有PID控制器,对天然气管道采用副回路为PID控制器的串级控制,寻找并维持管道的最优工况。简单管道作为长输管道的一部分,其实时在线控制研究也非常重要。本文对简单管道采用主回路为输出反馈二次型控制器、副回路为PID控制器的串级控制,并用遗传算法优化二次型调节器加权矩阵,求解得到反馈增益系数构成简单管道的闭合回路。得到了压缩机的调节规律,实现管道实时在线控制。借鉴大系统控制器的设计方法,建立天然气管道非线性互联的分布式控制系统模型。把系统拆分成多个子管段,子管段的连接设备压缩机的非理想特性用扇区约束描述。对得到的模型应用LMI工具箱进行求解,得到系统的稳定性分析结果和分布式控制器设计结果,为确定天然气长输管道实时在线控制方案奠定了理论基础。
【图文】：

upervisory Control and Data Acquisition，监控和数据采集系统）系统智能化术的研究上投入了大量资金。虽然输气计划优化软件已经在美国和欧洲到成功应用[2][3]，较好地节约了管道运营的燃料和功率消耗，但仍无法平稳、高效控制的问题。我国上世纪 90 年代后新建的管道 SCADA 系统与管道同时投产[4]。ADA 系统可实时获取管道沿线压力、温度、密度和流量等状态，包括压缩的状态也可精确获得，并且能够远程直接控制设备的执行。SCADA 系统运行的核心，通过制定与下达调控指令实现对输气管道全线的控制。调过不断验证和修正控制参数，最终制订出安全可行的运行方案和操作策 1.1 所示。这种依靠操作人员工作经验的半自动化方法在管道技术的应用善，其在管道系统运行中利用率较低。天然气管道市场是千变万化的，适时的调整管道控制指令，从而改变管道工况，实现天然气管道安全、稳的运行。因此，急需补充优化 SCADA 控制系统控制策略的软件，辅助制操作决策，确定管道系统最佳工况。

第2 章 天然气管道系统状态空间模型方程组（2.10）很难求得时域解析解，因此采用泰勒展开得到简化的传递函数，，取不同的近似可以得到不同的结果，对一长度是 35km 的刚性等直径天然气管道，直径为 800mm，稳态进口压力和流量分别是 5.5MPa、100m3/s，采用 Bode 分析不同的近似结果。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE973

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本文编号：2683060