基于灰色预测PID的煤层气输送管路监控系统..doc

基于灰色预测PID的煤层气输送管路监控系统 乔守全1 翟晓华1 杨淑敏2 （1.晋中学院机械学院，山西 晋中 0306002.北方自动控制研究所,山西 太原 030006） 摘要：关键词： 中图分类号：Tonitored Control System of Transporting Coal Bed Gas Pipeline Based on Grey prediction PID Algorithm Qiao Shouquan 1 Zhai Xiaohua 1 Yang Shumin2 (1.College of Mechanical Engineering， Jinzhong School， Jinzhong，Shanxi 030600 2. Taiyuan, Shanxi 030006 China) Abstract: A design plan of monitored control system of transporting coal bed gas pipeline is provided in the paper. The monitoring and controlling of pipeline pressure and flow is achieved by PLC and operator station. Owing to long pipeline has time-delay and gas has the feature of compressibility, the grey prediction PID algorithm is used for meet the require of pressure and flow control accuracy at gas supply point through construct grey prediction module with the information provided by the sensor along with the pipeline. The simulation experiment shows that this method has the advantage of fast response and good robustness. Keyword: Coal bed gas，onitored control system，，algorithm，Prediction model 0 引言速率为13.4 – 27bit/s，下载速率为40 – 54bit/s 模拟量输入模块 EM231 4路AI,12位精度 模拟量输出模块 EM232 2路AO，12位精度 防爆空气压缩机 D-1.3/(50-70)-250 5500立方米/小时 气体流量计 SMITH3012G 0~7000立方米/小时，1％FS，4-20mA输出 压力计 HAD 4442 0~20兆帕，0.5％FS，4-20mA输出 2 灰色预测PID控制系统原理 煤层气长距离输送系统工作过程中，内部气体压力与及之间具有非线性、时变性、滞后性等特点建立起它们的精确数学模型，传统的PID控制方法获得满意的效果。 （1） 式（1）中，，为维矩阵，为维矩阵，。包括了参数不确定与外部干扰的情况，可将其描述为： （2） 式中，， 若及均为慢时间变量，则可将其作为常量，可以通过辨识的方法获得其值，从而推导出与之间的关系。 为提升控制性能，消除不确定部分对于控制的影响，在控制器工作初始阶段，先利用灰色估计器给出不确定部分模型参数的粗略估计，然后再对进行补偿。这种灰色估计不需要连续实时地进行，因此系统的计算量大为减少，避免了实时辨识中的数据发散问题。 本系统采用GM（1,1）模型实现预测功能。该模型利用被控对象实际输出值进行预测，通过辨识发展系数对较短时间内的输气管路送气点压力值、流量值的变化趋势进行超前预测。 假设通过测试所获得的原始输入输出数据分别为： （3） （4） 经一次累加运算生可以有效减少随机干扰的影响，所生成的序列为,记为： （5） （6） 利用上述累加生成数据列，可以建立灰色预测方程如下： （7） 其中