氣動盾形閘門協同控制系統糾偏研究

趙鵬飛，李義茂，李澤敏

（1.江河機電裝備工程有限公司，北京 100070；2.湖南江河機電自動化設備股份有限公司，湖南 長沙 410013）

氣動盾形閘門協同控制系統糾偏研究

趙鵬飛1，李義茂1，李澤敏2

（1.江河機電裝備工程有限公司，北京 100070；2.湖南江河機電自動化設備股份有限公司，湖南 長沙 410013）

隨著氣動盾形閘門在海綿城市建設、水環境治理工程中的廣泛應用，閘門開度同步糾偏控制愈來愈重要。通過對系統協同機理研究和實踐，氣動盾形閘門偏差的結果狀態得到了有效的控制。本文針對氣動盾形閘門系統全運動過程中的偏差問題，結合多項工程實際做了研究，使閘門在整個運動過程中都保持良好的一致性和平穩性，并將此研究結論運用在河南洛陽東湖270 m（長）×6 m（高）氣動盾形閘門系統上，取得了良好的應用效果。

協同控制系統；糾偏；過程狀態；結果狀態

1 引言

協同控制（Synergetic control）就是自組織過程，主要是指在一定邊界條件下由系統中所出現的某個（或某些）序參量運用正反饋作用對系統中各子系統產生支配和控制作用，從而使系統趨于協同的過程[1]。

氣動盾形閘門協同控制糾偏反映在整個閘門運動過程中，即過程狀態和結果狀態中，協同系統糾偏是實時的，考慮到外界因素、主增益及偏差增益在整個系統的聯系，為保證整個系統在兩種狀態下良好的反映，協同系統將作用于每路閘門的部分單獨作為子系統處理，協同系統將采集到的各路閘門位置信息，經過計算、處理，反饋給每個子系統。同時，閘門從起始位置到目標位置拆分為兩部分：

（1）閘門平均位置到達要求位置的信息；

（2）單個閘門偏移平均位置的信息。

反饋給每個子系統的數據信息分別作為子系統調整PID的入口參數，根據閘門偏移平均位置信息調節增益和激活或凍結PID，使整個系統反饋到閘門的各個位置上，都有良好的狀態。

2 氣動盾形閘門控制系統糾偏設計

2.1 閘門協同過程中位置的分解處理

每路閘門從當前位置到目標位置可以分解為所有閘門的平均位置到達目標位置與當前閘門到閘門平均位置之和，如圖1所示。

……；

閘門從平均位置到達要求位置通過PID（Hsp，Haverage，kp，kd，ki）計算完成，但在整個調節過程中，為了達到在目標位置周圍不引起過大的震蕩，只引入了比例、微分調節，ki置零處理；

其中：Hsp——設定高度；

Haverage——平均高度；

Hbias——偏差高度；

第n閘門偏離平均位置通過PID（Haverage，Hbiasn，kp，kd，ki）計算，同樣只引入比例、微分調節。

正常調節過程中，每個閘門系統的增益輸出為：

PID（totaln）=PID（Haverage，Hbiasn，kp，kd，ki）+PID（Haverage，Hbiasn，kp，kd，ki）

圖1 閘門動作方向分解合成圖

在調節過程中，通常bias糾偏增益系數會大于aevrage閘門主進方向增益。

2.2 協同系統糾偏

在調節過程中，在某個當前起始位置，如當前位置有偏差，那么時間增益如圖2所示：

圖2 主進與糾偏增益圖

當閘門間的偏差較大時，必然會引起|blas_■→n|增大PID（Hbias_n）。此時，當PID（Hbias）＞k（常數）時，將PID（Haverage）凍結，即短暫的停掉主進，使系統完全處理糾偏；當調節接近平均位置時，PID（Hbias）會減小，當PID（Hbias）等于或小于k常數時，主進PID（Haverage）被激活，此時系統默認為整個過程中一個新的起始狀態。

如此，反復持續上述計算及動作，直至達到需要PID（Hbias）目標的狀態，如圖3所示。

圖3 主進與增益再次激活增益圖

2.3 協同系統子系統處理

協同系統為了閘門間的起升獨立性、抗干擾能力強、及避免模塊的重復與累贅，將作用于每扇閘門的部分，單獨作為子系統處理。

協同系統的外界變量通過總系統采樣后，計算出來的閘門平均位置Haverage與閘門偏移平均位置的偏差Hbias分別反饋到相應的子系統n，子系統在每個調節周期內單獨作用于相應的閘門，以保證同組閘門開度偏差在設定范圍內，即同步（圖4）。

圖4 信息交互圖

3 結論

氣動盾形閘門協同控制系統在閘門運行過程中進行實時糾偏處理，提高了每個閘門運動過程的同步性和平穩性。在洛陽東湖項目上的實際應用，充分驗證了每個閘門之間運動的同步性和平穩性。隨著氣動盾形閘門國產化的廣泛應用，優化設計后的智能協同控制系統在故障診斷、報警、歷史數據查詢等方面做了改進，該系統將為類似工程的安全運行提供可靠的技術保障，并為推動氣動盾形閘門系統在我國的運用打下堅實的基礎。

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TV663

A

1672-5387（2017）01-0025-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.01.007

2016-12-06

趙鵬飛（1964-），男，高級工程師，從事水電站生產管理工作。