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专利名称：一种适用于氢氟化生产系统的控制算法、装置及系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202410645306.6

专利申请（专利权）人：中核第七研究设计院有限公司
权利人地址：山西省太原市山西转型综合改革示范区唐槐产业园马练营路311号

专利发明（设计）人：刘琛,李雷,史雨茹,寇丽,李国冀,李雪,郑芳,张瑜

专利摘要：本发明涉及铀纯化转化技术领域，公开了一种适用于铀氢氟化生产系统的控制方法、装置及系统，该方法能够根据铀氢氟化生产系统中具有相关性的控制量与被控量，获取特定时间段内的控制量样本数据和被控量样本数据，通过递推最小二乘法对控制量样本数据和被控量样本数据进行拟合，获取控制量与被控量之间的初始模型传递函数，根据铀氢氟化生产系统中控制量现场数据和被控量现场数据，获取目标传递函数和目标参数，对铀氢氟化生产系统的控制器参数进行修正。本发明提供的控制方法能够有效减少铀氢氟化生产系统执行机构的动作频次、幅度，实现铀氢氟化生产系统控制的优化。基于该控制方法的控制装置和铀氢氟化生产系统，其具有更高的自动化水平。

主权利要求：
1.一种适用于铀氢氟化生产系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
根据铀氢氟化生产系统中控制量与被控量的历史运行曲线，获取所述历史运行曲线在特定时间段内的控制量样本数据和被控量样本数据，其中，所述控制量包括反应器UO2进料电机转速变频开度和反应器HF进料电机转速变频开度，所述被控量包括反应器温度和反应器压力；
通过递推最小二乘法对所述控制量样本数据和被控量样本数据进行拟合，获取控制量与被控量之间的初始模型传递函数，其中，所述初始模型传递函数对应的传递函数曲线与所述历史运行曲线重合；
获取铀氢氟化生产系统中控制量现场数据和被控量现场数据，将所述控制量现场数据和被控量现场数据代入所述初始模型传递函数，获取目标传递函数以及对应的目标参数；
根据所述目标传递函数和目标参数，通过预设的控制器修正策略，对所述铀氢氟化生产系统的控制器参数进行修正；
所述通过递推最小二乘法对所述控制量样本数据和被控量样本数据进行拟合，获取控制量与被控量之间的初始模型传递函数，包括：通过递推最小二乘法对所述控制量样本数据和被控量样本数据进行拟合，获取拟合函数；
对拟合函数曲线进行采样获取第一采样点集合，对历史运行曲线进行采样获取第二采样点集合，判断所述第一采样点集合和第二采样点集合之间的对应采样点之间的距离是否小于预设距离；
若对应采样点之间的距离大于或等于预设距离，则所述拟合函数的精确度不符合要求，重复执行从所述通过递推最小二乘法对所述控制量样本数据和被控量样本数据进行拟合至所述判断所述第一采样点集合和第二采样点集合之间的对应采样点之间的距离是否小于预设距离的步骤，直至对应采样点之间的距离小于预设距离为止；
若对应采样点之间的距离小于预设距离，则所述拟合函数的精确度符合要求，将所述拟合函数确定为初始模型传递函数；
所述初始模型传递函数可表示为下列公式(1)：
其中，W(s)代表反应器温度或反应器压力模型传递函数，s为反应器UO2进料电机转速变频开度或反应器HF进料电机转速变频开度，K为系统增益，T为系统惯性时间常数，τ为纯延迟时间常数，n为惯性部分的阶次。
2.根据权利要求1所述的适用于铀氢氟化生产系统的控制方法，其特征在于，所述初始模型传递函数包括：反应器UO2进料电机转速变频开度与反应器温度之间的第一模型传递函数、反应器HF进料电机转速变频开度与反应器温度之间的第二模型传递函数、反应器UO2进料电机转速变频开度与反应器压力之间的第三模型传递函数及反应器HF进料电机转速变频开度与反应器压力之间的第四模型传递函数。
3.根据权利要求1所述的适用于铀氢氟化生产系统的控制方法，其特征在于，所述获取铀氢氟化生产系统中控制量现场数据和被控量现场数据，将所述控制量现场数据和被控量现场数据代入所述初始模型传递函数，获取目标传递函数以及对应的目标参数，包括：获取铀氢氟化生产系统中反应器UO2进料电机转速变频开度现场数据和反应器温度现场数据；
采用递推最小二乘法对所述反应器UO2进料电机转速变频开度现场数据和反应器温度现场数据进行拟合，解析出所述初始模型传递函数的目标参数，获取反应器UO2进料电机转速变频开度与反应器温度的目标传递函数以及对应的目标参数；
其中，所述反应器UO2进料电机转速变频开度与反应器温度的目标传递函数可表示为下列公式(2)：其中，G(s)为温度模型传递函数，s为反应器UO2进料电机转速变频开度变量。
4.根据权利要求3所述的适用于铀氢氟化生产系统的控制方法，其特征在于，所述控制器参数包括：比例带δ和积分时间Ti，所述根据所述目标传递函数和目标参数，通过预设的控制器修正策略，对所述铀氢氟化生产系统的控制器参数进行修正，包括：根据所述目标传递函数和目标参数，将比例带δ设定为：δ＝0.1039K(β+n1)，将积分时间设定为Ti＝0.6(nT+τ)+5；
其中， n1，β为中间变量；
获取所述比例带δ和积分时间Ti的设定值，根据所述设定值对所述铀氢氟化生产系统的控制器参数比例带δ和积分时间Ti进行修正。
5.一种适用于铀氢氟化生产系统的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：
控制量和被控制量样本数据获取模块，用于根据铀氢氟化生产系统中控制量与被控量的历史运行曲线，获取所述历史运行曲线在特定时间段内的控制量样本数据和被控量样本数据，其中，所述控制量包括反应器UO2进料电机转速变频开度和反应器HF进料电机转速变频开度，所述被控量包括反应器温度和反应器压力；
初始模型传递函数获取模块，与所述控制量和被控制量样本数据获取模块相连，用于通过递推最小二乘法对所述控制量样本数据和被控量样本数据进行拟合，获取控制量与被控量之间的初始模型传递函数，其中，所述初始模型传递函数对应的传递函数曲线与所述历史运行曲线重合；
目标参数获取模块，与所述初始模型传递函数获取模块相连，用于获取铀氢氟化生产系统中控制量现场数据和被控量现场数据，将所述控制量现场数据和被控量现场数据代入所述初始模型传递函数，获取目标传递函数以及对应的目标参数；
目标参数修正模块，与所述目标参数获取模块相连，用于根据所述目标传递函数和目标参数，通过预设的控制器修正策略，对所述铀氢氟化生产系统的控制器参数进行修正；
所述初始模型传递函数获取模块，包括：
拟合函数获取单元，用于通过递推最小二乘法对所述控制量样本数据和被控量样本数据进行拟合，获取拟合函数；
距离判定单元，与所述拟合函数获取单元相连，用于对拟合函数曲线进行采样获取第一采样点集合，对历史运行曲线进行采样获取第二采样点集合，判断所述第一采样点集合和第二采样点集合之间的对应采样点之间的距离是否小于预设距离；
循环执行单元，分别与所述拟合函数获取单元和距离判定单元相连，若对应采样点之间的距离大于或等于预设距离，则所述拟合函数的精确度不符合要求，重复执行从所述拟合函数获取单元至所述距离判定单元对应的步骤，直至对应采样点之间的距离小于预设距离为止；
初始模型传递函数获取单元，与所述距离判定单元相连，若对应采样点之间的距离小于预设距离，则所述拟合函数的精确度符合要求，将所述拟合函数确定为初始模型传递函数；其中，所述初始模型传递函数可表示为下列公式(1)：
其中，W(s)代表反应器温度或反应器压力模型传递函数，s为反应器UO2进料电机转速变频开度或反应器HF进料电机转速变频开度，K为系统增益，T为系统惯性时间常数，τ为纯延迟时间常数，n为惯性部分的阶次。
6.根据权利要求5所述的适用于铀氢氟化生产系统的控制装置，其特征在于，所述目标参数修正模块，包括：控制器参数设定值获取单元，用于根据所述目标传递函数和目标参数，将比例带δ设定为：δ＝0.1039K(β+n1)，将积分时间设定为Ti＝0.6(nT+τ)+5；
其中， n1，β为中间变量；
参数修正单元，与所述控制器参数设定值获取单元相连，用于获取所述比例带δ和积分时间Ti的设定值，根据所述设定值对铀氢氟化生产系统的控制器参数比例带δ和积分时间Ti进行修正。
7.一种铀氢氟化生产系统，其特征在于，所述系统包括权利要求5?6中任一项所述的适用于铀氢氟化生产系统的控制装置、反应器、控制器、DCS子系统；
其中，
所述控制器包括UO2进料控制器和HF进料控制器，所述反应器包括UO2进料电机和HF进料电机，所述UO2进料控制器和HF进料控制器分别与所述UO2进料电机和HF进料电机电连接；
所述控制装置与所述反应器电连接；
所述控制装置和所述DCS子系统分别通过手操器与所述控制器电连接，所述手操器可在所述控制装置和所述DCS子系统间自由切换，以使所述铀氢氟化生产系统选择性的投入所述控制装置控制或DCS子系统控制。 说明书 : 一种适用于氢氟化生产系统的控制算法、装置及系统技术领域[0001] 本公开涉及铀纯化转化技术领域，具体地，涉及一种适用于氢氟化生产系统的控制算法、装置及系统。背景技术[0002] 氢氟化生产是将UO2与HF进行化学反应生成UF4的过程。在实际生产过程中，进料量(生产负荷)、进料颗粒粒径、氟化氢进气压力、氟化氢进气温度等的变化，都会影响到反应器的运行状态，影响生产的平稳运行。[0003] 由于氢氟化系统存在的大滞后、强耦合、强非线性的特性以及常规控制手段的局限性，很多基础控制仍处于手动状态、复杂控制回路也不具备投运条件，需要操作人员频繁操作，操作劳动强度较大；一些关键工艺指标(比如尾气浓度)控制效果不理想，具有一定的优化空间；另外常规控制无法很好克服变量耦合带来的设备波动情况。[0004] 基于上述原因，需要发明一种适用于氢氟化生产系统的控制方法，用于减少执行机构的动作频次、幅度，并且提高氢氟化系统自动化水平。发明内容[0005] 为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种适用于铀氢氟化生产系统的控制算法、装置及一种铀氢氟化生产系统，利用该控制方法可以获取到铀氢氟化生产系统中控制量与被控量的目标模型传递函数和目标参数，利用目标模型传递函数和目标参数对控制器进行参数修正，可以使得铀氢氟化生产系统减少执行机构的动作频次、幅度，并且提高铀氢氟化生产系统的自动化水平。[0006] 根据本公开实施例的第一方面，提供一种适用于铀氢氟化生产系统的控制方法，所述方法包括：[0007] 根据铀氢氟化生产系统中控制量与被控量的历史运行曲线，获取所述历史运行曲线在特定时间段内的控制量样本数据和被控量样本数据，其中，所述控制量包括反应器UO2进料电机转速变频开度和反应器HF进料电机转速变频开度，所述被控量包括反应器温度和反应器压力；[0008] 通过递推最小二乘法对所述控制量样本数据和被控量样本数据进行拟合，获取控制量与被控量之间的初始模型传递函数，其中，所述初始模型传递函数对应的传递函数曲线与所述历史运行曲线重合；[0009] 获取铀氢氟化生产系统中控制量现场数据和被控量现场数据，将所述控制量现场数据和被控量现场数据代入所述初始模型传递函数，获取目标传递函数以及对应的目标参数；[0010] 根据所述目标传递函数和目标参数，通过预设的控制器修正策略，对所述铀氢氟化生产系统的控制器参数进行修正。[0011] 可选的，所述初始模型传递函数包括：反应器UO2进料电机转速变频开度与反应器温度之间的第一模型传递函数、反应器HF进料电机转速变频开度与反应器温度之间的第二模型传递函数、反应器UO2进料电机转速变频开度与反应器压力之间的第三模型传递函数及反应器HF进料电机转速变频开度与反应器压力之间的第四模型传递函数。[0012] 可选的，所述通过递推最小二乘法对所述控制量样本数据和被控量样本数据进行拟合，获取控制量与被控量之间的初始模型传递函数，包括：[0013] 通过递推最小二乘法对所述控制量样本数据和被控量样本数据进行拟合，获取拟合函数；[0014] 对拟合函数曲线进行采样获取第一采样点集合，对历史运行曲线进行采样获取第二采样点集合，判断所述第一采样点集合和第二采样点集合之间的对应采样点之间的距离是否小于预设距离；[0015] 若对应采样点之间的距离大于或等于预设距离，则所述拟合函数的精确度不符合要求，重复执行从所述通过递推最小二乘法对所述控制量样本数据和被控量样本数据进行拟合至所述判断所述第一采样点集合和第二采样点集合之间的对应采样点之间的距离是否小于预设距离的步骤，直至对应采样点之间的距离小于预设距离为止；[0016] 若对应采样点之间的距离小于预设距离，则所述拟合函数的精确度符合要求，将所述拟合函数确定为初始模型传递函数。[0017] 可选的，所述初始模型传递函数可表示为下列公式(1)：[0018][0019] 其中，W(s)代表反应器温度或反应器压力模型传递函数，s为反应器UO2进料电机转速变频开度或反应器HF进料电机转速变频开度，K为系统增益，T为系统惯性时间常数，τ为纯延迟时间常数，n为惯性部分的阶次。[0020] 可选的，所述获取铀氢氟化生产系统中控制量现场数据和被控量现场数据，将所述控制量现场数据和被控量现场数据代入所述初始模型传递函数，获取目标传递函数以及对应的目标参数，包括：[0021] 获取铀氢氟化生产系统中反应器UO2进料电机转速变频开度现场数据和反应器温度现场数据；[0022] 采用递推最小二乘法对所述反应器UO2进料电机转速变频开度现场数据和反应器温度现场数据进行拟合，解析出所述初始模型传递函数的目标参数，获取反应器UO2进料电机转速变频开度与反应器温度的目标传递函数以及对应的目标参数；[0023] 其中，所述反应器UO2进料电机转速变频开度与反应器温度的目标传递函数可表示为下列公式(2)：[0024][0025] 其中，G(s)为温度模型传递函数，s为反应器UO2进料电机转速变频开度变量。[0026] 可选的，所述控制器参数包括：比例带δ和积分时间Ti，所述根据所述目标传递函数和目标参数，通过预设的控制器修正策略，对所述铀氢氟化生产系统的控制器参数进行修正，包括：[0027] 根据所述目标传递函数和目标参数，将比例带δ设定为：δ＝0.1039K(β+n1)，将积分时间设定为Ti＝0.6(nT+τ)+5；[0028] 其中， n1，β为中间变量；[0029] 获取所述比例带δ和积分时间Ti的设定值，根据所述设定值对所述铀氢氟化生产系统的控制器参数比例带δ和积分时间Ti进行修正。[0030] 根据本公开实施例的第二方面，提供一种适用于铀氢氟化生产系统的控制装置，所述装置包括：[0031] 控制量和被控制量样本数据获取模块，用于根据铀氢氟化生产系统中控制量与被控量的历史运行曲线，获取所述历史运行曲线在特定时间段内的控制量样本数据和被控量样本数据，其中，所述控制量包括反应器UO2进料电机转速变频开度和反应器HF进料电机转速变频开度，所述被控量包括反应器温度和反应器压力；[0032] 初始模型传递函数获取模块，与所述控制量和被控制量样本数据获取模块相连，用于通过递推最小二乘法对所述控制量样本数据和被控量样本数据进行拟合，获取控制量与被控量之间的初始模型传递函数，其中，所述初始模型传递函数对应的传递函数曲线与所述历史运行曲线重合；[0033] 目标参数获取模块，与所述初始模型传递函数获取模块相连，用于获取铀氢氟化生产系统中控制量现场数据和被控量现场数据，将所述控制量现场数据和被控量现场数据代入所述初始模型传递函数，获取目标传递函数以及对应的目标参数；[0034] 目标参数修正模块，与所述目标参数获取模块相连，用于根据所述目标传递函数和目标参数，通过预设的控制器修正策略，对所述铀氢氟化生产系统的控制器参数进行修正。[0035] 可选的，所述初始模型传递函数获取模块，包括：[0036] 拟合函数获取单元，用于通过递推最小二乘法对所述控制量样本数据和被控量样本数据进行拟合，获取拟合函数；[0037] 距离判定单元，与所述拟合函数获取单元相连，用于对拟合函数曲线进行采样获取第一采样点集合，对历史运行曲线进行采样获取第二采样点集合，判断所述第一采样点集合和第二采样点集合之间的对应采样点之间的距离是否小于预设距离；[0038] 循环执行单元，分别与所述拟合函数获取单元和距离判定单元相连，若对应采样点之间的距离大于或等于预设距离，则所述拟合函数的精确度不符合要求，重复执行从所述拟合函数获取单元至所述距离判定单元对应的步骤，直至对应采样点之间的距离小于预设距离为止；[0039] 初始模型传递函数获取单元，与所述距离判定单元相连，若对应采样点之间的距离小于预设距离，则所述拟合函数的精确度符合要求，将所述拟合函数确定为初始模型传递函数。[0040] 可选的，所述目标参数修正模块，包括：[0041] 控制器参数设定值获取单元，用于根据所述目标传递函数和目标参数，将比例带δ设定为：δ＝0.1039K(β+n1)，将积分时间设定为Ti＝0.6(nT+τ)+5；[0042] 其中， n1，β为中间变量；[0043] 参数修正单元，与所述控制器参数设置单元相连，用于获取所述比例带δ和积分时间Ti的设定值，根据所述设定值对铀氢氟化生产系统的控制器参数比例带δ和积分时间Ti进行修正。[0044] 根据本公开实施例的第三方面，提供一种氢氟化生产系统，所述系统包括权利要求7?9中任一项所述的适用于铀氢氟化生产系统的控制装置、反应器、控制器、DCS子系统；其中，[0045] 所述控制器包括UO2进料控制器和HF进料控制器，所述反应器包括UO2进料电机和HF进料电机，所述UO2进料控制器和HF进料控制器分别与所述UO2进料电机和HF进料电机电连接；[0046] 所述控制装置与所述反应器电连接；[0047] 所述控制装置和所述DCS子系统分别通过手操器与所述控制器电连接，所述手操器可在所述控制装置和所述DCS子系统间自由切换，以使所述铀氢氟化生产系统选择性的投入所述控制装置控制或DCS子系统控制。[0048] 综上所述，本发明提供一种适用于铀氢氟化生产系统的控制方法、装置及一种氢氟化系统，本发明提供的控制算法，能获取铀氢氟化生产系统上控制量与被控量的历史样本数据，通过递推最小二乘法对获取的样本数据进行拟合，获得控制量与被控量之间的初始模型传递函数，再通过获取控制量与被控量的现场生产数据代入初始模型传递函数，获取目标传递函数以及对应的目标参数，根据目标传递函数及目标参数，对铀氢氟化生产系统的控制器参数进行修正，使得控制器对误差的响应程度和铀氢氟化生产系统的稳定性处于相对平衡状态，该控制方法利用了氢氟化系统存在的大滞后、强耦合、强非线性的特性，从而使得用该控制方法获取到的目标模型函数和目标参数对控制器参数进行修正，能够有效减少铀氢氟化系统执行机构的动作频次、幅度，实现氢氟化系统的优化控制。基于该先进控制算法的控制装置和氢氟化系统，其具有更高的自动化水平。基于该控制算法，本发明公开的实施例提供了一种用于执行该控制方法的控制装置及拥有该控制装置的铀氢氟化生产系统，该铀氢氟化生产系统具有更高的自动化水平。[0049] 本发明公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明[0050] 附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：[0051] 图1是根据一示例性实施例示出的一种适用于铀氢氟化生产系统的控制方法的流程图；[0052] 图2是根据一示例性实施例示出的一种适用于铀氢氟化生产系统的控制装置的框图；[0053] 图3是根据一示例性实施例示出的一种铀氢氟化生产系统的框图；[0054] 图4是根据一示例性实施例示出的一种初始模型传递函数获取模块的框图；[0055] 图5是根据一示例性实施例示出的一种目标参数获取模块的框图；[0056] 图6是根据一示例性实施例示出的一种目标参数修正模块的框图；[0057] 图7是根据一示例性实施例示出的在MATLAB仿真软件上反应器UO2进料与平均温度模型传递函数曲线图；[0058] 图8是根据一示例性实施例示出的在MATLAB仿真软件上平均温度模型传递函数与原始数据拟合曲线图；[0059] 图9是根据一示例性实施例示出的在MATLAB仿真软件上反应器UO2进料与平均温度模型输出响应(模型输出响应为反应器温度输出)曲线；[0060] 图10是根据一示例性实施例示出的在MATLAB仿真软件上反应器UO2进料与平均温度模型控制器输出响应(控制器输出响应为UO2进料电机转速变化)曲线。具体实施方式[0061] 以下结合附图对本发明公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。[0062] UO2和HF在反应器内反应，会有一个较佳的温度和压力范围。反应器的UO2和HF的进料量、进料颗粒粒径、氟化氢进气压力、氟化氢进气温度等的变化，都会影响到反应器的运行状态。UO2和HF在反应过程中也会产生热量，并且随着反应进度的加深，产生的热量也不同。反应产生的热量不是线性的，刚开始反应的时候产生的热量少，中间产生的多，反应快结束时产生的热量又减少，所以不能假定将反应器的UO2和HF进料电机设置成某个进料转速，就能使得反应器温度保持在范围内。想要将反应器的温度保持某个温度范围内，就不能在等到反应器温度超过或者低于范围值太多才对进料电机进行控制，如果此时再进行控制，已经是无法使反应器温度保持在范围内，并且这时进行控制，就需要加大控制的幅度，才能达到效果。因此需要有一个提前的预判量。可以理解的时，反应器内的压力控制也是同样的道理。反应器的UO2和HF进料电机受铀氢氟化生产系统控制器的控制，控制器的比例增益决定了控制器对误差的响应程度。较高的比例增益会使控制器对误差更敏感，产生更强的控制作用，从而更快地减小误差。然而，过高的比例增益可能导致系统不稳定或出现振荡。控制器的积分时间决定了控制器对误差的累积作用。积分项用于消除稳态误差，使系统逐渐趋于设定值。较长的积分时间会使控制器在消除误差时更缓慢，更注重系统的稳定性。较短的积分时间则会更快地消除误差，但可能会导致过调。[0063] 因此，需要合理的设置铀氢氟化生产系统控制器的比例增益和积分时间的值，使其能够对反应器内的温度和压力变化做出更优的响应策略，以使反应器内的温度和压力保持在预设的期望范围内。[0064] 图1是根据一示例性实施例示出的一种适用于铀氢氟化生产系统的控制方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：[0065] 在步骤101中，根据铀氢氟化生产系统中控制量与被控量的历史运行曲线，获取历史运行曲线在特定时间段内的控制量样本数据和被控量样本数据。[0066] 其中，控制量包括反应器UO2进料电机转速变频开度和反应器HF进料电机转速变频开度，被控量包括反应器温度和反应器压力。[0067] 具体的，铀氢氟化生产系统是一个耦合系统，UO2进料和HF进料均会对氢氟化反应器的温度和压力造成影响。UO2进料量和HF进料量与反应器UO2进料电机转速和反应器HF进料电机转速相关，UO2进料量等于反应器UO2进料电机转速与时间之乘积，HF进料量同理。而UO2进料电机转速和HF进料电机转速可以通过变频器加以控制，转速变频开度表示变频器输出的频率与额定频率之比，用来表示电机的实际运行转速相对于额定转速的相对开度。通过调节变频开度，可以实现对电机转速的精细调节。铀氢氟化生产系统记录整个铀氢氟化生产过程的所有历史运行数据，并绘制成各种曲线以供分析。借助铀氢氟化生产系统可以获取到反应器UO2进料电机转速变频开度和反应器HF进料电机转速变频开度和反应器温度和反应器压力在特定时间段内的样本数据。特定时间段表示反应器UO2进料电机和反应器HF进料电机处于工作状态下的时间段。在反应器内，即使关闭UO2进料电机和HF进料电机，反应器内仍然会有残余反应在发生，此时反应器内的温度和压力仍热会发生变化。因此，这个时间段不包含在特定时间段内。[0068] 在步骤102中，通过递推最小二乘法对控制量样本数据和被控量样本数据进行拟合，获取控制量与被控量之间的初始模型传递函数。[0069] 其中，初始模型传递函数对应的传递函数曲线与所述历史运行曲线重合。[0070] 具体的，初始模型传递函数包括：反应器UO2进料电机转速变频开度与反应器温度之间的第一模型传递函数、反应器HF进料电机转速变频开度与反应器温度之间的第二模型传递函数、反应器UO2进料电机转速变频开度与反应器压力之间的第三模型传递函数及反应器HF进料电机转速变频开度与反应器压力之间的第四模型传递函数。[0071] 传递函数是描述系统输入和输出之间关系的数学表示，通常用于表达系统对输入信号的响应。传递函数和模型之间的关系在于传递函数可以用来表示系统的动态特性，而模型则可以用来描述系统的整体行为。在控制系统中，可以通过传递函数来建立系统动态方程，进而设计控制器。传递函数和模型是描述系统行为的两种不同方式，二者之间的转换和应用可以更好地理解和分析系统的性能和特性。因此，在得到具有相关性的控制量与被控量基础上可以进一步地构建两者之间对应的模型传递函数，以便更好的表示系统的动态特性，并依据模型传递函数的参数来进行控制器的参数设置。[0072] 示例地，获取历史运行曲线在任意时间段的控制量样本数据和被控量样本数据后，通过递推最小二乘法拟合出该时间段内控制量和被控量之间的初始模型传递函数，且该初始模型传递函数与该时间段内的历史运行曲线重合。[0073] 基于上述控制量样本数据和被控量样本数据，该步骤102，包括：通过递推最小二乘法对控制量样本数据和被控量样本数据进行拟合，获取拟合函数。[0074] 对拟合函数曲线进行采样获取第一采样点集合，对历史运行曲线进行采样获取第二采样点集合，判断第一采样点集合和第二采样点集合之间的对应采样点之间的距离是否小于预设距离。[0075] 示例地，可以理解的是，通过递推最小二乘法进行拟合获取拟合函数后，理论上拟合函数与历史运行曲线的重合度应该越高越高，甚至得到重合(即获取初始模型传递函数)。因此，需要判断历史运行曲线与拟合函数曲线之间的重合度，本发明公开实施例中通过判断采样点集合之间距离的方式判断拟合曲线与历史运行曲线之间的重合度。[0076] 若对应采样点之间的距离大于或等于预设距离，则拟合函数的精确度不符合要求，重复执行从通过递推最小二乘法对控制量样本数据和被控量样本数据进行拟合至所述判断所述第一采样点集合和第二采样点集合之间的对应采样点之间的距离是否小于预设距离的步骤，直至对应采样点之间的距离小于预设距离为止。[0077] 示例地，若对应采样点之间的距离大于或等于预设距离，则拟合函数的精确度不符合要求，即拟合函数和历史运行曲线之间没有达到重合的标准，此时需要继续通过递推最小二乘法对控制量样本数据和被控量样本数据进行拟合，直至对应采样点之间的距离小于预设距离为止。[0078] 若对应采样点之间的距离小于预设距离，则拟合函数的精确度符合要求，将拟合函数确定为初始模型传递函数。[0079] 具体的，初始模型传递函数可表示为下列公式(1)：[0080][0081] 其中，W(s)代表反应器温度或反应器压力模型传递函数，s为反应器UO2进料电机转速变频开度或反应器HF进料电机转速变频开度，K为系统增益，T为系统惯性时间常数，τ为纯延迟时间常数，n为惯性部分的阶次。[0082] 在步骤103中，获取铀氢氟化生产系统中控制量现场数据和被控量现场数据，将控制量现场数据和被控量现场数据代入初始模型传递函数，获取目标传递函数以及对应的目标参数。[0083] 示例地，基于上述初始模型传递函数，该步骤103，包括：[0084] 获取铀氢氟化生产系统中反应器UO2进料电机转速变频开度现场数据和反应器温度现场数据。[0085] 采用递推最小二乘法对反应器UO2进料电机转速变频开度现场数据和反应器温度现场数据进行拟合，解析出初始模型传递函数的目标参数，获取反应器温度与反应器UO2进料电机转速变频开度的目标传递函数以及对应的目标参数。[0086] 其中，反应器温度与反应器UO2进料电机转速变频开度的目标传递函数可表示为下列公式(2)：[0087][0088] 其中，G(s)为温度模型传递函数，s为反应器UO2进料电机转速变频开度变量。[0089] 可以理解的是，可以采用同种手段，如从铀氢氟化生产系统中调取相应的现场生产数据，获取到反应器HF进料电机转速变频开度现场数据与反应器温度现场数据,及反应器UO2和HF进料电机转速变频开度现场数据与反应器压力的现场数据，采用递推最小二乘法对这些数据进行处理，都能最终获得对应的目标传递函数和目标参数。[0090] 如图7、图8所示，图7是根据一示例性实施例示出的在MATLAB仿真软件上反应器UO2进料与平均温度模型传递函数曲线图，图中横轴代表时间，纵轴代表幅值，位于图中上部的曲线代表反应器UO2进料电机转速频率开度曲线，位于图中下部的曲线代表反应器温度与反应器UO2进料电机转速频率开度的模型传递函数曲线。图8是根据一示例性实施例示出的在MATLAB仿真软件上平均温度模型传递函数与原始数据拟合曲线图，由图8可以看出，反应器温度与反应器UO2进料电机转速变频开度的传递函数曲线走势与氢氟化系统原始生产数据的温度曲线走势高度一致，二者的曲线在横轴上的差值小于预设距离。这里，预设距离为0至x，如果距离为0，则表示这两者的曲线变化走势完全同步，原始数据曲线在横轴上(也就是某个时间点)出现变化，如上涨或下跌，预测曲线也是在这个相同的位置出现相同的变化趋势。预设距离为x，表示容许的误差，x应越小越好。在本公开的示例性实施例中，预设距离为0至1。图7和图8结合可以看出，反应器UO2进料电机转速频率开度发生变化后，反应器温度随后也发生变化，但存在一定的滞后性。也就是说，反应器温度与反应器UO2进料电机转速频率开度存在着滞后性和耦合性，因此，可以利用其模型传递函数的参数来设置控制器的参数。[0091] 在步骤104中，根据目标传递函数和目标参数，通过预设的控制器修正策略，对铀氢氟化生产系统的控制器参数进行修正。[0092] 具体的，控制器参数包括：比例带δ和积分时间Ti，其中，比例带为比例增益的倒数。[0093] 示例地，基于上述目标传递函数和目标参数，该步骤104，包括：[0094] 根据所述目标传递函数和目标参数，将比例带δ设定为：δ＝0.1039K(β+n1)，将积分时间设定为Ti＝0.6(nT+τ)+5。[0095] 其中， n1，β为中间变量。[0096] 获取所述比例带δ和积分时间Ti的设定值，根据所述设定值对所述铀氢氟化生产系统的控制器参数比例带δ和积分时间Ti进行修正。[0097] 如图9、图10所示，图9是根据一示例性实施例示出的在MATLAB仿真软件上反应器UO2进料与平均温度模型输出响应(模型输出响应为反应器温度输出)曲线；图10是根据一示例性实施例示出的在MATLAB仿真软件上反应器UO2进料与平均温度模型控制器输出响应(控制器输出响应为UO2进料电机转速变化)曲线。从图9和图10可以看出，根据目标传递函数 和目标参数对先进控制参数δ和积分时间Ti进行设定，设定后的系统输出响应，即反应器温度曲线变化幅度相比原先的要低，变化次数比原先的少。设定后的控制器输出响应，即UO2进料电机转速变化曲线变化幅度也相比原先的要低，变化次数也比原先的少。[0098] 综上所述，本发明提供的适用于铀氢氟化生产系统的控制方法，其以氢氟化系统中反应器UO2进料电机转速变频开度和反应器HF进料电机转速变频开度为控制量，以反应器温度和反应器压力被控量，选取二者之间某一段时间内的历史数据，采用递推最小二乘法对控制量样本数据和被控量样本数据进行拟合，获取控制量与被控量之间的初始模型传递函数，进而代入被控量现场数据和控制量现场数据，获取目标传递函数以及对应的目标参数，根据目标传递函数和目标参数，对铀氢氟化生产系统的控制器参数进行修正。本发明提供的适用于铀氢氟化生产系统的控制方法，利用了氢氟化生产系统中反应器UO2进料电机转速变频开度和反应器HF进料电机转速变频开度与反应器温度和反应器压力存在滞后性和耦合性的特点，利用本方法得到的目标传递函数，能有效的反应出二者之间的动态关系，利用该目标传递函数和目标参数对控制器的参数进行修正，能使控制器对误差的响应和整个系统的稳定处于相对平衡状态，控制器对误差的响应适中，不会过度调控，能有效地减少铀氢氟化生产系统执行机构的动作频次、幅度，实现控制的优化。[0099] 图2是根据一示例性实施例示出的一种适用于铀氢氟化生产系统的控制装置的框图，如图2所示，该装置200包括：[0100] 控制量和被控制量样本数据获取模块210，用于根据铀氢氟化生产系统中控制量与被控量的历史运行曲线，获取历史运行曲线在任意时间段内的控制量样本数据和被控量样本数据，其中，控制量包括反应器UO2进料电机转速变频开度和反应器HF进料电机转速变频开度，被控量包括反应器温度和反应器压力；[0101] 初始模型传递函数获取模块220，与控制量和被控制量样本数据获取模块210相连，用于通过递推最小二乘法对控制量样本数据和被控量样本数据进行拟合，获取控制量与被控量之间的初始模型传递函数，其中，初始模型传递函数对应的传递函数曲线与历史运行曲线重合；[0102] 目标参数获取模块230，与初始模型传递函数获取模块220相连，用于获取铀氢氟化生产系统中控制量现场数据和被控量现场数据，将控制量现场数据和被控量现场数据代入初始模型传递函数，获取目标传递函数以及对应的目标参数；[0103] 目标参数修正模块240，与目标参数获取模块230相连，用于根据目标传递函数和目标参数，通过预设的控制器修正策略，对铀氢氟化生产系统的控制器参数进行修正。[0104] 可选的，如图4所示，初始模型传递函数获取模块220，包括：[0105] 拟合函数获取单元2201，用于通过递推最小二乘法对控制量样本数据和被控量样本数据进行拟合，获取拟合函数；[0106] 距离判定单元2202，与拟合函数获取单元2201相连，用于对拟合函数曲线进行采样获取第一采样点集合，对历史运行曲线进行采样获取第二采样点集合，判断第一采样点集合和第二采样点集合之间的对应采样点之间的距离是否小于预设距离；[0107] 循环执行单元2203，分别与拟合函数获取单元2201和距离判定单元2202相连，若对应采样点之间的距离大于或等于预设距离，则拟合函数的精确度不符合要求，重复执行从拟合函数获取单元2201至距离判定单元2202对应的步骤，直至对应采样点之间的距离小于预设距离为止；[0108] 初始模型传递函数获取单元2204，与距离判定单元2202相连，若对应采样点之间的距离小于预设距离，则拟合函数的精确度符合要求，将拟合函数确定为初始模型传递函数。[0109] 可选的，如图5所示，目标参数获取模块230，包括：[0110] 现场生产数据获取单元2301，用于获取铀氢氟化生产系统中反应器UO2进料电机转速变频开度现场数据和反应器温度现场数据；[0111] 目标传递函数和目标参数获取单元2302，与现场生产数据获取单元2301相连，用于采用递推最小二乘法对所述反应器UO2进料电机转速变频开度现场数据和反应器温度现场数据进行拟合，解析出所述初始模型传递函数的目标参数，获取反应器温度与反应器UO2进料电机转速变频开度的目标传递函数以及对应的目标参数；[0112] 其中，所述反应器温度与反应器UO2进料电机转速变频开度的目标传递函数可表示为下列公式(2)：[0113][0114] 其中，G(s)为温度模型传递函数，s为反应器UO2进料电机转速变频开度变量。[0115] 可选的，如图6所示，目标参数修正模块240，包括：[0116] 控制器参数设定值获取单元2401，用于根据目标传递函数和目标参数，将比例带δ设定为：δ＝0.1039K(β+n1)，将积分时间设定为Ti＝0.6(nT+τ)+5；[0117] 其中， n1，β为中间变量；[0118] 参数修正单元2402，与控制器参数设定值获取单元2401相连，用于获取比例带δ和积分时间Ti的设定值，根据设定值对铀氢氟化生产系统的控制器参数比例带δ和积分时间Ti进行修正。[0119] 综上所述，本发明公开的示例性实施例提供了一种适用于铀氢氟化生产系统的控制装置200，用于执行本发明实施例提供的控制方法，通过控制量和被控制量样本数据获取模块210获取铀氢氟化生产系统中控制量与被控量的历史样本数据，根据历史样本数据获取初始模型传递函数，再获取到铀氢氟化生产系统的生产数据，代入初始模型传递函数，获取到目标传递函数和目标参数。最后，根据目标传递函数和目标参数对铀氢氟化生产系统的的控制器参数进行修正，以使控制器能对铀氢氟化生产过程中反应器内的温度和压力变化做出更优的响应策略，使得反应器内的温度和压力保持在预设的期望范围内，并且使得铀氢氟化生产系统的的控制器的响应程度与铀氢氟化生产系统的稳定处于相对平衡状态，最后使得氢氟化系统输出响应和控制器输出响应的变化幅度和变化次数都相应的减少，实现优化控制的目的。[0120] 图3是根据一示例性实施例示出的一种铀氢氟化生产系统的框图，如图2、图3所示，本公开还提供一种氢氟化生产系统，该系统包括：[0121] 至少一个本公开实施例所提供的适用于铀氢氟化生产系统的控制装置200、反应器、控制器、DCS子系统；其中，[0122] 控制器包括UO2进料控制器和HF进料控制器，反应器包括UO2进料电机和HF进料电机，UO2进料控制器和HF进料控制器分别与UO2进料电机和HF进料电机电连接；[0123] 控制装置200与反应器电连接；[0124] 控制装置200和DCS子系统分别通过手操器与控制器电连接，手操器可在控制装置200和所述DCS子系统间自由切换，以使铀氢氟化生产系统选择性的投入控制装置200控制或DCS子系统控制。[0125] 铀氢氟化生产系统是一个存在着滞后性的耦合系统。HF进料和UO2进料均会对反应器的温度和压力造成影响，并且该影响存在着滞后性。本发明提供的铀氢氟化生产系统能切换到本发明提供的控制装置200控制模式，利用控制装置200辨识出铀氢氟化生产系统目标传递函数和目标参数，进而根据目标传递函数和目标参数对控制器参数进行修正，以使该铀氢氟化系生产统的系统输出响应和控制器的输出响应变化幅度和变化次数减少，实现更高的自动化水平。[0126] 综上所述，本发明提供了一种适用于铀氢氟化生产系统的控制方法、装置及一种氢氟化生产系统，依据本发明提供的控制方法，建立起来的控制量与被控量之间的初始模型传递函数，其曲线走势与铀氢氟化生产系统的历史生产曲线高度拟合，能更好的表达出铀氢氟化生产系统的滞后性和耦合性，将现场生产数据传递给该模型传递函数，并进一步解析出其参数。如此，根据该目标传递函数和目标参数修正铀氢氟化生产系统控制器参数，以使控制器能够依据预设的控制期望值，如某个温度范围或压力范围，对HF进料量和UO2进料量进行调控，使得反应器的温度和压力达到并平稳地保持在预设的控制期望值附近。本发明提供的控制装置200是对本发明控制方法的应用，控制装置200能够根据现场生产数据分别辨识出每组控制量与被控量之间的初始模型传递函数，并对初始模型传递函数的参数进行解析，获取目标传递函数和目标参数，并以此修正铀氢氟化生产系统控制器参数，以使氢氟化系统输出响应和控制器输出响应的变化幅度和变化次数都相应的减少，实现优化控制的目的。本发明提供的铀氢氟化生产系统在原有DCS子系统基础上增加控制装置200，建立铀氢氟化生产系统中相关被控对象的数学模型，进而优化控制系统相关参数，实现铀氢氟化生产系统控制的优化，该系统的自动化水平更高。[0127] 以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。[0128] 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。[0129] 此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

专利地区：山西

专利申请日期：2024-05-23

专利公开日期：2024-11-22

专利公告号：CN118605409B