本发明涉及对水力测功器控制系统的调试领域。
背景技术：
1、原动机如汽轮机、燃气轮机、柴油机等大型旋转设备，在生产后出厂前需完成性能测试，测试时使用水力测功器作为配试设备与原动机同轴连接，且作为原动机的负载。水力测功器以叶片为载体，以水为介质，跟随原动机同轴旋转。原动机的输出功率以机械能传递出来，机械能又转化为水力测功器水腔内水的内能，由此原动机的功率得以被水力测功器吸收，从而实现原动机的工况点控制，水力测功器水腔内水量通过进水阀和排水阀的开度控制。在满足水力测功器和原动机稳定联调的同时，还要保证水力测功器自身的各项安全运行指标，故要求水力测功器具备相应的测量功能和控制功能。
2、水力测功器具备的基本控制功能有阀位控制、转速控制、扭矩控制、功率曲线控制。阀位控制对于水力测功器的工况点实现属于开环模式。水力测功器的水腔设置有进水阀和排水阀，对阀门直接进行开度控制来调节水力测功器的运行状态。转速控制、扭矩控制、功率曲线控制对于水力测功器的工况点实现属于闭环模式。转速控制通过目标转速与当前转速的差值送入控制器，计算阀门开度并控制阀门。扭矩控制通过目标扭矩与当前扭矩的差值送入控制器，计算阀门开度并控制阀门。功率曲线控制通过对各个时刻不同扭矩目标的控制实现。当闭环控制功能调试成功投入使用后，水力测功器可以根据原动机的运行需求，通过控制器计算出阀位指令，从而自动调节负载。
3、传统的调试水力测功器测控系统在线调试方法存在以下缺陷：一方面没有安全策略做自动保护，另一方面没有初值参考，使得参数在线整定过程不便利，同时也存在控制器发散或抖动时给原动机造成危害的风险。因此，以上问题亟需解决。
技术实现思路
1、本发明目的是为了解决现有的水力测功器测控制系统在线调试方法存在没有安全策略做自动保护，另一方面没有初值参考使得参数在线整定过程不便利且存在给原动机造成危害风险的问题，本发明提供了一种水力测功器测控系统在线调试方法及设备。
2、(一)水力测功器测控系统在线调试方法，该方法包括如下步骤：
3、步骤1、水力测功器开环控制状态下，手动控制水力测功器的进水阀和排水阀的开度来配合原动机工作，以得到进水阀和排水阀在原动机每个工况点下的经验阀位、以及进水阀和排水阀适用于原动机所有工况点下的安全阀位；
4、通过响应曲线法估算测控系统中pid控制器的pid控制算法的pid参数初值；
5、根据pid参数初值，确定pid参数的安全值；
6、步骤2、在pid控制器对水力测功器进行闭环控制的控制策略下，以pid参数的初值为起始，对各工况点下pid控制器的pid参数值进行动态调整，以得到水力测功器在相应控制类别下的稳态下的目标运行曲线为目的，完成对测控系统的pid控制器的pid参数在线调试；其中，稳态下的目标运行曲线中各工况点的控制类别的观测值满足观测阈值范围，相邻工况点过渡时间满足过渡时间阈值范围；
7、对水力测功器进行闭环控制的控制策略为：
8、步骤21、针对各工况点在当前给定的pid参数下，pid控制算法根据输入的该工况点的相应控制类别的控制目标生成相应的实际排水阀控制量；
9、步骤22、判断各工况点下实际排水阀控制量与该工况点下理想排水阀控制量之差是否超出安全边界阈值δ；其中，各工况点下理想排水阀控制量为水力测功器开环控制状态下该工况点下排水阀的经验阀位所对应的控制量；
10、结果为否，pid控制算法输出当前生成的实际排水阀控制量，通过执行机构对水力测功器的排水阀的开度进行控制；
11、结果为是，通过两种方式对水力测功器进行保护，其一、当前水力测功器的运行状态未对原动机造成破坏性威胁时，将的pid参数初值切换至pid参数的安全值，针对该工况点在pid参数的安全值的状态下，pid控制算法根据输入的该工况点的相应控制类别的控制目标生成相应的实际排水阀控制量，通过执行机构对水力测功器的排水阀的开度进行控制；其二、当前水力测功器的运行状态对原动机造成破坏性威胁时，pid控制算法输出无效，通过执行机构控制当前排水阀开度匀速变化至安全阀位。
12、优选的是，pid参数包括比例系数p、积分系数i和微分系数d。
13、优选的是，控制类别包括转速、扭矩和功率曲线。
14、优选的是，控制目标包括目标转速、目标转矩和目标功率曲线。
15、优选的是，pid参数的安全值为pid参数的初值的m倍，且1/50≤m≤1/40。
16、(二)、水力测功器测控系统在线调试设备，调试设备为一体化的智能箱体，智能箱体内的工控机内部嵌入对水力测功器进行闭环控制的控制策略；
17、对水力测功器进行闭环控制的控制策略为：
18、步骤21、针对各工况点在当前给定的pid参数下，pid控制算法根据输入的该工况点的相应控制类别的控制目标生成相应的实际排水阀控制量；
19、步骤22、判断各工况点下实际排水阀控制量与该工况点下理想排水阀控制量之差是否超出安全边界阈值δ；其中，各工况点下理想排水阀控制量为水力测功器开环控制状态下该工况点下排水阀的经验阀位所对应的控制量；
20、结果为否，pid控制算法输出当前生成的实际排水阀控制量，通过执行机构对水力测功器的排水阀的开度进行控制；
21、结果为是，通过两种方式对水力测功器进行保护，其一、当前水力测功器的运行状态未对原动机造成破坏性威胁时，将pid参数初值切换至pid参数的安全值，针对该工况点在pid参数的安全值的状态下，pid控制算法根据输入的该工况点的相应控制类别的控制目标生成相应的实际排水阀控制量，通过执行机构对水力测功器的排水阀的开度进行控制；其二、当前水力测功器的运行状态对原动机造成破坏性威胁时，pid控制算法输出无效，通过执行机构控制当前排水阀开度匀速变化至安全阀位。
22、优选的是，水力测功器开环控制状态下各工况点下排水阀的经验阀位、以及适用于原动机所有工况点下的排水阀的安全阀位的获取方式为：
23、水力测功器开环控制状态下，手动控制水力测功器的进水阀和排水阀的开度来配合原动机工作，以得到进水阀和排水阀在原动机每个工况点下的经验阀位、以及进水阀和排水阀适用于原动机所有工况点下的安全阀位。
24、优选的是，pid参数初值的获得方式为：
25、通过响应曲线法估算测控系统中pid控制器的pid控制算法的pid参数初值。
26、优选的是，，pid参数包括比例系数p、积分系数i和微分系数d；
27、控制类别包括转速、扭矩和功率曲线；
28、控制目标包括目标转速、目标转矩和目标功率曲线。
29、优选的是，智能箱体的前表面的上半部为显示器，智能箱体的前表面的下半部分为操作面板；操作面板包含键鼠、两个手动旋钮、一个急停按钮；两个手动旋钮的作用分别是在开环控制状态下对水力测功器的进水阀和排水阀的开度进行控制；急停按钮的作用是在紧急情形下直接锁定阀位；
30、智能箱体内部工控机有4种外设接口形式：串口、以太网口、无线模块和硬线io接口，通过相应的外设接口与水力测功器进行数据通讯；
31、工控机还用于对显示器进行显示控制；
32、调试设备还用于依次通过键鼠、以及工控机向pid控制器内写入pid参数值。
33、本发明的优点：
34、本发明基于开环控制状态下排水阀在原动机每个工况点下的经验阀位和适用于所有工况点下的排水阀的安全阀位、设定的pid参数的初值、pid参数的安全值以及排水阀的安全边界阈值δ，来确定pid控制器的闭环控制策略。开环控制状态下排水阀的安全阀位对于原动机所有工况点都不造成威胁的阀位，保证了闭环控制策略设计的控制准确性及安全性，并且设定的pid参数的初值为参考起始进行搜索提高了调试过程的便捷性，并在闭环控制策略中增加了自动保护，也即：设置pid参数的安全值，且安全参数值是根据pid参数的初值来设定，更进一步保证了调试过程的安全性，避免对原动机造成破坏性的破坏性威胁。
1.水力测功器测控系统在线调试方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的水力测功器测控系统在线调试方法，其特征在于，pid参数包括比例系数p、积分系数i和微分系数d。
3.根据权利要求1所述的水力测功器测控系统在线调试方法，其特征在于，控制类别包括转速、扭矩和功率曲线。
4.根据权利要求1所述的水力测功器测控系统在线调试方法，其特征在于，控制目标包括目标转速、目标转矩和目标功率曲线。
5.根据权利要求1所述的水力测功器测控系统在线调试方法，其特征在于，pid参数的安全值为pid参数的初值的m倍，且1/50≤m≤1/40。
6.水力测功器测控系统在线调试设备，其特征在于，调试设备为一体化的智能箱体，智能箱体内的工控机内部嵌入对水力测功器进行闭环控制的控制策略；
7.根据权利要求6所述的水力测功器测控系统在线调试设备，其特征在于，水力测功器开环控制状态下各工况点下排水阀的经验阀位、以及适用于原动机所有工况点下的排水阀的安全阀位的获取方式为：
8.根据权利要求6所述的水力测功器测控系统在线调试设备，其特征在于，pid参数初值的获得方式为：
9.根据权利要求6所述的水力测功器测控系统在线调试设备，其特征在于，pid参数包括比例系数p、积分系数i和微分系数d；
10.根据权利要求6所述的水力测功器测控系统在线调试设备，其特征在于，智能箱体的前表面的上半部为显示器，智能箱体的前表面的下半部分为操作面板；操作面板包含键鼠、两个手动旋钮、一个急停按钮；两个手动旋钮的作用分别是在开环控制状态下对水力测功器的进水阀和排水阀的开度进行控制；急停按钮的作用是在紧急情形下直接锁定阀位；
