架构分析

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2025-03-14 d7d6bd1430bc0e475272cd1a19fefeecee89a44d

架构分析

 Client/ÍõÓêÑô/log/README.MD

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# ä½¿ç”¨QT5.9.4  ï¼Œ32位

# ä¸€ã€ä»¥ä¸‹ä»¥å‘电量从100 MW提升至200 MW为例，说明各系统的协同控制策略及PID算法应用：

---

### **1. æ±½è½®æœºç³»ç»Ÿï¼šè´Ÿè·æŒ‡ä»¤å“åº”**
- **目标**：通过调门开度与主汽压力协同控制实现功率提升。  
- **控制逻辑**：  
  - **协调控制PID（CCS）**：电网指令（200 MW）输入至CCS系统，主汽压力设定值动态调整为匹配目标负荷（如从10 MPa升至12 MPa）[[4]]。  
  - **调门开度PID**：根据实际功率与目标的偏差（200-100=100 MW），通过PID输出逐步开大调门，同时抑制超调（如设置调门开度变化率限制）[[4]]。  
  - **转速PID**：若电网频率波动，转速PID介入一次调频，临时调整调门开度以稳定转速[[4]]。  

---

### **2. ç‡ƒçƒ§ç³»ç»Ÿï¼šç‡ƒæ–™ä¸Žé£Žé‡åŒ¹é…**
- **目标**：增加燃料量并优化燃烧效率，支撑主汽压力提升。  
- **控制逻辑**：  
  - **燃料量PID**：主汽压力偏差（12-10=2 MPa）触发燃料量PID，叠加负荷前馈信号（如燃料量预增加20%），动态调整给煤机转速[[5]]。  
  - **氧量交叉限幅PID**：根据燃料量计算理论空气量，通过二次风门PID将氧量控制在3%-5%，抑制NOx生成[[2]][[6]]。  
  - **炉膛负压PID**：引风机变频器根据负压设定值（如-50 Pa）调整转速，抵消送风量增加导致的负压波动[[6]]。  

---

### **3. æ±½æ°´ç³»ç»Ÿï¼šè’¸æ±½å‚数稳定**
- **目标**：维持主汽温度540℃±5℃，防止超温或欠温。  
- **控制逻辑**：  
  - **串级汽温PID**：  
    - **导前汽温PID**：监测过热器出口温度，微分环节快速响应减温水扰动[[3]][[5]]。  
    - **主汽温PID**：积分环节消除静态误差，输出叠加至减温水调节阀[[3]]。  
  - **三冲量锅炉水位PID**：  
    - å‰é¦ˆï¼šè’¸æ±½æµé‡ä¿¡å·ï¼ˆè´Ÿè·æå‡å¯¼è‡´è’¸å‘量增加）→ é¢„测给水量需求[[3]]。  
    - åé¦ˆï¼šæ°´ä½åå·®ï¼ˆå¦‚从-50 mm恢复至0 mm）→ è°ƒæ•´ç»™æ°´æ³µè½¬é€Ÿ[[3]]。  

---

### **4. ç»™æ°´ç³»ç»Ÿï¼šåŠ¨æ€å¹³è¡¡**
- **目标**：匹配给水量与蒸发量，防止水位大幅波动。  
- **控制逻辑**：  
  - **给水泵变频PID**：根据给水流量设定值（如从300 t/h升至600 t/h）调整泵转速，前馈信号为负荷指令[[5]]。  
  - **压力闭环PID**：给水母管压力设定值（如15 MPa）通过PID调节泵出口阀开度，避免压力波动影响水位控制[[5]]。  

---

### **5. å®‰å…¨ä¸Žä¼˜åŒ–ç­–ç•¥**
- **时滞补偿**：采用改进量子粒子群算法优化PID参数，减少燃料-蒸汽-功率传递过程中的延迟[[6]][[7]]。  
- **约束处理**：  
  - ç‡ƒæ–™é‡å—限于磨煤机最大出力（如≤120 t/h）[[6]]。  
  - æ±½æ¸©ç¡¬é™å¹…（≤545℃）触发减温水紧急喷淋[[3]]。  
- **性能评估**：通过ITAE指标在线评估各PID回路性能，触发参数自整定[[1]][[4]]。  

---

### **动态响应示例**
| æ—¶é—´ï¼ˆs） | åŠ¨ä½œ                                                         | æŽ§åˆ¶ç®—法依赖                     |
| --------- | ------------------------------------------------------------ | -------------------------------- |
| 0-10      | è´Ÿè·æŒ‡ä»¤200 MW触发CCS，燃料量PID快速增加给煤机转速，氧量PID同步调整二次风门 | CCS+燃料量PID+氧量PID [[4]][[6]] |
| 10-30     | ä¸»æ±½åŽ‹åŠ›ä¸Šå‡è‡³11.5 MPa，调门PID逐步开大，功率升至180 MW      | è°ƒé—¨PID+压力PID [[4]]            |
| 30-50     | æ±½æ¸©å› ç‡ƒæ–™å¢žåŠ è€Œä¸Šå‡ï¼Œä¸²çº§PID加大减温水流量，维持540℃        | ä¸²çº§æ±½æ¸©PID [[3]]                |
| 50-60     | ç»™æ°´æµé‡åŒ¹é…è’¸å‘量，水位稳定在±20 mm内                       | ä¸‰å†²é‡PID [[3]]                  |

---

通过上述协同控制，发电量可在60秒内平稳提升至200 MW，主汽压力波动≤±0.3 MPa，汽温偏差≤±3℃，满足电网调度与安全约束[[1]][[4]][[6]]。

---

# äºŒã€ç³»ç»Ÿæž¶æž„设计

## 5.1 æ•´ä½“架构

```mermaid
graph TD
    A[用户界面层] --> B[中央协调控制器]
    B --> C[子系统控制器]
    B --> D[物理模型]
    C --> D
    B --> E[数据管理器]
    D --> E
    E --> F[服务器]
```

## 5.2 æ ¸å¿ƒç»„件设计

### 5.2.0 å¤´æ–‡ä»¶common.h包含数据结构体

```c
// Common.h
#ifndef COMMON_H
#define COMMON_H

#include <string>

// åè®®ç±»åž‹æžšä¸¾
enum MessageType {
    // åŸºç¡€æ¶ˆæ¯ç±»åž‹
    POWER_PLANT_DATA_REQ,    // è¯·æ±‚电厂数据
    POWER_PLANT_DATA_RES,    // ç”µåŽ‚数据响应
    SIMULATION_SAVE_REQ,     // ä¿å­˜æ¨¡æ‹Ÿç»“果请求
    SIMULATION_SAVE_RES,     // ä¿å­˜æ¨¡æ‹Ÿç»“果响应
    SIMULATION_LOAD_REQ,     // åŠ è½½åŽ†å²æ•°æ®è¯·æ±‚
    SIMULATION_LOAD_RES      // åŠ è½½åŽ†å²æ•°æ®å“åº”
};

// æ¶ˆæ¯å¤´éƒ¨ç»“æž„
struct Head {
    int type;       // æ¶ˆæ¯ç±»åž‹ï¼ˆMessageType枚举值）
    int length;     // æ¶ˆæ¯ä½“长度
};

// æ±½è½®æœºç³»ç»ŸçŠ¶æ€
struct TurbineState {
    double currentPower;         // å½“前功率（MW）
    double mainSteamPressure;    // ä¸»æ±½åŽ‹åŠ›ï¼ˆMPa）
    double mainSteamTemperature; // ä¸»æ±½æ¸©åº¦ï¼ˆâ„ƒï¼‰
    double valvePosition;        // è°ƒé—¨å¼€åº¦ï¼ˆ%）
    double turbineSpeed;         // è½¬é€Ÿï¼ˆrpm）
};

// ç‡ƒçƒ§ç³»ç»ŸçŠ¶æ€
struct CombustionState {
    double fuelRate;            // ç‡ƒæ–™é‡ï¼ˆt/h）
    double oxygenContent;       // æ°§å«é‡ï¼ˆ%）
    double furnacePressure;     // ç‚‰è†›è´ŸåŽ‹ï¼ˆPa）
    double secondaryAirDamper;  // äºŒæ¬¡é£Žé—¨å¼€åº¦ï¼ˆ%）
    double inducedFanSpeed;     // å¼•é£Žæœºè½¬é€Ÿï¼ˆ%）
};

// æ±½æ°´ç³»ç»ŸçŠ¶æ€
struct SteamWaterState {
    double leadSteamTemperature; // å¯¼å‰æ±½æ¸©ï¼ˆâ„ƒï¼‰
    double drumLevel;            // é”…炉水位（mm）
    double steamFlow;            // è’¸æ±½æµé‡ï¼ˆt/h）
    double desuperheaterValve;   // å‡æ¸©æ°´é˜€å¼€åº¦ï¼ˆ%）
};

// ç»™æ°´ç³»ç»ŸçŠ¶æ€
struct FeedwaterState {
    double waterFlow;           // ç»™æ°´æµé‡ï¼ˆt/h）
    double waterPressure;       // ç»™æ°´åŽ‹åŠ›ï¼ˆMPa）
    double pumpSpeed;           // ç»™æ°´æ³µè½¬é€Ÿï¼ˆ%）
    double outletValve;         // æ³µå‡ºå£é˜€å¼€åº¦ï¼ˆ%）
};

// å®Œæ•´çš„系统状态
struct SystemState {
    TurbineState turbine;           // æ±½è½®æœºç³»ç»ŸçŠ¶æ€
    CombustionState combustion;     // ç‡ƒçƒ§ç³»ç»ŸçŠ¶æ€
    SteamWaterState steamWater;     // æ±½æ°´ç³»ç»ŸçŠ¶æ€
    FeedwaterState feedwater;       // ç»™æ°´ç³»ç»ŸçŠ¶æ€
};

// æ¨¡æ‹Ÿè¿è¡Œä¿¡æ¯
struct SimulationInfo {
    char startTime[32];         // å¼€å§‹æ—¶é—´
    char endTime[32];           // ç»“束时间
    double startPower;          // åˆå§‹åŠŸçŽ‡ï¼ˆMW）
    double targetPower;         // ç›®æ ‡åŠŸçŽ‡ï¼ˆMW）
    double rampRate;            // å˜åŒ–率（MW/min）
    int status;                 // è¿è¡ŒçŠ¶æ€ï¼ˆ0-失败，1-成功）
};

// === è¯·æ±‚结构体 ===

// ç”µåŽ‚数据请求
struct PowerPlantDataReq {
    Head head;
    int requestType;    // è¯·æ±‚类型（0-全部数据，1-汽轮机，2-燃烧系统，3-汽水系统，4-给水系统）
    

    PowerPlantDataReq() {
        head.type = POWER_PLANT_DATA_REQ;
        head.length = sizeof(PowerPlantDataReq);
    }

};

// æ¨¡æ‹Ÿç»“果保存请求
struct SimulationSaveReq {
    Head head;
    SimulationInfo simInfo;     // æ¨¡æ‹Ÿè¿è¡Œä¿¡æ¯
    SystemState finalState;     // ç³»ç»Ÿæœ€ç»ˆçŠ¶æ€
    

    SimulationSaveReq() {
        head.type = SIMULATION_SAVE_REQ;
        head.length = sizeof(SimulationSaveReq);
    }

};

// åŽ†å²æ•°æ®åŠ è½½è¯·æ±‚
struct SimulationLoadReq {
    Head head;
    int recordId;               // è®°å½•ID
    char startTime[32];         // å¼€å§‹æ—¶é—´
    char endTime[32];           // ç»“束时间
    

    SimulationLoadReq() {
        head.type = SIMULATION_LOAD_REQ;
        head.length = sizeof(SimulationLoadReq);
    }

};

// === å“åº”结构体 ===

// ç”µåŽ‚数据响应
struct PowerPlantDataRes {
    Head head;
    SystemState state;          // ç³»ç»ŸçŠ¶æ€
    int status;                 // å“åº”状态（0-成功，非0-失败）
    char message[128];          // çŠ¶æ€ä¿¡æ¯
    

    PowerPlantDataRes() {
        head.type = POWER_PLANT_DATA_RES;
        head.length = sizeof(PowerPlantDataRes);
    }

};

// æ¨¡æ‹Ÿç»“果保存响应
struct SimulationSaveRes {
    Head head;
    int recordId;               // è®°å½•ID
    int status;                 // ä¿å­˜çŠ¶æ€ï¼ˆ0-成功，非0-失败）
    char message[128];          // çŠ¶æ€ä¿¡æ¯
    

    SimulationSaveRes() {
        head.type = SIMULATION_SAVE_RES;
        head.length = sizeof(SimulationSaveRes);
    }

};

// åŽ†å²æ•°æ®åŠ è½½å“åº”
struct SimulationLoadRes {
    Head head;
    SimulationInfo simInfo;     // æ¨¡æ‹Ÿè¿è¡Œä¿¡æ¯
    SystemState state;          // ç³»ç»ŸçŠ¶æ€
    int status;                 // åŠ è½½çŠ¶æ€ï¼ˆ0-成功，非0-失败）
    char message[128];          // çŠ¶æ€ä¿¡æ¯
    

    SimulationLoadRes() {
        head.type = SIMULATION_LOAD_RES;
        head.length = sizeof(SimulationLoadRes);
    }

};

// === æŽ§åˆ¶è¾“入结构体 ===

// æŽ§åˆ¶å™¨è¾“出的控制量
struct ControlInputs {
    double valvePosition;       // è°ƒé—¨å¼€åº¦æŒ‡ä»¤ï¼ˆ%）
    double fuelRate;            // ç‡ƒæ–™é‡æŒ‡ä»¤ï¼ˆt/h）
    double secondaryAirDamper;  // äºŒæ¬¡é£Žé—¨å¼€åº¦æŒ‡ä»¤ï¼ˆ%）
    double inducedFanSpeed;     // å¼•é£Žæœºè½¬é€ŸæŒ‡ä»¤ï¼ˆ%）
    double desuperheaterValve;  // å‡æ¸©æ°´é˜€å¼€åº¦æŒ‡ä»¤ï¼ˆ%）
    double pumpSpeed;           // ç»™æ°´æ³µè½¬é€ŸæŒ‡ä»¤ï¼ˆ%）
    double outletValve;         // æ³µå‡ºå£é˜€å¼€åº¦æŒ‡ä»¤ï¼ˆ%）
};

#endif // COMMON_H
```



### 5.2.1 æ•°æ®ç®¡ç†å™¨ï¼ˆPowerPlantDataManager）

负责系统与服务器之间的数据通信：

1. **功能职责**：
   - å»ºç«‹å’Œç»´æŠ¤TCP连接
   - è¯·æ±‚和接收初始系统状态
   - å‘送模拟结果到服务器
   - å¤„理服务器响应

2. **关键接口**：
```cpp
class PowerPlantDataManager {
public:
    // è¿žæŽ¥æœåŠ¡å™¨
    bool connectToServer(const QString& address, int port);
    
    // è¯·æ±‚初始数据
    bool requestInitialData();
    
    // ä¿å­˜æ¨¡æ‹Ÿç»“æžœ
    bool saveSimulationResult(const SimulationInfo& simInfo, 
                            const SystemState& finalState);
    
    // çŠ¶æ€é€šçŸ¥ä¿¡å·
    signals:
        void connectionStatusChanged(bool connected);
        void initialDataReceived();
        void saveSucceeded(int recordId);
        void saveFailed(const QString& error);
};
```

### 5.2.2 ç‰©ç†æ¨¡åž‹ï¼ˆPowerPlantModel）

实现电厂物理过程的模拟计算：

1. **功能职责**：
   - æ¨¡æ‹Ÿç‡ƒçƒ§è¿‡ç¨‹
   - æ¨¡æ‹Ÿçƒ­åŠ›è¿‡ç¨‹
   - æ¨¡æ‹Ÿæœºæ¢°è¿‡ç¨‹
   - æ¨¡æ‹Ÿæ°´å¾ªçŽ¯è¿‡ç¨‹

2. **关键接口**：
```cpp
class PowerPlantModel {
public:
    // æ›´æ–°ç‰©ç†çŠ¶æ€
    void updateState(const ControlInputs& inputs, double deltaTime);
    
    // èŽ·å–系统状态
    const SystemState& getState() const;
    
    // è®¾ç½®/加载初始状态
    void setState(const SystemState& state);
    bool loadInitialData();
    
    // ä¿å­˜æ¨¡æ‹Ÿç»“æžœ
    bool saveSimulationResults(const SimulationInfo& simInfo);
};
```

### 5.2.3 å­ç³»ç»ŸæŽ§åˆ¶å™¨

实现各子系统的控制算法：

1. **汽轮机控制器（TurbineController）**：
```cpp
class TurbineController {
public:
    void update(const TurbineState& state);
    void setTargetPower(double power);
    double getValvePosition() const;
};
```

2. **燃烧控制器（CombustionController）**：
```cpp
class CombustionController {
public:
    void update(const CombustionState& state);
    void setPressureSetpoint(double pressure);
    double getFuelRate() const;
    double getAirDamper() const;
};
```

3. **汽水控制器（SteamWaterController）**：
```cpp
class SteamWaterController {
public:
    void update(const SteamWaterState& state);
    double getDesuperheaterValve() const;
};
```

4. **给水控制器（FeedwaterController）**：
```cpp
class FeedwaterController {
public:
    void update(const FeedwaterState& state);
    void setFlowSetpoint(double flow);
    double getPumpSpeed() const;
    double getOutletValve() const;
};
```

### 5.2.4 ä¸­å¤®åè°ƒæŽ§åˆ¶å™¨ï¼ˆCentralCoordinationController）

协调各子系统的控制过程：

1. **功能职责**：
   - åè°ƒå„子系统控制器
   - ç®¡ç†æŽ§åˆ¶å‘¨æœŸ
   - å¤„理控制指令
   - ç›‘控系统状态

2. **关键接口**：
```cpp
class CentralCoordinationController {
public:
    // æŽ§åˆ¶æŒ‡ä»¤
    void setTargetPower(double power);
    void setRampRate(double rate);
    void startRamp();
    void stopRamp();
    
    // çŠ¶æ€èŽ·å–
    const SystemState& getModelState() const;
    
private:
    // æŽ§åˆ¶å¾ªçŽ¯
    void controlLoop();
    
signals:
    void stateUpdated();
    void rampCompleted();
};
```

## 5.3 ç³»ç»Ÿäº¤äº’流程

### 5.3.1 å¯åŠ¨æµç¨‹

1. **系统初始化**：
```cpp
void MainWindow::setupSystem() {
    // 1. åˆ›å»ºç»„件
    plantModel = new PowerPlantModel();
    dataManager = new PowerPlantDataManager();
    controller = new CentralCoordinationController();
    
    // 2. å»ºç«‹è¿žæŽ¥
    plantModel->setDataManager(dataManager);
    controller->setPlantModel(plantModel);
    
    // 3. è¿žæŽ¥æœåŠ¡å™¨å¹¶åŠ è½½åˆå§‹æ•°æ®
    dataManager->connectToServer("localhost", 8080);
    plantModel->loadInitialData();
}
```

### 5.3.2 æŽ§åˆ¶æµç¨‹

1. **功率提升过程**：
```cpp
void CentralCoordinationController::controlLoop() {
    // 1. èŽ·å–当前状态
    const SystemState& state = plantModel->getState();
    
    // 2. æ›´æ–°å„子系统控制器
    updateControllers(state);
    
    // 3. æ”¶é›†æŽ§åˆ¶è¾“出
    ControlInputs inputs = collectControlInputs();
    
    // 4. æ›´æ–°ç‰©ç†æ¨¡åž‹
    plantModel->updateState(inputs, deltaTime);
}
```

### 5.3.3 æ•°æ®ä¿å­˜æµç¨‹

1. **模拟结果保存**：
```cpp
void MainWindow::onSimulationCompleted() {
    // 1. å‡†å¤‡æ¨¡æ‹Ÿä¿¡æ¯
    SimulationInfo simInfo = prepareSimulationInfo();
    
    // 2. èŽ·å–最终状态
    const SystemState& finalState = plantModel->getState();
    
    // 3. ä¿å­˜åˆ°æœåŠ¡å™¨
    dataManager->saveSimulationResult(simInfo, finalState);
}
```

## 5.4 ç³»ç»Ÿç‰¹ç‚¹

1. **分层设计**：
   - ç‰©ç†è®¡ç®—与控制算法分离
   - å­ç³»ç»ŸæŽ§åˆ¶ä¸Žåè°ƒæŽ§åˆ¶åˆ†ç¦»
   - æ•°æ®é€šä¿¡ä¸Žä¸šåŠ¡é€»è¾‘分离

2. **模块化结构**：
   - å„组件职责明确
   - æŽ¥å£å®šä¹‰æ¸…æ™°
   - ä¾¿äºŽç»´æŠ¤å’Œæ‰©å±•

3. **数据流向清晰**：
   - æŽ§åˆ¶æŒ‡ä»¤ï¼šController â†’ Model
   - çŠ¶æ€åé¦ˆï¼šModel â†’ Controller
   - æ•°æ®å­˜å‚¨ï¼šModel â†’ DataManager â†’ Server

4. **协调机制完善**：
   - ç»Ÿä¸€çš„控制周期
   - å®Œæ•´çš„状态同步
   - å¯é çš„异常处理

## 5.5 åŽç»­ä¼˜åŒ–方向

1. **性能优化**：
   - ä¼˜åŒ–物理计算效率
   - æ”¹è¿›æ•°æ®é€šä¿¡æœºåˆ¶
   - æé«˜æŽ§åˆ¶å“åº”速度

2. **功能扩展**：
   - æ·»åŠ æ›´å¤šç‰©ç†æ¨¡åž‹
   - å®žçŽ°é«˜çº§æŽ§åˆ¶ç®—法
   - å¢žå¼ºæ•°æ®åˆ†æžèƒ½åŠ›

3. **可靠性提升**：
   - å®Œå–„异常处理
   - å¢žåŠ çŠ¶æ€éªŒè¯
   - ä¼˜åŒ–数据备份