模糊控制用于国产锅炉的设计思想

模糊控制用于国产锅炉的设计思想

　传统的控制方法（如PID控制器）要求首先建立系统较为精确的数字模型，然而对于锅炉这一时变、死区、非线性，多变量耦合、扰动大的复杂系统，这绝非一件易事。而且锅炉对象的特征随着锅炉运行工况的改变而改变，没有确定的数学模型。模糊控制摆脱了精确数学模型的束缚，开辟了工业过程控制的一条新途径。计算机技术的日益成熟与发展，为这一方法的应用提供了先进而可靠的硬件条件。

　　1模糊控制的特点模糊控制是在人工操作经验之上，利用模糊数学工具把人工的控制过程定量化，使控制器得以接受人们的经验，模仿人的操作策略实现对被控对象的自动控制。模糊控制器具具有如下特点：是一种较为理想的非线形控制器，适用于对象的各种工况。

　　对于对象参数和结构变化，其适应能力优于常规PID控制器。

　　不需知道对象的完整数学模型，只要直接控制语言。对测量仪表精度要求不高。

　　对耦合严重的系统也有较好的控制特性。

　　2模糊控制用于国产锅炉的设计思想2.1汽包水位控制系统包水位的闭环控制，其框图如所示。

　　由框图可知，内扰动由控制系统负反馈直接消除。而蒸气流量D扰动和热负荷扰动可通过引入采用Fuzzy控制器可消除虚假水位对控制系统的影响，取得更佳的动态指示，同时由于输出环节引入PI控制器，使得稳定时无静差。

　　2.2过热蒸气温度自动控制系统221过热蒸气温度调节对象结构及主要扰动特性过热蒸气温度调节对象结构如所示，扰动因素如下：减温水流量扰动，它对控制系统的内扰动，扰动作用下的气温反应较慢。

　　燃烧率扰动，即锅炉内燃烧产生的热量变化。它是控制系统的外扰动，扰动作用下的气温反应较快。

　　蒸气流量扰动，也属于控制系统的外扰动，气温的延时和惯性比较小。

　　上述扰动均可通过控制回路的负反馈作用而消除。其中关键是提高系统的动态指标和稳态指标。

　　减温水过热蒸气温度调节对象结构框图作2.22气温控制线的构成其中自校正调节其精调部分的主要功能是在随机环境中对模糊控制进行校正，使得控制系统具有一个理想的特性。根据系统工况变化自动校正Ke和Kec使系统的超调量，过渡过程时间，稳态精度等三项指标达到令人满意的程度。“微调”部分的作用是在满足上述二项指标的基础上，再进一步提高系统的动态指标。微调部分可以与粗调部分一起加入，也可以在粗调部分进行若干时间以后加入。

　　2.3锅炉燃烧自动控制系统2.3.1燃烧控制系统之任务维持主蒸气压力在规定范围内。

　　维持炉膛负压在规定范围内。

　　2.3.2气压被控对象的动态特性其中t.s为燃料量改变至热负荷变化的滞后时间，与燃料质有关，Cb是锅炉的蓄热系数，由锅炉的结构决定。Rgt是过热器动态阻力，是负荷D的函数，随D增大而增大。Cm是蒸气管道的容量系数，由管道结构决定。可见在锅炉不同负荷下货不同燃料质运行时气压被控对象的数学模型发生变化，其变化程度取决于负荷、燃料的变化程度。只有根据锅炉运行工况的改变而改变相应的调节器参数，才能收到好的控制效果。

　　241控制思想介绍为了获得最佳燃烧，进入锅炉的实际空气量应大于理论空气量。进入锅炉的实际空气量和理论空气量之比称为过剩空气系数。燃烧过程中过剩空气系数与热效率n的关系曲线如所示。

　　由图可知维持一定范围的过剩空气系数，才能获得较高的燃烧效率，从而达到最优燃烧。当n=n，调整风/燃料比P可改变h在线寻优卜即可转化为在线寻优P.（以下简称为风/燃比）242最佳控制方法由实践测得正常运行时合理的卩值，在运行中按卩=风量/燃料量=常数控制锅炉的燃烧，再配以实时检测烟道中含氧量来完成风/燃比的在线修正，使含氧量维持在最佳值。此最佳含氧量值是负荷D的函数。该方法的控制精度依赖于氧化镐传感器探头安装的位置、炉膛空气的渗透、燃料的变化等诸因素。这种方法在控制锅炉燃烧时能得到较好的燃烧效率，并不是最优。

　　理想情况是以耗燃料量为指标，对风/燃比进行在线寻优控制。这种方法得到的最佳运行点是氏》，是真实代表了锅炉燃烧效率的最高点，即与中的叫点相对应。它克服了由于氧化镐分析仪的测量误差和最佳含氧量的不准确而造成的非最优燃烧的缺点。由于锅炉是油+瓦斯气体混合燃烧，冬夏两季油与瓦斯气的比例不等，夏季瓦斯燃用比较大，冬季较小，故燃料的燃烧值是变量。因此最佳值也是变量。油量和瓦斯气流量的测量难以得出准确值，本项目采用锅炉的发热量来代表燃料量。

　　即以发热量Dq为目标函数，在线搜索风/燃比氏当Dq达到最大值时寻优得到最佳风/燃比卩0值，在最优风/燃比下运行，锅炉的热效率最高。

　　243最佳燃烧控制方法上述两方法各有特点，氧量修正卩法响应时间较短，但精度差，而卩在线寻优法精度，但计算量大，只适用于负荷波动较小的稳态情况。本项目拟2 4iq在线最优风，燃比控制系统胃丨Eleeto）niepublish述两种方法结合起来使用。在动态时采用最佳露天采区水泵高压起动柜改造及应用孟庆\孙丽华2（1哈尔滨市煤炭工业公司，黑龙江呼兰154834；2黑龙江正大实业有限公司，黑龙江呼兰150525）：TD613：B文章编号：1008 0问题的提出露天采区原有的6kV高压起动柜为手动操作，即一步起动后，待起动电流降至额定电流值附近时，用手工操作二次起动，在运行该起动柜时易造成误操作。主要原因是手动操作机构准确性差，个别时泵工一次起动后，忘记二次起动，加之二次起动的接触器触头的不到位，造成电动机长时带频敏变阻器运行，致使频敏变阻器烧毁。为了解决该系统的缺陷，将该起动柜改造延时继电器自动控制系统，从而保证了一次起动后，二次接触器能够按整定后的时间动作，使得操作自动化。

　　1改造原起动柜原理图如。

　　改造后起动柜原理图如工作原理（略）烟气含氧量方法控制燃烧，在稳态时采取卩在线自寻优方法控制燃烧过程，以获得最高的燃烧效率。

　　2.44风/燃比Fuzzy自寻优控制器及工作原理本项目采用变步长寻优搜索法，在离极值点较远处，曲线较陡，选用大步长，而在极值点附近，曲线平缓处采用小步长进行搜索。通过模糊逻辑判断可实现步长的自动改变。应用模糊集合论设计的模糊自寻优控制器，如所示。

　　它以热效率（热量）为指标，寻找最佳的风/燃比。在每个采样周期热量的增量Adq根据Adq和上一周期寻优步长Ax确定本次的寻优步长及方向。Ay和Ax分别是热量增量和步长的模糊语言变量。Ky为Ay的量化因子，Kx为比例因子，它把Ax转换为步长的实际值。当搜索到极值点时。n达到最大值，停止搜索。

　　为保证风/燃比自寻优过程的稳定，加入1个停止环节，在负荷波动较大时暂停搜索。自寻控制是一种稳态最优化比例控制，其采样频率应低于对象固有频率的5倍，本系统自寻优搜索周期为1h，搜索时间为3~5min.主蒸气压力米样周期为5s. 3结论根据模糊控制思想，可实现风/燃料比在线自寻优，按最佳风/燃料比控制锅炉的运行，可使锅炉的燃烧效率最高。针对锅炉的不同运行方式，燃烧控制系统采用控制一次风压和保持最佳烟气含氧量于风/燃料比自寻优的控制策略，提高了锅炉的燃烧效率。节油率在1.5%以上，经济效益和社会效益显著。