鍋爐改造燃燒過程的自動(dòng)控制

　1問題的提出鋼廠循環(huán)流化床鍋爐是特殊的熱力設(shè)備，它不同于一般鏈條鍋爐，若送入鍋爐流化室的煤粉過多，而一次風(fēng)的風(fēng)量不足以使其流化燃燒，則易結(jié)焦-一旦有小面積的結(jié)焦，由于流化床的床溫很高，則很快會(huì)有大面積的爐渣或煤粉顆粒吸附于其表面，擴(kuò)大為大面積的結(jié)焦事故，從而被迫停爐清理-若送入流化室的風(fēng)量太大而煤粉較少，則其產(chǎn)生的熱量過小，影響鍋爐的正常運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)效益-因此選擇合適的風(fēng)煤比對(duì)鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要。本文提出了輸煤系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制的一種方法，形成完整的自動(dòng)控制系統(tǒng)，避免了鍋爐結(jié)焦事故的頻繁發(fā)生。

　　由于鍋爐是一個(gè)復(fù)雜的受控對(duì)象，存著著非線性、時(shí)變性和不確定性等因素，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，因而采用PID控制達(dá)不到預(yù)期效果。通過分析表明，采用模糊控制和PID結(jié)合是最有效的手段。本文通過模糊PID參數(shù)自整定控制算法的研究，最后進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明，方案是可行的，并能夠獲得良好的控制效果。

　　2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)鍋爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如所示。

　　原輸煤和給煤系統(tǒng)一般均為手動(dòng)控制和電氣聯(lián)鎖，現(xiàn)為了減少鍋爐結(jié)焦事故的發(fā)生，擬將該系統(tǒng)改造為由8098單片機(jī)控制變頻器的閉環(huán)交流調(diào)速系統(tǒng)。同時(shí)通過8098單片機(jī)擴(kuò)展的外部接口電路來控制汽包的水位、過熱蒸氣的溫度、爐膛負(fù)壓及鍋爐的燃燒過程，從而使鍋爐各個(gè)參數(shù)的檢測(cè)與控制通過微機(jī)達(dá)到快速、準(zhǔn)確的效果。

　　3模糊PID自整定算法本文所設(shè)計(jì)的PID整定方案如所示。其原理是基于參數(shù)的初始整定的模糊PID控制方法，但當(dāng)過程參數(shù)變化過大，PID自整定不能實(shí)現(xiàn)有效控制時(shí)，運(yùn)用模糊規(guī)則控制的同時(shí)進(jìn)行在線辯識(shí)，直至辯識(shí)精度滿足要求再切換到模糊PID控制。于是在新的PID參數(shù)基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行模糊PID自整定調(diào)節(jié)。

　　模糊整定的推理過程和常規(guī)模糊控制器類似，均根據(jù)當(dāng)前特征值進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，以下分析過程的在動(dòng)態(tài)過程中，PID參數(shù)應(yīng)根據(jù)不同的狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，通過對(duì)響應(yīng)曲線的分析不難得到如下結(jié)論：在任意狀態(tài)下，KpKrKd的整定方向相反，此外從經(jīng)驗(yàn)整定公可以看出，Ti和Td總保持一定的比例關(guān)系，且W=為了提高算法的實(shí)時(shí)性，采用調(diào)整因子T實(shí)現(xiàn)Kp Kd的在線調(diào)整，整定公式為為了保證PID參數(shù)在初始定值和上次調(diào)整的基礎(chǔ)上有界平滑地上下調(diào)整，這里采取如下調(diào)整TT（t）+Vh其中，V―般取，其大小影響T的調(diào)整速度，這里取V=0.5，h為修正量，通過模糊規(guī)則進(jìn)行調(diào)整，以間接整定T從而實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的平滑、有界調(diào)整。

　　為保證-1　　表1模糊控制規(guī)則表Tab- 4仿真效果對(duì)大滯后及對(duì)象結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的情況，就常規(guī)PID控制和本算法進(jìn)行仿真研究，首先以式（1）所示對(duì)象的階躍響應(yīng)說明該方案對(duì)大時(shí)滯對(duì)象的控制效果。

　　當(dāng)f/貸1時(shí)一般認(rèn)為是較難控制的對(duì)象，常規(guī)PID調(diào)節(jié)的控制效果如中的點(diǎn)劃線/（t）所示，而本文所提的模糊PID算法仍可對(duì)其進(jìn)行有效控制，如圖中虛線⑴所示-考慮如式（2）所示初始對(duì)象，當(dāng)運(yùn)行時(shí)間大于50T.時(shí)，改變對(duì)象參數(shù)如式（3），其仿真結(jié)果如所示。

　　仿真結(jié)果表明本文提出的模糊PID參數(shù)自整定控制算法綜合了數(shù)學(xué)模型和規(guī)則模型的優(yōu)點(diǎn)，利用對(duì)象的先驗(yàn)知識(shí)和調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)信息在線整定參數(shù)，它基于單一模糊規(guī)則，并引入了對(duì)控制性能的智能評(píng)判，能夠處理一定程度的不確定性，并對(duì)大時(shí)滯對(duì)象進(jìn)行有效控制，同時(shí)具有較好的響應(yīng)速度、靜態(tài)指標(biāo)及實(shí)時(shí)性。

　　參數(shù)變化時(shí)的響應(yīng)曲線5結(jié)語本文針對(duì)鋼廠循環(huán)流化鍋爐改造的燃燒過程自動(dòng)控制，提出了模糊PID自整定算法，并對(duì)控制算法進(jìn)行研究與仿真。仿真結(jié)果表明，該控制手段可達(dá)到比較理想的控制效果，具有較現(xiàn)實(shí)的實(shí)用價(jià)值。