模糊控制用于國產(chǎn)鍋爐的設(shè)計思想

　傳統(tǒng)的控制方法（如PID控制器）要求首先建立系統(tǒng)較為精確的數(shù)字模型，然而對于鍋爐這一時變、死區(qū)、非線性，多變量耦合、擾動大的復(fù)雜系統(tǒng)，這絕非一件易事。而且鍋爐對象的特征隨著鍋爐運(yùn)行工況的改變而改變，沒有確定的數(shù)學(xué)模型。模糊控制擺脫了精確數(shù)學(xué)模型的束縛，開辟了工業(yè)過程控制的一條新途徑。計算機(jī)技術(shù)的日益成熟與發(fā)展，為這一方法的應(yīng)用提供了先進(jìn)而可靠的硬件條件。

　　1模糊控制的特點(diǎn)模糊控制是在人工操作經(jīng)驗(yàn)之上，利用模糊數(shù)學(xué)工具把人工的控制過程定量化，使控制器得以接受人們的經(jīng)驗(yàn)，模仿人的操作策略實(shí)現(xiàn)對被控對象的自動控制。模糊控制器具具有如下特點(diǎn)：是一種較為理想的非線形控制器，適用于對象的各種工況。

　　對于對象參數(shù)和結(jié)構(gòu)變化，其適應(yīng)能力優(yōu)于常規(guī)PID控制器。

　　不需知道對象的完整數(shù)學(xué)模型，只要直接控制語言。對測量儀表精度要求不高。

　　對耦合嚴(yán)重的系統(tǒng)也有較好的控制特性。

　　2模糊控制用于國產(chǎn)鍋爐的設(shè)計思想2.1汽包水位控制系統(tǒng)包水位的閉環(huán)控制，其框圖如所示。

　　由框圖可知，內(nèi)擾動由控制系統(tǒng)負(fù)反饋直接消除。而蒸氣流量D擾動和熱負(fù)荷擾動可通過引入采用Fuzzy控制器可消除虛假水位對控制系統(tǒng)的影響，取得更佳的動態(tài)指示，同時由于輸出環(huán)節(jié)引入PI控制器，使得穩(wěn)定時無靜差。

　　2.2過熱蒸氣溫度自動控制系統(tǒng)221過熱蒸氣溫度調(diào)節(jié)對象結(jié)構(gòu)及主要擾動特性過熱蒸氣溫度調(diào)節(jié)對象結(jié)構(gòu)如所示，擾動因素如下：減溫水流量擾動，它對控制系統(tǒng)的內(nèi)擾動，擾動作用下的氣溫反應(yīng)較慢。

　　燃燒率擾動，即鍋爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生的熱量變化。它是控制系統(tǒng)的外擾動，擾動作用下的氣溫反應(yīng)較快。

　　蒸氣流量擾動，也屬于控制系統(tǒng)的外擾動，氣溫的延時和慣性比較小。

　　上述擾動均可通過控制回路的負(fù)反饋?zhàn)饔枚�消��。其中關(guān)鍵是提高系統(tǒng)的動態(tài)指標(biāo)和穩(wěn)態(tài)指標(biāo)。

　　減溫水過熱蒸氣溫度調(diào)節(jié)對象結(jié)構(gòu)框圖作2.22氣溫控制線的構(gòu)成其中自校正調(diào)節(jié)其精調(diào)部分的主要功能是在隨機(jī)環(huán)境中對模糊控制進(jìn)行校正，使得控制系統(tǒng)具有一個理想的特性。根據(jù)系統(tǒng)工況變化自動校正Ke和Kec使系統(tǒng)的超調(diào)量，過渡過程時間，穩(wěn)態(tài)精度等三項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到令人滿意的程度�！拔⒄{(diào)”部分的作用是在滿足上述二項(xiàng)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，再進(jìn)一步提高系統(tǒng)的動態(tài)指標(biāo)。微調(diào)部分可以與粗調(diào)部分一起加入，也可以在粗調(diào)部分進(jìn)行若干時間以后加入。

　　2.3鍋爐燃燒自動控制系統(tǒng)2.3.1燃燒控制系統(tǒng)之任務(wù)維持主蒸氣壓力在規(guī)定范圍內(nèi)。

　　維持爐膛負(fù)壓在規(guī)定范圍內(nèi)。

　　2.3.2氣壓被控對象的動態(tài)特性其中t.s為燃料量改變至熱負(fù)荷變化的滯后時間，與燃料質(zhì)有關(guān)，Cb是鍋爐的蓄熱系數(shù)，由鍋爐的結(jié)構(gòu)決定。Rgt是過熱器動態(tài)阻力，是負(fù)荷D的函數(shù)，隨D增大而增大。Cm是蒸氣管道的容量系數(shù)，由管道結(jié)構(gòu)決定�？梢娫阱仩t不同負(fù)荷下貨不同燃料質(zhì)運(yùn)行時氣壓被控對象的數(shù)學(xué)模型發(fā)生變化，其變化程度取決于負(fù)荷、燃料的變化程度。只有根據(jù)鍋爐運(yùn)行工況的改變而改變相應(yīng)的調(diào)節(jié)器參數(shù)，才能收到好的控制效果。

　　241控制思想介紹為了獲得最佳燃燒，進(jìn)入鍋爐的實(shí)際空氣量應(yīng)大于理論空氣量。進(jìn)入鍋爐的實(shí)際空氣量和理論空氣量之比稱為過�？諝庀禂�(shù)。燃燒過程中過�？諝庀禂�(shù)與熱效率n的關(guān)系曲線如所示。

　　由圖可知維持一定范圍的過�？諝庀禂�(shù)，才能獲得較高的燃燒效率，從而達(dá)到最優(yōu)燃燒。當(dāng)n=n，調(diào)整風(fēng)/燃料比P可改變h在線尋優(yōu)卜即可轉(zhuǎn)化為在線尋優(yōu)P.（以下簡稱為風(fēng)/燃比）242最佳控制方法由實(shí)踐測得正常運(yùn)行時合理的卩值，在運(yùn)行中按卩=風(fēng)量/燃料量=常數(shù)控制鍋爐的燃燒，再配以實(shí)時檢測煙道中含氧量來完成風(fēng)/燃比的在線修正，使含氧量維持在最佳值。此最佳含氧量值是負(fù)荷D的函數(shù)。該方法的控制精度依賴于氧化鎬傳感器探頭安裝的位置、爐膛空氣的滲透、燃料的變化等諸因素。這種方法在控制鍋爐燃燒時能得到較好的燃燒效率，并不是最優(yōu)。

　　理想情況是以耗燃料量為指標(biāo)，對風(fēng)/燃比進(jìn)行在線尋優(yōu)控制。這種方法得到的最佳運(yùn)行點(diǎn)是氏》，是真實(shí)代表了鍋爐燃燒效率的最高點(diǎn)，即與中的叫點(diǎn)相對應(yīng)。它克服了由于氧化鎬分析儀的測量誤差和最佳含氧量的不準(zhǔn)確而造成的非最優(yōu)燃燒的缺點(diǎn)。由于鍋爐是油+瓦斯氣體混合燃燒，冬夏兩季油與瓦斯氣的比例不等，夏季瓦斯燃用比較大，冬季較小，故燃料的燃燒值是變量。因此最佳值也是變量。油量和瓦斯氣流量的測量難以得出準(zhǔn)確值，本項(xiàng)目采用鍋爐的發(fā)熱量來代表燃料量。

　　即以發(fā)熱量Dq為目標(biāo)函數(shù)，在線搜索風(fēng)/燃比氏當(dāng)Dq達(dá)到最大值時尋優(yōu)得到最佳風(fēng)/燃比卩0值，在最優(yōu)風(fēng)/燃比下運(yùn)行，鍋爐的熱效率最高。

　　243最佳燃燒控制方法上述兩方法各有特點(diǎn)，氧量修正卩法響應(yīng)時間較短，但精度差，而卩在線尋優(yōu)法精度，但計算量大，只適用于負(fù)荷波動較小的穩(wěn)態(tài)情況。本項(xiàng)目擬2 4iq在線最優(yōu)風(fēng)，燃比控制系統(tǒng)胃丨Eleeto）niepublish述兩種方法結(jié)合起來使用。在動態(tài)時采用最佳露天采區(qū)水泵高壓起動柜改造及應(yīng)用孟慶\孫麗華2（1哈爾濱市煤炭工業(yè)公司，黑龍江呼蘭154834；2黑龍江正大實(shí)業(yè)有限公司，黑龍江呼蘭150525）：TD613：B文章編號：1008 0問題的提出露天采區(qū)原有的6kV高壓起動柜為手動操作，即一步起動后，待起動電流降至額定電流值附近時，用手工操作二次起動，在運(yùn)行該起動柜時易造成誤操作。主要原因是手動操作機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確性差，個別時泵工一次起動后，忘記二次起動，加之二次起動的接觸器觸頭的不到位，造成電動機(jī)長時帶頻敏變阻器運(yùn)行，致使頻敏變阻器燒毀。為了解決該系統(tǒng)的缺陷，將該起動柜改造延時繼電器自動控制系統(tǒng)，從而保證了一次起動后，二次接觸器能夠按整定后的時間動作，使得操作自動化。

　　1改造原起動柜原理圖如。

　　改造后起動柜原理圖如工作原理（略）煙氣含氧量方法控制燃燒，在穩(wěn)態(tài)時采取卩在線自尋優(yōu)方法控制燃燒過程，以獲得最高的燃燒效率。

　　2.44風(fēng)/燃比Fuzzy自尋優(yōu)控制器及工作原理本項(xiàng)目采用變步長尋優(yōu)搜索法，在離極值點(diǎn)較遠(yuǎn)處，曲線較陡，選用大步長，而在極值點(diǎn)附近，曲線平緩處采用小步長進(jìn)行搜索。通過模糊邏輯判斷可實(shí)現(xiàn)步長的自動改變。應(yīng)用模糊集合論設(shè)計的模糊自尋優(yōu)控制器，如所示。

　　它以熱效率（熱量）為指標(biāo)，尋找最佳的風(fēng)/燃比。在每個采樣周期熱量的增量Adq根據(jù)Adq和上一周期尋優(yōu)步長Ax確定本次的尋優(yōu)步長及方向。Ay和Ax分別是熱量增量和步長的模糊語言變量。Ky為Ay的量化因子，Kx為比例因子，它把Ax轉(zhuǎn)換為步長的實(shí)際值。當(dāng)搜索到極值點(diǎn)時。n達(dá)到最大值，停止搜索。

　　為保證風(fēng)/燃比自尋優(yōu)過程的穩(wěn)定，加入1個停止環(huán)節(jié)，在負(fù)荷波動較大時暫停搜索。自尋控制是一種穩(wěn)態(tài)最優(yōu)化比例控制，其采樣頻率應(yīng)低于對象固有頻率的5倍，本系統(tǒng)自尋優(yōu)搜索周期為1h，搜索時間為3~5min.主蒸氣壓力米樣周期為5s. 3結(jié)論根據(jù)模糊控制思想，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)/燃料比在線自尋優(yōu)，按最佳風(fēng)/燃料比控制鍋爐的運(yùn)行，可使鍋爐的燃燒效率最高。針對鍋爐的不同運(yùn)行方式，燃燒控制系統(tǒng)采用控制一次風(fēng)壓和保持最佳煙氣含氧量于風(fēng)/燃料比自尋優(yōu)的控制策略，提高了鍋爐的燃燒效率。節(jié)油率在1.5%以上，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。