模糊控制用于國(guó)產(chǎn)鍋爐的設(shè)計(jì)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(duì)于鍋爐這一時(shí)變、死區(qū)、非線性，多變量耦合、擾動(dòng)大的復(fù)雜系統(tǒng)，這絕非一件易事。而且鍋爐對(duì)象的特征隨著鍋爐運(yùn)行工況的改變而改變，沒(méi)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(guò)程控制的一條新途徑。計(jì)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(guò)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(duì)被控對(duì)象的自動(dòng)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(duì)象的各種工況。

　　對(duì)于對(duì)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(duì)象的完整數(shù)學(xué)模型，只要直接控制語(yǔ)言。對(duì)測(cè)量?jī)x表精度要求不高。

　　對(duì)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(guó)產(chǎn)鍋爐的設(shè)計(jì)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(dòng)由控制系統(tǒng)負(fù)反饋直接消除。而蒸氣流量D擾動(dòng)和熱負(fù)荷擾動(dòng)可通過(guò)引入采用Fuzzy控制器可消除虛假水位對(duì)控制系統(tǒng)的影響，取得更佳的動(dòng)態(tài)指示，同時(shí)由于輸出環(huán)節(jié)引入PI控制器，使得穩(wěn)定時(shí)無(wú)靜差。

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

　　燃燒率擾動(dòng)，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(dòng)，擾動(dòng)作用下的氣溫反應(yīng)較快。

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

　　上述擾動(dòng)均可通過(guò)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(dòng)態(tài)指標(biāo)和穩(wěn)態(tài)指標(biāo)。

　　減溫水過(guò)熱蒸氣溫度調(diào)節(jié)對(duì)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(duì)模糊控制進(jìn)行校正，使得控制系統(tǒng)具有一個(gè)理想的特性。根據(jù)系統(tǒng)工況變化自動(dòng)校正Ke和Kec使系統(tǒng)的超調(diào)量，過(guò)渡過(guò)程時(shí)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(dòng)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(shí)間以后加入。

　　2.3鍋爐燃燒自動(dòng)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(duì)象的動(dòng)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(shí)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(guò)熱器動(dòng)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(shí)氣壓被控對(duì)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(guò)�？諝庀禂�(shù)。燃燒過(guò)程中過(guò)�？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(guò)剩空氣系數(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(jiǎn)稱為風(fēng)/燃比）242最佳控制方法由實(shí)踐測(cè)得正常運(yùn)行時(shí)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(shí)檢測(cè)煙道中含氧量來(lái)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(shí)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(duì)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(duì)應(yīng)。它克服了由于氧化鎬分析儀的測(cè)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(cè)量難以得出準(zhǔn)確值，本項(xiàng)目采用鍋爐的發(fā)熱量來(lái)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(shí)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(shí)間較短，但精度差，而卩在線尋優(yōu)法精度，但計(jì)算量大，只適用于負(fù)荷波動(dòng)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(lái)使用。在動(dòng)態(tài)時(shí)采用最佳露天采區(qū)水泵高壓起動(dòng)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(hào)：1008 0問(wèn)題的提出露天采區(qū)原有的6kV高壓起動(dòng)柜為手動(dòng)操作，即一步起動(dòng)后，待起動(dòng)電流降至額定電流值附近時(shí)，用手工操作二次起動(dòng)，在運(yùn)行該起動(dòng)柜時(shí)易造成誤操作。主要原因是手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確性差，個(gè)別時(shí)泵工一次起動(dòng)后，忘記二次起動(dòng)，加之二次起動(dòng)的接觸器觸頭的不到位，造成電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)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(dòng)柜改造延時(shí)繼電器自動(dòng)控制系統(tǒng)，從而保證了一次起動(dòng)后，二次接觸器能夠按整定后的時(shí)間動(dòng)作，使得操作自動(dòng)化。

　　1改造原起動(dòng)柜原理圖如。

　　改造后起動(dòng)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(shí)采取卩在線自尋優(yōu)方法控制燃燒過(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)，而在極值點(diǎn)附近，曲線平緩處采用小步長(zhǎng)進(jìn)行搜索。通過(guò)模糊邏輯判斷可實(shí)現(xiàn)步長(zhǎng)的自動(dòng)改變。應(yīng)用模糊集合論設(shè)計(jì)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(gè)采樣周期熱量的增量Adq根據(jù)Adq和上一周期尋優(yōu)步長(zhǎng)Ax確定本次的尋優(yōu)步長(zhǎng)及方向。Ay和Ax分別是熱量增量和步長(zhǎng)的模糊語(yǔ)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(zhǎng)的實(shí)際值。當(dāng)搜索到極值點(diǎn)時(shí)。n達(dá)到最大值，停止搜索。

　　為保證風(fēng)/燃比自尋優(yōu)過(guò)程的穩(wěn)定，加入1個(gè)停止環(huán)節(jié)，在負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)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(duì)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(shí)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(duì)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(huì)效益顯著。