模糊免疫PID算法在鍋爐控制策略中的應(yīng)用

喬金玉

（大唐武安發(fā)電有限公司，河北 武安 056300）

模糊免疫PID算法在鍋爐控制策略中的應(yīng)用

喬金玉

（大唐武安發(fā)電有限公司，河北 武安 056300）

根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)和控制特點(diǎn)，提出了模糊免疫PID控制算法，并將此算法應(yīng)用到流化床鍋爐控制策略中。以給煤量-主蒸汽壓力控制系統(tǒng)和給煤量-床溫控制系統(tǒng)為例，在MATLAB仿真軟件中比較模糊免疫PID控制算法和常規(guī)PID控制算法的控制效果，結(jié)果表明在循環(huán)流化床鍋爐控制策略中應(yīng)用模糊免疫PID控制算法能得到更好的控制效果。

循環(huán)流化床；模糊；免疫PID；仿真

0 引言

隨著電力行業(yè)的發(fā)展，循環(huán)流化床鍋爐（Circulating Fluidized Bed Boiler，簡(jiǎn)稱(chēng)CFBB）已經(jīng)得到發(fā)電集團(tuán)越來(lái)越多的重視。CFBB系統(tǒng)較為復(fù)雜，具有大滯后、慢時(shí)延、非線性等特點(diǎn)，較難實(shí)現(xiàn)精確控制，結(jié)合PID控制、生物免疫機(jī)理和模糊控制算法，提出了模糊免疫PID控制算法，以這種算法為基礎(chǔ)對(duì)循環(huán)流化床鍋爐控制策略實(shí)現(xiàn)改進(jìn)。并利用MATLAB進(jìn)行仿真，仿真效果表明，模糊免疫PID控制算法在對(duì)循環(huán)流化床的控制品質(zhì)方面優(yōu)于常規(guī)PID控制。

2.2 仿真研究

選取循環(huán)流化床鍋爐給煤量-主蒸汽壓力控制系統(tǒng)和給煤量-床溫系統(tǒng)控制系統(tǒng)，分別以階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)和魯棒性能實(shí)驗(yàn)。引用常規(guī)PID控制算法與模糊免疫PID控制算法做比較，采用MATLA仿真軟件對(duì)系統(tǒng)的模型進(jìn)行仿真研究。

給煤量-主蒸汽壓力控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：

1 模糊免疫PID控制理論

循環(huán)流化床鍋爐的控制系統(tǒng)存在著較嚴(yán)重的非線性、不確定性等，因此常規(guī)的控制方法不能實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的精確控制。針對(duì)這一特點(diǎn)，文中提出了基于模糊免疫PID方法的循環(huán)流化床鍋爐控制策略。

圖1 自整定模糊免疫PID控制系統(tǒng)

循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)與普通鍋爐相比具有很多特性，諸如響應(yīng)滯后、參數(shù)慢時(shí)變、受外界干擾嚴(yán)重等。所以設(shè)計(jì)循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)時(shí)就要求系統(tǒng)具有良好的抗干擾性和動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)輸出。模糊免疫PID控制算法的控制系統(tǒng)就可較好的滿足以上的要求。

根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，控制系統(tǒng)的偏差和偏差的變化率的模糊域選?。?3，3），控制器的輸出模糊域選取（-3，3），偏差的實(shí)際范圍為（-10，10），則量化因子為0.3，控制器的輸出的輸出幅值限制為（-10，10），故其量化因子也取為0.3。其他量化因子，比例因子均取為1。

2 控制系統(tǒng)的仿真研究

2.1 控制對(duì)象模型的選取

根據(jù)循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，可將燃燒系統(tǒng)簡(jiǎn)化為一個(gè)兩輸入兩輸出的控制對(duì)象，則輸入為系統(tǒng)的一次風(fēng)量和給煤量，輸出為鍋爐的主汽壓力和床溫。系統(tǒng)的輸入與輸出的傳遞函數(shù)表達(dá)式為：

傳遞函數(shù)中 為2×2階矩陣，傳遞函數(shù)的展開(kāi)式為：

控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)，給出幅值為1的響應(yīng)信號(hào)，則系統(tǒng)的響應(yīng)曲線如圖2所示。

圖2 給煤量-主蒸汽壓力階躍響應(yīng)曲線

給煤量-床溫控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：

給出幅值為1的階躍信號(hào)，則系統(tǒng)的響應(yīng)曲線如圖3所示

圖3 給煤量-床溫系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線

對(duì)循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)的模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，并利用MATLAB仿真軟件對(duì)模糊免疫PID算法和常規(guī)PID算法進(jìn)行對(duì)比研究，仿真結(jié)果表明文中提出的模糊免疫PID控制算法優(yōu)于常規(guī)的PID控制算法。采用模糊免疫PID控制算法對(duì)循環(huán)流化床鍋爐控制具有良好的效果。

3 結(jié)論

提出了基于模糊免疫PID算法的循環(huán)流化床控制策略。為了說(shuō)明此種算法的優(yōu)越性，同時(shí)引入了常規(guī)PID控制算法，在MATLAB仿真軟件中做了兩種算法的仿真研究，兩種算法同時(shí)應(yīng)用在給煤量-主蒸汽壓力控制系統(tǒng)和給煤量-床溫系統(tǒng)控制，仿真結(jié)果表明文中提出的模糊免疫PID控制算法在控制效果上有較大的優(yōu)越性。

［1]張興.大型循環(huán)流化龐鍋爐的控制策略研究［D].北京：華北電力大學(xué)，2012.

［2]金小華.330MW循環(huán)流化床鍋爐動(dòng)態(tài)特性仿真研究［D].北京：華北電力大學(xué)，2011.

［3]馬駿，張抗.循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)襯澆注料的損壞及其預(yù)防［J].山東電力高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2005（2）：64-67.

［4]呂崇德，任挺進(jìn)，姜學(xué)智等.大型火電機(jī)組系統(tǒng)仿真與建模［M].北京：清華大學(xué)出版社，2002．

喬金玉（1983—），男，漢，河北邯鄲人，助理工程師，研究方向：為熱工自動(dòng)化及其控制系統(tǒng)。