智能控制及其在火電廠熱工自動(dòng)化中的應(yīng)用

張凱林

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)陜西省電力設(shè)計(jì)院有限公司，陜西 西安 710054）

0 引 言

目前，社會(huì)中的熱能動(dòng)力設(shè)備復(fù)雜度較高，應(yīng)用過程中不會(huì)呈現(xiàn)線性排布，且隨著時(shí)間的變化產(chǎn)生較大差異。同時(shí)，因?yàn)閰?shù)等方面的限制影響PID控制，使得控制器不能完全發(fā)揮作用。所以，不能通過建立模型的方式研究智能控制。人們開始考慮如何將智能控制應(yīng)用于熱工自動(dòng)化。

1 智能控制的發(fā)展歷程

1965年，傅京孫在相關(guān)控制系統(tǒng)中提出智能控制的思想理念。1971年，傅京孫詳細(xì)論述了人工智能，認(rèn)為其是智能控制的前身，并闡述了理論和思想觀點(diǎn)。但是，“智能控制”這個(gè)名詞確定于1967年，且在1977年研究人員提出可以在傅京孫觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上加深其和運(yùn)籌學(xué)的聯(lián)系。因此，智能控制在日后的發(fā)展中逐漸加入了信息論，且已經(jīng)趨于成熟。近幾年，智能控制技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，取得了卓越成就。計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代背景下，智能控制技術(shù)將出現(xiàn)新的突破[1]。

2 智能控制技術(shù)的控制手段

2.1 通過分層遞階方式進(jìn)行控制

如果系統(tǒng)控制的復(fù)雜度較高，通常應(yīng)用分層遞階的控制方式。它的結(jié)構(gòu)等級(jí)主要通過智能性的強(qiáng)弱區(qū)分。智能性最強(qiáng)的等級(jí)為組織級(jí)，智能性稍弱的等級(jí)為協(xié)調(diào)級(jí)，智能性最弱的等級(jí)為運(yùn)行控制級(jí)。智能性強(qiáng)的等級(jí)將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的運(yùn)行，且運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)耗費(fèi)的時(shí)間最多，遇到不可控因素和問題的幾率也會(huì)大幅度上升。

2.2 利用專家控制系統(tǒng)進(jìn)行控制

專家控制主要是將理論、技術(shù)和控制理論有效融合，如果不知道外界環(huán)境的具體情況，專家智能控制系統(tǒng)將利用龐大的知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)構(gòu)完成系統(tǒng)運(yùn)行。此外，控制部件從知識(shí)庫(kù)中獲取關(guān)鍵信息后，根據(jù)策略推理規(guī)則調(diào)控系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。專家控制系統(tǒng)的靈活性高，同時(shí)參數(shù)偏差較大時(shí)，可保證工作的可靠性。專家控制技術(shù)根據(jù)應(yīng)用復(fù)雜度的差異分為控制器和控制系統(tǒng)兩類。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整，功能完善。而專家式控制器通常應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，與專家控制系統(tǒng)相比，構(gòu)造簡(jiǎn)單，且在邏輯算法中發(fā)揮著重要作用[2]。

2.3 通過模糊控制達(dá)到目標(biāo)

模糊控制的理論于1965年提出，1974年成功應(yīng)用于蒸汽機(jī)控制，在當(dāng)時(shí)引起了巨大轟動(dòng)。模糊控制自創(chuàng)建至如今飛速發(fā)展，應(yīng)用于各種領(lǐng)域。模糊控制主要是在模糊推理的基礎(chǔ)上，模擬人類思索問題的方式解決各類問題。模糊控制主要通過數(shù)學(xué)、語(yǔ)言的形式推導(dǎo)相關(guān)邏輯問題，之后利用計(jì)算機(jī)控制整體系統(tǒng)，其中最突出的是具有閉環(huán)結(jié)構(gòu)的智能控制手段。這種控制手段魯棒性較強(qiáng)，解決時(shí)變系統(tǒng)控制或者非線性系統(tǒng)控制問題中具有重要作用。此外，模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不需按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路建立精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型，而是根據(jù)相關(guān)人員積累的經(jīng)驗(yàn)，保證數(shù)據(jù)操作的合理性。模擬控制的推理不是利用計(jì)算機(jī)或者其他工具計(jì)算，而是通過模擬人類大腦，思考、推理復(fù)雜度較高的問題。模擬控制使用的語(yǔ)言在傳統(tǒng)數(shù)學(xué)變量的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，從而達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的目的[3]。

2.4 模擬人腦神經(jīng)進(jìn)行控制

模擬人腦神經(jīng)進(jìn)行控制的方式被稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，根據(jù)人腦神經(jīng)元之間的分布、連接和表達(dá)的信息而創(chuàng)建。逼近理論是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的理論基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行建模、修正權(quán)值，且在控制過程中自我核算和校正。神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的特性為非線性，且建模時(shí)能夠節(jié)省大量精力。此外，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中含有多種并行結(jié)構(gòu)，提升了程序處理數(shù)據(jù)的能力。如果部分程序出錯(cuò)，不會(huì)影響整體系統(tǒng)。神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力和適應(yīng)能力較強(qiáng)，根據(jù)外界環(huán)境中的信息記憶數(shù)據(jù)，結(jié)合具體情況作出轉(zhuǎn)變。當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理信號(hào)時(shí)，可以同時(shí)處理多個(gè)變量，在多變量系統(tǒng)中發(fā)揮了較大作用。

2.5 多種控制手段組合

智能控制手段的種類較多，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著，但是在較大程度上造成了應(yīng)用的局限性。多種控制手段組合不僅能夠發(fā)揮單一手段的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，而且增加了功能的多樣性，最大程度上發(fā)揮了每種智能控制手段的優(yōu)勢(shì)?？萍既藛T將多種控制手段應(yīng)用于專家控制、模糊控制，進(jìn)而研發(fā)了模糊裝夾控制系統(tǒng)。當(dāng)需求信息完整度不足時(shí)，它模擬人類的方式找出最有效的解決思路和方法，同時(shí)應(yīng)用知識(shí)庫(kù)解答問題，最大程度保證信息的準(zhǔn)確性。模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的控制系統(tǒng)可以處理模糊的信息，且在處理非結(jié)構(gòu)化信息時(shí)尤為明顯。綜上所述，多種控制手段組合的方式提升了系統(tǒng)學(xué)習(xí)能力，促進(jìn)了表達(dá)能力[4]。

3 在火電廠熱工自動(dòng)化不同環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

3.1 控制溫度過高的汽溫

控制溫度過高的汽溫是目前衡量鍋爐運(yùn)行質(zhì)量的主要標(biāo)準(zhǔn)之一。傳統(tǒng)的控制手段主要是通過調(diào)控減溫水量控制汽溫，但系統(tǒng)慣性較大，且動(dòng)態(tài)特性隨著外界環(huán)境而變化。因此，人們將智能控制技術(shù)應(yīng)用于系統(tǒng)，大幅增強(qiáng)了系統(tǒng)性能，且在控制力度和適應(yīng)性方面發(fā)揮了較大作用。目前，主要通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制器滿足控制需求。結(jié)合實(shí)際發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制器最大程度發(fā)揮了學(xué)習(xí)性能的優(yōu)勢(shì)，并且負(fù)荷變化較大的情況下達(dá)到了控制過高汽溫的要求。同時(shí)，可以調(diào)整傳統(tǒng)控制手段不能解決的模型不穩(wěn)定問題。

3.2 控制鍋爐燃燒環(huán)節(jié)

鍋爐燃燒容易受多種因素干擾、制約，且測(cè)量燃燒率時(shí)沒有簡(jiǎn)便的測(cè)量方法，而專家系統(tǒng)可以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。此外，依據(jù)推理機(jī)判斷規(guī)則，它可以判斷發(fā)生的重大事故和故障的子集，同時(shí)精準(zhǔn)判斷送風(fēng)調(diào)節(jié)和煤厚調(diào)節(jié)的子集。專家控制系統(tǒng)主要是通過模糊控制解決鍋爐燃燒環(huán)節(jié)中的不確定性問題，從而提升控制的精準(zhǔn)度、魯棒性以及鍋爐燃燒環(huán)節(jié)中的控制力度[5]。

3.3 合理控制制粉系統(tǒng)

儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)是火電廠熱工自動(dòng)化制粉系統(tǒng)的關(guān)鍵，但在控制中存在較大難度。首先，磨負(fù)荷信號(hào)測(cè)量的難度較大。其次，建立數(shù)學(xué)模型過程中的復(fù)雜度較高，需相關(guān)人員有豐富的經(jīng)驗(yàn)。針對(duì)中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)控制過程中遇到的難點(diǎn)，可以通過模糊語(yǔ)言總結(jié)相關(guān)人員的經(jīng)驗(yàn)，將結(jié)果儲(chǔ)存至計(jì)算機(jī)，并在計(jì)算完成后應(yīng)用預(yù)測(cè)、分級(jí)方式控制中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)。不僅可以提升球磨機(jī)的安全性、穩(wěn)定性，而且可為應(yīng)用企業(yè)提供更高的經(jīng)濟(jì)收益[6]。

3.4 控制給水環(huán)節(jié)、加藥環(huán)節(jié)

通常情況下，火電廠鍋爐加藥環(huán)節(jié)中可以加入聯(lián)胺，排除水中氧氣、二氧化碳，大幅度降低系統(tǒng)被氧化腐蝕的概率。同時(shí)，加藥環(huán)節(jié)可以加入氨提升給水的pH值，大幅減小pH值過低造成的水系統(tǒng)腐蝕程度。水處理的程度和鍋爐的蒸發(fā)量影響給水量和加藥量，進(jìn)而PID調(diào)解時(shí)不能控制系統(tǒng)。因此，使用模糊控制系統(tǒng)構(gòu)造相關(guān)人員的經(jīng)驗(yàn)，并將其轉(zhuǎn)化為控制推理的手段，從而解決外界環(huán)境影響造成的問題。這種方法不僅控制了電機(jī)的轉(zhuǎn)速，大幅度提升了給水的質(zhì)量，而且發(fā)揮了魯棒性優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié) 論

綜上所述，智能控制在火電廠熱工自動(dòng)化中具有重要作用和無限潛力。目前，人們逐漸加大智能控制理論的研究力度，實(shí)際的應(yīng)用手段逐漸成熟。未來發(fā)展中，智能控制在熱工自動(dòng)化領(lǐng)域的作用將越來越重要，同時(shí)大大促進(jìn)了電力工業(yè)的發(fā)展。