電廠熱工過程控制中智能PID 控制器的應用研究

呂 陽

吉林松花江熱電有限公司 吉林 吉林 132000

從目前局勢來看,電廠動力裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是極其精密繁雜的,所以在電廠熱工工程中,延遲性和不確定性往往讓傳統(tǒng)PID控制器難以達到完美表現(xiàn)效果,而在實際情況中,PID 參數(shù)整合策略的有限,使得控制器參數(shù)也面臨種種難題,間接導致了運行效率低下[1]。但隨著近年來科技的發(fā)展,智能PID 控制器的出世,有效解決了這個問題,它能與傳統(tǒng)PID 控制器圓滿相結(jié)合,并得到了使用者的一致認可,這個發(fā)明可謂是取得了很大的成就。智能PID控制器的普遍使用,目前所給我們帶來成果的以及未來的發(fā)展趨勢都是一個很有意義的研究目標。

一、智能PID控制器目前取得的研究成果

(一)傳統(tǒng)PID與模糊控制相應結(jié)合

數(shù)學模型無需有過程的精準性是模糊控制的一大優(yōu)點。它的實行取決于指定的控制規(guī)律,控制量的大小是根據(jù)模糊推理決定的,所以建立特別精準的數(shù)學模型、非線性的過程用模糊控制是相當合適的。模糊控制與傳統(tǒng)PID控制的聯(lián)合,可以讓兩者的優(yōu)勢完美融合,讓控制器和控制系統(tǒng)的性能更加強大,以至于對繁瑣的工業(yè)生產(chǎn)過程能迅速適應。

(二)參數(shù)模糊自動調(diào)整PID控制器

為了能讓控制性能更加完善,以此解決一些不好確認精準度的數(shù)學模型或者是滯后性強、時效性慢和非線性的數(shù)學模型,PID控制參數(shù)的調(diào)整必須基于它的實際工作情況,對PID控制其參數(shù)能起到自動調(diào)整的有效措施之一就是根據(jù)模糊規(guī)則和模糊推理方法,建立契合的模糊規(guī)則是參數(shù)模糊自動校正PID控制器的設計中樞。從目前情況來看,創(chuàng)立模糊規(guī)則的依據(jù)主要是由操作人員的經(jīng)驗、系統(tǒng)的分析數(shù)據(jù)、閉環(huán)反應和進行大量仿真實驗。因為PID控制器的多方位參數(shù)要進行校對,致使模糊校對的規(guī)則數(shù)量相對較大,執(zhí)行工作量多。況且為了更加深入了解PID控制其參數(shù)和系統(tǒng)功效之間的相互作用,要進行超額數(shù)量的仿真實驗,這樣一個龐大的工作量對于設計者來說是一個難題[2]。

(三)模糊PID控制器

模糊PID控制器的建造的根基是來源于一個啟動式控制規(guī)則建造成的模糊控制器。知識庫和模糊推理可以控制其信號,它具有成套的規(guī)則,這和普通控制器的構(gòu)架基本無差異,都是遵循了由輸入為先,輸出為主的工程。同時,在相同控制器上,他們的構(gòu)架也是一樣的,其特征都是非線性。PID 控制器包含了PI型模糊控制器、PD 型模糊控制器,它們之間的差異微乎其微,唯一的差別就是輸出方式的不同。PD 型模糊控制器的優(yōu)勢是能夠及時獲得回應,但劣勢是即便在穩(wěn)定的情況下,數(shù)據(jù)也會出現(xiàn)誤差,不過利用比例積分可以讓此情況得到有效緩解。

(四)神經(jīng)網(wǎng)絡與傳統(tǒng)PID控制結(jié)合

神經(jīng)網(wǎng)絡參數(shù)自適應PID 是指不斷地在神經(jīng)網(wǎng)絡反復試驗控制信號的轉(zhuǎn)換。模糊神經(jīng)的建模方案可以給PID 控制器參數(shù)增加利益,且相對應的裕度可以讓PID 控制器與其相連。神經(jīng)網(wǎng)絡可以分為兩種。本文講述了單元模型構(gòu)造的PID 控制器,它的主要神經(jīng)輸入程序是誤差累計的變化率。隨著周圍環(huán)境的不斷變化,傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)性能逐漸慢慢退出這個快速發(fā)展的時代,這就要求我們必須時刻關(guān)注對其控制系統(tǒng)的改革換代,神經(jīng)元的PID控制器,它能大幅度加強自身的適應能力和抗干擾能力,將滯后系統(tǒng)變得更加完善。

二、電廠熱工過程控制中智能PID控制器的應用研究

(一)過熱器溫控系統(tǒng)

控制器運行模式的演變,讓富有滯后性和連貫性的過熱器系統(tǒng)動態(tài)對其也做出相應的改變。經(jīng)相關(guān)部門研究,過熱器溫控系統(tǒng)性能的提升和控制能力都可以由控制器協(xié)助實現(xiàn),此外,還可以提高它的快速適應能力。目前,有兩種方法可以利用模糊控制和專家制定的串級PID 控制器對二級減溫水予以有效的控制。一是我們必須及時提供對應的控制量實施模糊控制,這是在遇到主汽溫溫差偏大的狀況下的最好措施。此措施可以迅速抵制干擾部分,讓系統(tǒng)的反饋性更加快速流暢,而如果遇到主汽溫偏差較小的情況下,就需要專家研究出相應的PID用來偵測偏差范圍,以此來判定PID 參數(shù)的大小,將控制器的控制精密度、穩(wěn)定性提升一個維度。第二,是用過熱器溫模糊控制的方式使得生產(chǎn)達標,這種控制要求嚴格縝密的方式常被用在DCS的軟件組成上[3]。

(二)單元機組負荷控制系統(tǒng)

非線性、變化性、不穩(wěn)定性是單元機組負荷控制系統(tǒng)中的主要特征。由于多樣化的變化,在沒有使用智能系統(tǒng)的PID 控制器時,其數(shù)學模型很難有固定的模式,所以其生產(chǎn)的效果非常不理想。單元機組負荷控制系統(tǒng)經(jīng)過研究,有兩種控制系統(tǒng)：一是,機和爐與爐和機的相互適應神經(jīng)元建模的負荷控制系統(tǒng)。從大量實驗探索數(shù)據(jù)來看,學習參數(shù)都可在控制系統(tǒng)中得到很快的平衡收益且兩組控制系統(tǒng)都有足夠的品質(zhì)保障。在單元機組負荷控制系統(tǒng)中,時常會出現(xiàn)將非模型控制的邏輯運算法和神經(jīng)元控制二者合一的情況,這種方式的適應性很強,雖然,就近年來的調(diào)查中報告,該方式實行次數(shù)很少,但研究結(jié)果的發(fā)布證實了其可實行性之大,在未來 極有可能會被社會接受并會被大幅度運用。

(三)有延遲性、參數(shù)變化快是鍋爐水位變化過程中經(jīng)常出現(xiàn)的一個問題。常規(guī)的控制系統(tǒng)因在多變的機組變化下很難取得滿意的效果。但再加入了吸收了傳統(tǒng)三沖量水系統(tǒng)的優(yōu)勢而模仿人工智能的控制系統(tǒng)下,最終取得了大量結(jié)果。它的設計采用了操作人員的經(jīng)驗,在設計的時候,注重流量的均衡、汽包的水位和真實的輸出,這為主控的輸出量增加了砝碼。我國目前對于智能PID的研究大多依靠于理論知識和仿真實驗,未能將它帶入到實際生活中加以運用。不過結(jié)論和實驗證明了智能PID 控制系統(tǒng)具有很大的上升空間,已更深層次的滿足了電廠熱工過程實現(xiàn)自動化的需求并大幅提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率,未來智能PID控制器的技術(shù)全面成熟后,企業(yè)應用它將會更加穩(wěn)定可靠。再者,鍋爐燃燒系統(tǒng)受干擾的因素較多,煤質(zhì)的變化、負荷運轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定都可以導致固定參數(shù)發(fā)生紊亂,而模糊控制系統(tǒng)卻能很好化解這個局勢,對電力安全生產(chǎn)提供了相當大的便利。

(四)磨煤機控制

在電廠熱工過程中磨煤機處于延遲時間久、輸出大的特點,動態(tài)特點隨工作變化有很大的不同,因此應用智能PID 可以有效的控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及科學性。應用預測控制技術(shù)從而達到對熱風冷風的有效控制。模糊PID 系統(tǒng)可以減少測量誤差降低小開度時風擋板漏風的問題。

結(jié)語

智能控制其根本是參照人類的智力水平進行決定和掌控的。PID的控制研究本質(zhì)是其和人腦之間用途的區(qū)別。智能控制技術(shù)的發(fā)展為的就是縮短兩者之間的差距,這也是未來智能PID研究的目標和方向。即使我們已經(jīng)對其的探索,小有成就,但依然還有很多問題等著我們進行下一步更全方位的解析和探討,如最適合模糊PID 控制器的參數(shù)構(gòu)架是什么?希望在不久的將來,通過更多權(quán)威人士的不懈查究,智能PID能被研發(fā)出更加先進的功能,并在電廠熱工過程中得到普遍支持和廣泛應用。