電廠熱工過程控制中智能PID控制器的應(yīng)用研究

劉大禹

摘要：在計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和控制技術(shù)快速發(fā)展的背景下，各行各業(yè)都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)，大大提升了人們的工作效率，在電廠熱工過程控制中運(yùn)用智能控制技術(shù)與普通PID控制器技術(shù)，以此來構(gòu)成智能PID控制器，這樣將有效地提升熱工控制的效率，增強(qiáng)電廠熱工過程控制的安全性與穩(wěn)定性?；诖耍疚膶⒑喴U述模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和普通PID控制的特征，探討智能PID控制器在電廠熱工過程控制中的應(yīng)用，希望為廣大技術(shù)工作者提供有價(jià)值的參考與建議。

關(guān)鍵詞：電廠;熱工過程控制;智能PID控制器

1電廠熱工過程控制的種類及特點(diǎn)

電廠熱工過程有別于其他工業(yè)過程，帶有自身的復(fù)雜性，在動(dòng)力裝置及熱工過程中表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性、隨機(jī)性、突變性及時(shí)延性，同時(shí)各變量之間也缺乏信息的完整性，因此，很難采用數(shù)學(xué)建模方式精確分析全過程，常規(guī)的PID控制方法并不能達(dá)到完美的控制效果。一般來說，電廠熱工過程包含以下方面。

（1）過熱汽溫過程。電廠鍋爐溫度控制常規(guī)采用增減溫水量的方式進(jìn)行，帶有比較明顯的慣性和時(shí)滯性，動(dòng)態(tài)特性呈現(xiàn)不斷變化。

（2）單元機(jī)組的負(fù)荷過程。這一過程具有強(qiáng)烈的非線性、不確定性及時(shí)變性，存在耦合程度較高的多變量，難以進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。

（3）鍋爐水位系統(tǒng)。汽包給水系統(tǒng)復(fù)雜多變，容易受到水量的擾動(dòng)，當(dāng)系統(tǒng)處在低負(fù)荷階段，會(huì)出現(xiàn)時(shí)滯性和非最小相位現(xiàn)象。

（4）鍋爐燃燒系統(tǒng)。這一過程也是多變量耦合較嚴(yán)重，且干擾因素眾多，燃燒率也難以準(zhǔn)確測量。該系統(tǒng)又細(xì)分為熱負(fù)荷調(diào)節(jié)、氧量校正及爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)三個(gè)系統(tǒng)，以熱負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)為主。

（5）制粉系統(tǒng)。作為一個(gè)輔助系統(tǒng)，起到重要的調(diào)節(jié)作用。該系統(tǒng)也是具備了純延遲及強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，帶有時(shí)變性。

2模糊控制與普通PID控制結(jié)合

普通PID控制與模糊控制的有效結(jié)合，融合者兩者各自的有限，能夠很好地解決控制器整定不良與控制系統(tǒng)性能低下的不良問題，為提升生產(chǎn)效率和實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。其一，模糊與PID復(fù)合控制。一般而言，系統(tǒng)在實(shí)際的工作過程中難免會(huì)出現(xiàn)一定的偏差，由于單一控制并不可以滿足系統(tǒng)的各項(xiàng)要求，所以要利用不同控制組合的功能來實(shí)現(xiàn)功能之間的自行切換，從而有效解決系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題;其二，模糊PID控制器。這一控制器則是運(yùn)用模糊推理和知識庫的綜合性作用，首先將控制信號推導(dǎo)出來，而且和普通的PID控制器有著一樣的結(jié)構(gòu)提示原理，都是先輸入才能輸出，具有一樣的非線性特點(diǎn)，通常情況下模糊PID控制器涵蓋PD型控制器、模糊PID控制器和PI型模糊控制器，這些控制器都有著不一樣的輸出、輸入模式;其三，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合普通PID控制器。需要神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不斷地分析調(diào)試控制信號，并會(huì)進(jìn)行適時(shí)地切換測試，從而發(fā)現(xiàn)最適宜的P、I、D之間的參數(shù)，PID控制器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的融合，這樣就可以利用函數(shù)映射的作用，應(yīng)用于多變量的控制系統(tǒng)之內(nèi)，一旦控制對象產(chǎn)生了一些改變，系統(tǒng)就能夠按照控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)來促使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的系數(shù)產(chǎn)生變化，總而言之，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合普通PID控制器可以大大增強(qiáng)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)化控制的目標(biāo)。

3智能PID控制器在熱力工程過程控制中的應(yīng)用

3.1過熱汽溫系統(tǒng)

控制器運(yùn)行狀態(tài)的變化會(huì)直接導(dǎo)致過熱汽溫系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的改變，在實(shí)際的研究中發(fā)現(xiàn)，PID控制器有利于增強(qiáng)過熱汽溫控制系統(tǒng)的綜合性能與控制能力，很好地增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的適應(yīng)性。通常情況下模糊控制和專家自整定串級PID控制的方法如下：在主汽溫偏差大的狀態(tài)下，技術(shù)工作者能夠在較短的時(shí)間內(nèi)采取模糊控制的方式來抑制干擾，進(jìn)而提升系統(tǒng)反應(yīng)速度，保障系統(tǒng)的正常工作;而在面對主汽溫偏差小的狀況時(shí)，技術(shù)工作者則需要整定相應(yīng)的PID，根據(jù)偏差噪音來確定PID值，不斷地提升控制器的控制可靠性與精準(zhǔn)度。

3.2 單元機(jī)組負(fù)荷控制系統(tǒng)

時(shí)變性、非線性和不確定性是單元機(jī)組負(fù)荷控制系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)，而且有著很多的變量，不利于建立科學(xué)合理的數(shù)學(xué)模型，若是運(yùn)用普通PID控制器，在性能方面不會(huì)產(chǎn)生顯著的效果，還有可能出現(xiàn)難以融合的問題。根據(jù)單元機(jī)組負(fù)荷控制系統(tǒng)控制對象的特點(diǎn)和神經(jīng)元的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，相關(guān)專家研究出了兩種適應(yīng)能力很強(qiáng)的控制系統(tǒng)，也即是機(jī)跟爐和爐跟機(jī)，具有很強(qiáng)的自動(dòng)適應(yīng)能力，有關(guān)研究結(jié)果表明，當(dāng)學(xué)習(xí)參數(shù)快速收斂至平衡值時(shí)，具有很強(qiáng)的控制能力，若是把非模型控制的模糊邏輯算法和神經(jīng)元控制有機(jī)融合，那么系統(tǒng)的適應(yīng)性將得到大大增強(qiáng)，很好地提升了電廠熱工過程控制能力。

3.3鍋爐水位系統(tǒng)

在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中鍋爐水位系統(tǒng)并不會(huì)保持一直不變，而且有著延遲性的特點(diǎn)，甚至?xí)霈F(xiàn)行業(yè)內(nèi)所說的“虛假水位”情況。一般的三沖量控制系統(tǒng)采取建立科學(xué)數(shù)學(xué)模式與設(shè)置PID參數(shù)的方法來控制鍋爐水位系統(tǒng)，但是這樣的方式方法也不能很好地解決鍋爐水位系統(tǒng)的弊端問題，若是在機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生一些改變時(shí)，很難取得良好的控制效果。在智能PID控制器中，會(huì)利用模糊規(guī)則的原理科學(xué)化地調(diào)整鍋爐水位的相關(guān)參數(shù)，而且智能PID控制器在循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)用，有著很好的汽包水位控制質(zhì)量。

3.4鍋爐燃燒系統(tǒng)

鍋爐燃燒系統(tǒng)受到多種因素的制約，如煤炭的煤質(zhì)變化、變量間的耦合程度、單元機(jī)的負(fù)荷變化、時(shí)滯性等，燃燒系統(tǒng)呈現(xiàn)強(qiáng)烈的波動(dòng)性，外加上燃燒率通過在線測量時(shí)難以做到準(zhǔn)確化，因而經(jīng)常采用PID控制器求取出固定的參數(shù)。

結(jié)束語

總而言之，相對于普通PID控制器而言，智能PID控制器不僅僅具備普通PID控制器的功能特點(diǎn)，而且還具有自我學(xué)習(xí)能力與自我拓展能力，并通過自動(dòng)控制的形式來及時(shí)解決一些突發(fā)情況，是提升電廠熱工過程控制能力的良好形式，在電廠熱工過程控制領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景，并將提升電廠的生產(chǎn)效率，促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)力的大幅度提升。

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