模糊控制用于國產鍋爐的設計思想

　傳統的控制方法（如PID控制器）要求首先建立系統較為精確的數字模型，然而對于鍋爐這一時變、死區、非線性，多變量耦合、擾動大的復雜系統，這絕非一件易事。而且鍋爐對象的特征隨著鍋爐運行工況的改變而改變，沒有確定的數學模型。模糊控制擺脫了精確數學模型的束縛，開辟了工業過程控制的一條新途徑。計算機技術的日益成熟與發展，為這一方法的應用提供了先進而可靠的硬件條件。

　　1模糊控制的特點模糊控制是在人工操作經驗之上，利用模糊數學工具把人工的控制過程定量化，使控制器得以接受人們的經驗，模仿人的操作策略實現對被控對象的自動控制。模糊控制器具具有如下特點：是一種較為理想的非線形控制器，適用于對象的各種工況。

　　對于對象參數和結構變化，其適應能力優于常規PID控制器。

　　不需知道對象的完整數學模型，只要直接控制語言。對測量儀表精度要求不高。

　　對耦合嚴重的系統也有較好的控制特性。

　　2模糊控制用于國產鍋爐的設計思想2.1汽包水位控制系統包水位的閉環控制，其框圖如所示。

　　由框圖可知，內擾動由控制系統負反饋直接消除。而蒸氣流量D擾動和熱負荷擾動可通過引入采用Fuzzy控制器可消除虛假水位對控制系統的影響，取得更佳的動態指示，同時由于輸出環節引入PI控制器，使得穩定時無靜差。

　　2.2過熱蒸氣溫度自動控制系統221過熱蒸氣溫度調節對象結構及主要擾動特性過熱蒸氣溫度調節對象結構如所示，擾動因素如下：減溫水流量擾動，它對控制系統的內擾動，擾動作用下的氣溫反應較慢。

　　燃燒率擾動，即鍋爐內燃燒產生的熱量變化。它是控制系統的外擾動，擾動作用下的氣溫反應較快。

　　蒸氣流量擾動，也屬于控制系統的外擾動，氣溫的延時和慣性比較小。

　　上述擾動均可通過控制回路的負反饋作用而消除。其中關鍵是提高系統的動態指標和穩態指標。

　　減溫水過熱蒸氣溫度調節對象結構框圖作2.22氣溫控制線的構成其中自校正調節其精調部分的主要功能是在隨機環境中對模糊控制進行校正，使得控制系統具有一個理想的特性。根據系統工況變化自動校正Ke和Kec使系統的超調量，過渡過程時間，穩態精度等三項指標達到令人滿意的程度。“微調”部分的作用是在滿足上述二項指標的基礎上，再進一步提高系統的動態指標。微調部分可以與粗調部分一起加入，也可以在粗調部分進行若干時間以后加入。

　　2.3鍋爐燃燒自動控制系統2.3.1燃燒控制系統之任務維持主蒸氣壓力在規定范圍內。

　　維持爐膛負壓在規定范圍內。

　　2.3.2氣壓被控對象的動態特性其中t.s為燃料量改變至熱負荷變化的滯后時間，與燃料質有關，Cb是鍋爐的蓄熱系數，由鍋爐的結構決定。Rgt是過熱器動態阻力，是負荷D的函數，隨D增大而增大。Cm是蒸氣管道的容量系數，由管道結構決定。可見在鍋爐不同負荷下貨不同燃料質運行時氣壓被控對象的數學模型發生變化，其變化程度取決于負荷、燃料的變化程度。只有根據鍋爐運行工況的改變而改變相應的調節器參數，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，進入鍋爐的實際空氣量應大于理論空氣量。進入鍋爐的實際空氣量和理論空氣量之比稱為過剩空氣系數。燃燒過程中過剩空氣系數與熱效率n的關系曲線如所示。

　　由圖可知維持一定范圍的過剩空氣系數，才能獲得較高的燃燒效率，從而達到最優燃燒。當n=n，調整風/燃料比P可改變h在線尋優卜即可轉化為在線尋優P.（以下簡稱為風/燃比）242最佳控制方法由實踐測得正常運行時合理的卩值，在運行中按卩=風量/燃料量=常數控制鍋爐的燃燒，再配以實時檢測煙道中含氧量來完成風/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荷D的函數。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能得到較好的燃燒效率，并不是最優。

　　理想情況是以耗燃料量為指標，對風/燃比進行在線尋優控制。這種方法得到的最佳運行點是氏》，是真實代表了鍋爐燃燒效率的最高點，即與中的叫點相對應。它克服了由于氧化鎬分析儀的測量誤差和最佳含氧量的不準確而造成的非最優燃燒的缺點。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量難以得出準確值，本項目采用鍋爐的發熱量來代表燃料量。

　　即以發熱量Dq為目標函數，在線搜索風/燃比氏當Dq達到最大值時尋優得到最佳風/燃比卩0值，在最優風/燃比下運行，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，氧量修正卩法響應時間較短，但精度差，而卩在線尋優法精度，但計算量大，只適用于負荷波動較小的穩態情況。本項目擬2 4iq在線最優風，燃比控制系統胃丨Eleeto）niepublish述兩種方法結合起來使用。在動態時采用最佳露天采區水泵高壓起動柜改造及應用孟慶\孫麗華2（1哈爾濱市煤炭工業公司，黑龍江呼蘭154834；2黑龍江正大實業有限公司，黑龍江呼蘭150525）：TD613：B文章編號：1008 0問題的提出露天采區原有的6kV高壓起動柜為手動操作，即一步起動后，待起動電流降至額定電流值附近時，用手工操作二次起動，在運行該起動柜時易造成誤操作。主要原因是手動操作機構準確性差，個別時泵工一次起動后，忘記二次起動，加之二次起動的接觸器觸頭的不到位，造成電動機長時帶頻敏變阻器運行，致使頻敏變阻器燒毀。為了解決該系統的缺陷，將該起動柜改造延時繼電器自動控制系統，從而保證了一次起動后，二次接觸器能夠按整定后的時間動作，使得操作自動化。

　　1改造原起動柜原理圖如。

　　改造后起動柜原理圖如工作原理（略）煙氣含氧量方法控制燃燒，在穩態時采取卩在線自尋優方法控制燃燒過程，以獲得最高的燃燒效率。

　　2.44風/燃比Fuzzy自尋優控制器及工作原理本項目采用變步長尋優搜索法，在離極值點較遠處，曲線較陡，選用大步長，而在極值點附近，曲線平緩處采用小步長進行搜索。通過模糊邏輯判斷可實現步長的自動改變。應用模糊集合論設計的模糊自尋優控制器，如所示。

　　它以熱效率（熱量）為指標，尋找最佳的風/燃比。在每個采樣周期熱量的增量Adq根據Adq和上一周期尋優步長Ax確定本次的尋優步長及方向。Ay和Ax分別是熱量增量和步長的模糊語言變量。Ky為Ay的量化因子，Kx為比例因子，它把Ax轉換為步長的實際值。當搜索到極值點時。n達到最大值，停止搜索。

　　為保證風/燃比自尋優過程的穩定，加入1個停止環節，在負荷波動較大時暫停搜索。自尋控制是一種穩態最優化比例控制，其采樣頻率應低于對象固有頻率的5倍，本系統自尋優搜索周期為1h，搜索時間為3~5min.主蒸氣壓力米樣周期為5s. 3結論根據模糊控制思想，可實現風/燃料比在線自尋優，按最佳風/燃料比控制鍋爐的運行，可使鍋爐的燃燒效率最高。針對鍋爐的不同運行方式，燃燒控制系統采用控制一次風壓和保持最佳煙氣含氧量于風/燃料比自尋優的控制策略，提高了鍋爐的燃燒效率。節油率在1.5%以上，經濟效益和社會效益顯著。