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电站锅炉汽压智能控制 |
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作者：北京东方中科集成科技有限公司 |
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引言
在智能控制领域中，仿人智能控制占有重要地位。它的基本思想就是利用智能仪表来模拟人的控制行为，对复杂对象达到较高精度的控制，提高自动化水平。由于这种控制方法只研究和模拟有丰富经验的运行操作人员的操作程序和规律，并加以整理、归纳、总结，以软件控制程序代替人工的操作，并不依赖和涉及对象的精确的数学模型，故而对系统的时变性、非线性等有较好的鲁棒性。
电站锅炉配置的风扇磨直吹式系统，由于无中间贮煤粉仓，只能通过调节给煤量来保持锅炉主蒸汽压力。从给煤量的增减到主汽压力的变化，要经历磨煤机磨煤，一次风携带煤粉入炉膛，煤粉燃烧等多种物理的、化学的转换过程。这类对象属于多容性，大惯性及变参数的动态系统，很难建立较理想的数学模型，不适于用常规的PID调节方案。本文针对以上特点，用可编程调节器实现了仿人智能控制策略，对原主汽压力控制方案进行了改进，获得了较高的控制精度。
1仿人智能控制及控制方案
在人参与的控制过程中，经验丰富的操作者并不是依据数学模型进行控制的，而是根据过去积累的经验，如对系统动态信息特征的定性认识，进行直觉推理，在线确定或变换控制策略，之后，控制输出使之与系统动态响应偏差及偏差变化率等有关特征量呈现一定的定量关系。图1为典型的二阶系统单位阶跃响应曲线。
图1典型二阶系统单位阶跃响应曲线
通常采用系统偏差与其变化率的乘积e*de／dt作为特征量，反映系统误差的变化趋势。在AB段，或CD段等，e*de／dt＞0，说明误差正在增大；在BC段，或DE段等，e*de／dt＜0，表示误差正在减小。在PID控制中利用该特征变量，可以使积分作用更加符合人的控制特征。实际上，控制系统中引入积分作用是减少系统稳态误差的重要途径，但这种积分控制作用也存在以下缺点：其一，积分控制作用针对性不强，甚至有时不符合控制系统的客观需要；其二，只要有误差存在就一直不断进行积分，导致“积分饱和”，降低系统的快速性；其三，积分参数不易选择，而选择不当往往导致系统出现振荡。人的记忆功能一般来说具有某种选择性，而常规PID控制的积分作用对误差信号的记忆中也包括了对控制不利的信息，缺乏智能性。造成积分控制作用不佳的原因在于这种积分作用没有很好地体现出有经验的操作人员的控制决策思想。图1中，在AB段或CD段等，e*de／dt＞0，说明误差正在增大，可考虑控制器实施PID作用，以使误差绝对值朝减小方向变化，迅速减小误差的绝对值。在BC或DE段，e*de／dt＜0，说明误差绝对值正在减小，可将PID控制器中积分作用去掉，停止积分，以利于系统借助于惯性向稳态过渡。在时刻a，c，e等，虽然e＝0，但e*de／dt≠0，说明系统误差在某一时刻虽为零，但很快将变为不平衡状态，此时若停止积分作用，则调节器控制作用削弱，不利于系统及时消除误差。在f到g时刻，de／dt＝0，但｜e｜≠0，说明这段时间里系统偏差固定不变，也必须加上积分作用，尽快消除偏差。当e＝de／dt＝0时，分离积分作用。
另外，电站锅炉风扇磨直吹式系统由于惯性大、迟延时间长，控制器输出指令uB常常处于饱和点。例如，汽压低于设定值时，控制器输出指令uB要求增加燃料量，由于迟延等因素的存在，往往使uB出现100％饱和。当压力回升时，指令uB仍在100％，只有当压力超过设定值时，输出才从100％开始下降。由于存在热惯性，汽压仍然上升，输出指令uB从100％减到最小饱和点。经历若干时间，压力才开始下降，一旦低于设定值，又开始一个新的动作周期，使压力在较大范围内波动。解决办法是在线监测偏差变化率de／dt，根据de／dt的符号，在一个有限域内决定设定值的跟踪方向。调节系统在汽压状态变化后，即发生控制作用，不完全依据设定值与被调量的偏差e来决定uB的增／减，就会取得一种较为合理的超前控制效果。例如，当de／dt＞0时，设定值切到有限域的下限，再加上PID，使uB尽快减小；反之，de／dt＜0时，设定值切到上限，uB尽快增大。
综上，控制策略分叙如下。
a．仿人智能控制部分
①e*de／dt＜0时，积分作用分离；
②e*de／dt＞0时，积分作用保留；
③e＝de／dt＝0时，积分作用分离；
④e和de／dt有一个为0，另一个不为0时，积分不分离。
b．设定值SV切换部分
设正常定值为SV0；有限域上、下限为SVmax，SVmin；汽压为pT，则有：
①｜pT－SV0｜≤M（M为事先设定好的偏差范围）且de／dt＜0≤N（N为事先设好的偏差变化率限制值），则SV＝SV0，进行仿人智能定值PID调节。
②｜pT－SV0｜＞M或｜de／dt｜＞N时，SV根据de／dt的符号，切到SVmax或SVmin，进行仿人智能控制变定值调节。
2可编程调节器控制策略的实现
从以上分析可知，实现本文的控制策略需用微分、乘法、比较、开关、与、或等等运算功能块，再加上PID控制功能块即可。使用可编程调节器把上述控制策略组态后存入EPROM中，插到调节器上即可工作，其控制流程图如图2所示。
图2仿人智能控制流程图
3应用效果分析
本控制方案自1996年10月在锅炉主汽压力自动系统上投运以来，一直效果良好。以前调节指标较差，稳态误差在±0．2MPa左右，稳态值常随工况变化而改变，且控制输出动作频繁，对系统本身也产生扰动（见图3）。改进后，机组负荷稳定时，最大误差可达±0．1MPa以下，控制输出变化正常。即使机组负荷变化10％，即20MW时主汽压力也能很快回复到正常值范围，性能指标符合要求，见图4及图5。实践证明，用仿人智能控制方案实现的控制策略，系统动态响应快，鲁棒性强，并且系统具有较高的控制精度。
图3改进前控制输出动作频繁
图4改进后误差在±0．1MPa以下
图5改进后控制输出UB变化正常
4结论
①仿人智能控制系统的参数整定较容易，方法可参考常规的PID控制。
②利用仿人智能控制策略，实现了锅炉汽压的自动调节，既提高了汽压控制精度，又达到节约燃料的目的。
③仿人智能控制理论的应用，有利于推动这门新兴学科的发展，同时对提高自动化水平，减轻运行值班人员的劳动强度意义重大。(end)
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(1/21/2006) |
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