鍋爐溫度控制策略的應(yīng)用分析

摘#8195;要 隨著我國經(jīng)濟不斷的發(fā)展和進步，我國工業(yè)的城市發(fā)展不斷加快，鍋爐已經(jīng)在我們的生產(chǎn)生活中得到了廣泛的使用，但是鍋爐由于長時間的使用，會導(dǎo)致溫度快速增加，如果超出了鍋爐承受溫度的限制就會造成鋼材的蠕變，從而大大降低了鍋爐的使用壽命，本文對鍋爐溫度的控制方法進行了分析和研究，并提出了一些可行性建議。

關(guān)鍵詞 鍋爐；溫度控制；策略分析

中圖分類號 TK 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)031-0165-01

衡量鍋爐是否正常運行的重要指標(biāo)是過熱蒸汽溫度。如果過熱蒸汽的溫度超過了蒸汽管道、過熱器管、閥門、葉片或者汽輪機的噴嘴等設(shè)備部件允許工作溫度的時候，就會使鋼材加速蠕變，從而降低了鍋爐的使用壽命。如果出現(xiàn)嚴(yán)重超溫的情況還有可能發(fā)生爆破的危險。反之溫度過低會引起熱耗上升，汽輪機末級蒸汽濕度增加，進而導(dǎo)致汽輪機的內(nèi)效率較低，加劇了對葉片的侵蝕。所以在鍋爐的使用中，一定要保持其在一個穩(wěn)定的規(guī)定值運行。

1 鍋爐溫度控制方案的設(shè)計

改善大慣性、純滯后系統(tǒng)調(diào)節(jié)質(zhì)量的最有效的方法是使用串級調(diào)節(jié)，所以在設(shè)計溫度控制設(shè)計方案的時候要采用串級模糊控制系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1

圖1中：F是減溫水流量調(diào)節(jié)閥；P是副調(diào)節(jié)器，使用比例調(diào)節(jié)；FC是主調(diào)節(jié)器，使用混合模糊控制器，就是一個二維模糊控制器以及常規(guī)的PI調(diào)節(jié)器并聯(lián)而形成的，除了可以快速消除副環(huán)外的擾動外還能夠校正汽溫的偏差，保證汽溫控制的準(zhǔn)確程度。由減溫器以及過熱器共同組成汽溫調(diào)節(jié)對象，減溫水流量是對象調(diào)節(jié)通道的輸入信號，過熱器出口氣溫為輸出信號。為了使調(diào)節(jié)品質(zhì)得到改善，系統(tǒng)使用減溫器出口處汽溫θ1作為導(dǎo)前汽溫信號。在調(diào)節(jié)機構(gòu)的噴水量發(fā)生變化以后，導(dǎo)前汽溫信號θ1的反應(yīng)要比被調(diào)量信號θ2早很多。因為從調(diào)節(jié)對象中引出了θ1信號，對象調(diào)節(jié)通道的動態(tài)特征是由兩部分構(gòu)成：1）以減溫水的流量Wj作為輸入信號，減溫器出口位置汽溫θ1當(dāng)作輸出信號的通道，這樣的調(diào)節(jié)通道稱作導(dǎo)前區(qū)。2）減溫器出口位置θ1作為輸入信號，而過熱器的出口汽溫θ2作為輸出信號的途徑，通常這部分調(diào)節(jié)通道是惰性區(qū)。導(dǎo)前區(qū)的延遲以及慣性明顯要比惰性區(qū)小很多。

在副回路內(nèi)發(fā)生擾動，比如在減溫水流量發(fā)生自發(fā)性波動現(xiàn)象，因為副回路的存在，其導(dǎo)前區(qū)的慣性比較小，副調(diào)節(jié)器能夠及時地做出反應(yīng)動作，可以快速地消除其自發(fā)性波動，進而使得過熱汽溫保持基本不變的狀態(tài)。在副回路以外發(fā)生擾動造成過熱汽溫偏離了給定值的時候，串級系統(tǒng)先在主調(diào)節(jié)器快速改變它的輸出校正信號，通過副調(diào)節(jié)回路來改變減溫水的流量，使得過熱汽溫恢復(fù)到給定值區(qū)域。因為主調(diào)節(jié)器的慣性和延遲都比較小，所以其反應(yīng)速度比較快。

所以在串級模糊蒸汽溫度的控制系統(tǒng)中，其副回路的主要任務(wù)是要盡快消除減溫水的流量自發(fā)性擾動以及其他進入到副回路的擾動，其主要對過熱汽溫的穩(wěn)定其粗調(diào)的作用。而住調(diào)節(jié)器的任務(wù)是讓過熱汽溫保持在給定值區(qū)域內(nèi)。系統(tǒng)在設(shè)計主控制器上把模糊控制和常規(guī)的調(diào)節(jié)器相互結(jié)合，使得控制系統(tǒng)不但有模糊控制相應(yīng)快速以及適應(yīng)強的優(yōu)點，還有控制精度很高的特點。

2 模糊控制器的設(shè)計實現(xiàn)

2.1 模糊控制器的設(shè)計結(jié)構(gòu)

此系統(tǒng)把過熱蒸汽的實際溫度和設(shè)定值之間的出差以及誤差的變化當(dāng)做輸入語言的變量，系統(tǒng)的控制值U是輸出語言變量，從而形成一個二維模糊控制器。其具體的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

其中Ku代表模糊控制器的比例因子，其他的位量化因子。Ke是在確定輸入量化等級以后，在算法中改變誤差輸入論域大小，Ke的增大就代表縮小誤差的基本論域，主要起到增大誤差變量的控制作用。如果Ke的選擇比較大，那么上升的時間就會縮短，但是會導(dǎo)致系統(tǒng)纏身很大的超調(diào)，進而導(dǎo)致過渡的過程延長；如果Ke非常小，那么系統(tǒng)上升會比較慢，而且其快速性比較差。與此同時其還對模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)品質(zhì)造成直接影響。

在Kec的比例選擇比較大的時候，超調(diào)量會減小，但是系統(tǒng)的相應(yīng)速度會減慢，Kec對超調(diào)的抑制作用會十分明顯。但是在Kec、Ke以及Ku之間，系統(tǒng)對Kec的變化敏感性最小，通常Kec可以調(diào)整的范圍比較寬，而且其魯棒性能比較好，可以給實際的調(diào)試帶來很大的方便。

2.2 確定模糊規(guī)則

模糊決策通常都使用“選擇從屬度大”的規(guī)則，在調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度的過程中，在系統(tǒng)的偏差比較大的時候，系統(tǒng)的快速性成為主要矛盾，當(dāng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制精度是次要的時候，這時候就要減小系統(tǒng)快速的偏差；在當(dāng)系統(tǒng)的偏差比較小的時候，就要求主要保證系統(tǒng)的控制精度以及穩(wěn)定性。所以就要遵循模糊控制的規(guī)律：若果過熱汽溫上升的速度比較快而且汽溫比較高的時候就要控制汽溫向下浮動；在過熱汽溫下降比較快的時候且氣溫比較低，就需要控制汽溫向上浮動。

3 系統(tǒng)的仿真

為了證明串級模糊控制系統(tǒng)在鍋爐過熱的時候，其對過熱蒸汽溫度的控制有比較好的調(diào)節(jié)效果，搭建了具有導(dǎo)前微分信號控制系統(tǒng)以及串級模糊控制系統(tǒng)的仿真框架。在輸入信號相同的條件下沒設(shè)置的參數(shù)也相同，這樣十分有利于比較。在比較中可以得出，串級模糊控制系統(tǒng)在鍋爐過熱蒸汽溫度控制上可以獲得更好的的控制效果。前者的控制系統(tǒng)仿真曲線有超調(diào)、振蕩、誤差大以及動態(tài)過渡時間長的缺點。而后者的仿真曲線基本沒有出現(xiàn)振蕩和超調(diào)，而且其過渡時間比較短，出現(xiàn)的誤差比較小。

4 結(jié)束語

由此可知，使用串級模糊控制系統(tǒng)能夠有效地控制鍋爐的蒸汽溫度，其能保持著響應(yīng)速度快、無靜差以及無超調(diào)的良好性能，具有很強的適應(yīng)性和魯棒性。所以該方案用在鍋爐溫度控制中會起到十分好的效果。

參考文獻

[1]張秀瀅，劉強.熱水鍋爐溫度控制的模糊PID參數(shù)自整定方法[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊)，2010，09.

[2]王巍巍，張志華，武延坤.模糊PID控制器在電鍋爐溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].儀器儀表用戶，2009，04.