先進(jìn)控制方法在電廠熱工過(guò)程控制中的應(yīng)用研究

摘 要：隨著社會(huì)工業(yè)化的迅速發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)代化工藝生產(chǎn)程序與過(guò)程越來(lái)越復(fù)雜，在熱工行業(yè)系統(tǒng)中，不斷涌現(xiàn)出高維數(shù)特性、參數(shù)時(shí)變與強(qiáng)非線(xiàn)性的特點(diǎn)，本文通過(guò)多調(diào)整PID控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)解決回路耦合與模型方法來(lái)解決工況非線(xiàn)性的方法，解決電廠熱工控制過(guò)程中的一些問(wèn)題，致力于為現(xiàn)代電廠熱工技術(shù)進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：電廠熱工；控制方法；智能PID控制

在這個(gè)經(jīng)濟(jì)與技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，各行各業(yè)都在為了提高經(jīng)濟(jì)效益與效率，減少設(shè)備故障，減輕員工勞動(dòng)強(qiáng)度，加強(qiáng)員工工作技術(shù)提升上，不斷追求技術(shù)創(chuàng)新與先進(jìn)。與此同時(shí)，電力系統(tǒng)的操作越來(lái)越復(fù)雜，程序越來(lái)越多，電廠熱工的自動(dòng)化技術(shù)水平也是水漲船高。作為一個(gè)電廠熱工專(zhuān)業(yè)研究者，本人在以往前輩們的研究基礎(chǔ)上，更加深入研究電廠熱工過(guò)程中的控制技術(shù)的基本原理與應(yīng)用效果，希望能有所研究并對(duì)大家提供幫助或有所啟發(fā)。

一、先進(jìn)控制策略的研究現(xiàn)狀

（一）關(guān)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與真正人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一樣復(fù)雜，能夠極其有效地解決非線(xiàn)性問(wèn)題，在這個(gè)過(guò)程中，人工神經(jīng)能夠隨意估計(jì)任何非線(xiàn)映射，從而為非線(xiàn)性系統(tǒng)建立模型。自動(dòng)控制系統(tǒng)中主要有兩種受神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的影響：第一種是指?jìng)鹘y(tǒng)的控制規(guī)律和現(xiàn)代的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式；另外一種是指通過(guò)示教或?qū)W習(xí)，能夠自動(dòng)歸納出控制規(guī)律，這種情況下神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被當(dāng)做是控制器。

目前來(lái)看，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要包括自適應(yīng)共振理論、Hopfield網(wǎng)絡(luò)模型、多層網(wǎng)絡(luò)反向傳播算法以及自組織特征映射理論等。通過(guò)很多人的努力研究，在控制角度方面，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)創(chuàng)了一條可靠性高、智能型強(qiáng)且方便攜帶的控制理論與方法。

（二）關(guān)于模糊控制方法。在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，模糊控制這一技術(shù)被廣泛應(yīng)用，像互聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)分類(lèi)與信號(hào)處理，計(jì)算機(jī)視覺(jué)與決策支持等，都充分發(fā)揮了模糊控制的作用。模糊控制通常用于反饋控制，在遵循一定規(guī)則的的基礎(chǔ)上，直觀地傳達(dá)信息，方便工程員工接收與理解。此外，它也在監(jiān)督層發(fā)揮作用，常常將常規(guī)的PID控制器設(shè)定一定的參數(shù)，進(jìn)行一種輸入與輸出的非線(xiàn)性映射過(guò)程，從而做到信息實(shí)時(shí)反饋。

二、先進(jìn)控制的主要特點(diǎn)

第一，通常的先進(jìn)控制主要用來(lái)進(jìn)行解決一些復(fù)雜的產(chǎn)品生產(chǎn)操作過(guò)程，常規(guī)的控制方法經(jīng)常無(wú)法做到精確。

第二，常常對(duì)被控對(duì)象的要求比較低，所以先進(jìn)控制可以采取智能性強(qiáng)的控制方法。

第三，必須要在具有合格的比較高的技術(shù)水平的控制裝置之上才能實(shí)施先進(jìn)控制技術(shù)，對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件、軟件要求比較高。

第四，先進(jìn)控制技術(shù)的使用，要求已有的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專(zhuān)家控制與模糊控制發(fā)展比較成熟，具有扎實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

三、電廠熱工過(guò)程控制的類(lèi)型與特點(diǎn)

（一）關(guān)于單元機(jī)組負(fù)荷過(guò)程。單元機(jī)組負(fù)荷過(guò)程具有強(qiáng)烈的時(shí)變性與非線(xiàn)性，它存在嚴(yán)重的不確定性耦合變量，不能精準(zhǔn)地建立自己需要的數(shù)學(xué)模型，存在一定的技術(shù)缺陷。

（二）關(guān)于過(guò)熱氣溫過(guò)程。電廠鍋爐尤其是火電廠鍋爐操作比較危險(xiǎn)，一般是通過(guò)改變減少溫水的方法來(lái)調(diào)控鍋內(nèi)的鄭琦的溫度，不過(guò)，在這個(gè)過(guò)程中，它的變動(dòng)幅度比較大，具有一定的慣性與滯后性，其工作狀態(tài)隨時(shí)可能發(fā)生變化。

（三）鍋爐的燃燒系統(tǒng)。在鍋爐燃燒這個(gè)過(guò)程中，其耦合變量最為嚴(yán)重，受其干擾的原因也有很多，所以，通常不能準(zhǔn)確地測(cè)量鍋爐內(nèi)的燃燒率及其溫度變化過(guò)程。為解決這個(gè)問(wèn)題，一般采用的方法是將鍋爐燃燒分為熱負(fù)荷調(diào)節(jié)、爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及氧量校正系統(tǒng)等三個(gè)子系統(tǒng)，它們之間具有一定聯(lián)系性，并且相對(duì)保持獨(dú)立，三個(gè)子系統(tǒng)中又以熱負(fù)荷調(diào)節(jié)為主。

（四）鍋爐中的水位系統(tǒng)。在鍋爐進(jìn)行工作的過(guò)程中，鍋爐內(nèi)的水位具有極為重要的監(jiān)控參數(shù)意義，汽包鍋爐蒸汽負(fù)荷與鍋爐內(nèi)的水量保持平衡，就需要鍋爐汽包，因?yàn)樗軌蚋蓴_水系統(tǒng)中的各種因素，導(dǎo)致“虛假水位”出現(xiàn)，誤導(dǎo)工程員工，使之操作錯(cuò)誤或使得生產(chǎn)出的產(chǎn)品不合格。

（五）制粉系統(tǒng)。制粉系統(tǒng)在電廠熱工的過(guò)程中只是一個(gè)輔助作用，但它也是必不可少的，它能夠在電廠熱工的過(guò)程中起非常有效的調(diào)節(jié)作用。這類(lèi)系統(tǒng)雖然具有強(qiáng)耦合、純遲延的特點(diǎn)，還屬于變量較多的非線(xiàn)性時(shí)變系統(tǒng)，但是對(duì)工作過(guò)程中的鋼球磨中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)非常有效，它能有效地將熱交換、機(jī)械能量的轉(zhuǎn)換之間復(fù)雜的流動(dòng)過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之發(fā)生工程工作需要的變量發(fā)生改變。

四、可采用的先進(jìn)控制技術(shù)

（一）對(duì)模型的預(yù)測(cè)控制。電廠熱工中的預(yù)測(cè)控制是指先對(duì)未來(lái)行為可能發(fā)生的情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，使之對(duì)過(guò)程控制更加完善。在預(yù)測(cè)之前，工程人員可能并不清楚具體的參數(shù)或者數(shù)據(jù)，只是在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，加上已知條件，為克服系統(tǒng)存在的不確定性，從而通常采取滾動(dòng)優(yōu)化策略，使控制結(jié)果誤差降到最低。滾動(dòng)式優(yōu)化是模型預(yù)測(cè)控制的核心所在，不同于其他的控制方法，它是屬于建立在優(yōu)化和模型當(dāng)中的一種控制方法，模型預(yù)測(cè)控制有幾個(gè)比較典型的特點(diǎn)，一是為了更加方便地建立模型，使得它建立的模型精確度不高；二是具有可調(diào)的魯棒性，能很好地控制電廠熱工工程中的一些變量；三是采用滾動(dòng)優(yōu)化策略，將監(jiān)控分成幾次來(lái)完成，保持精確均勻的控制；四是通過(guò)模型的非最小化描述；五是有效處理控制過(guò)程中的多種變量問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)多過(guò)程控制與優(yōu)化。

（二）對(duì)智能PID控制。智能PID控制是指我們通常說(shuō)的常規(guī)PID控制與智能控制技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，而智能控制技術(shù)是指神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制，所以就出現(xiàn)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)PID控制、參數(shù)自適應(yīng)PID控制、參數(shù)模糊自矯正PID控制與模糊-PID復(fù)合控制等。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)自適應(yīng)PID控制器主要是指單神經(jīng)元模型構(gòu)造PID控制器，它的神經(jīng)元有三個(gè)數(shù)據(jù)方面的輸入，分別是誤差、誤差變化率與誤差累計(jì)，神經(jīng)元的這三個(gè)數(shù)據(jù)又一一對(duì)應(yīng)PID控制器的比例、微分與積分，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)下，也可以由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)辨識(shí)系統(tǒng)對(duì)象，從而建立數(shù)學(xué)模型。

參數(shù)模糊自校正PID控制器設(shè)計(jì)的核心是建立合適的模糊規(guī)則。目前看來(lái)，通過(guò)大量仿真試驗(yàn)的操作、總結(jié)操作人員的工作經(jīng)驗(yàn)與分析系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)響應(yīng)等方法，是建立模糊規(guī)則的主要手段。因?yàn)镻ID控制器需要多個(gè)參數(shù)參與校正工作，所以也有比較多的模糊校正準(zhǔn)則，由于控制過(guò)程的計(jì)算工作量很大，并且需要將獲得那些規(guī)則要對(duì)PID控制器參數(shù)與系統(tǒng)性能之間進(jìn)行分析與評(píng)判，同時(shí)配備有大量的仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)，設(shè)計(jì)者或人工的手段是很難做到的，但是，采用智能PID控制就能夠有效降低人工成本，節(jié)約時(shí)間與操作流程，真正意義上提高工作效率。

五、結(jié)語(yǔ)

電廠熱工是一項(xiàng)可控制性不是很好的操作工作，它的非線(xiàn)性、強(qiáng)耦合性以及不確定性特征為電廠熱工的操作帶來(lái)很大的不便，但是，采取各種有效措施，充分利用先進(jìn)技術(shù)全方面控制電廠熱工過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，提高工作效率，減輕工作失誤，對(duì)不可控因素進(jìn)行必要防護(hù)，從而獲得最大價(jià)值的收獲。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳立軍，周正興，趙麗麗等.先進(jìn)控制策略在火電廠熱工控制中的應(yīng)用[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，29（1）.

[2] 羅運(yùn)輝.非線(xiàn)性多變量熱工過(guò)程多模型控制及其應(yīng)用研究[D].山東大學(xué)，2011.

[3] 元北石.預(yù)測(cè)控制技術(shù)在電廠熱工過(guò)程中的應(yīng)用分析[J].機(jī)電信息，2013，（24）.