基于功率脈寬驅(qū)動(dòng)的高頻電磁感應(yīng)鍋爐控制算法設(shè)計(jì)

鄭貴林, 楊九魁

(武漢大學(xué)電氣與自動(dòng)化學(xué)院,武漢 430072)

高頻電磁感應(yīng)加熱鍋爐具有體積小、加熱效率高、啟停速度快、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、安全等特點(diǎn),在熱處理、金屬焊接等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1-3]。鍋爐的控制系統(tǒng),多采用固定參數(shù)的比例積分微分(PID)控制,其難以適應(yīng)系統(tǒng)大范圍的時(shí)變、時(shí)滯等特性[4-5]。而且隨著應(yīng)用鍋爐的工業(yè)過程自動(dòng)化和智能化的不斷發(fā)展,使得測(cè)控過程中的傳感器數(shù)據(jù)和閉環(huán)控制環(huán)節(jié)越來(lái)越多,參數(shù)數(shù)量不斷增長(zhǎng),PID算法則會(huì)由一階函數(shù)變成極為復(fù)雜的高階函數(shù),并且由于PID算法中參數(shù)之間的耦合,致使系統(tǒng)難以保持最優(yōu)設(shè)定,需要人工輔助調(diào)整參數(shù)[6]。

目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)于鍋爐控制算法的研究,大體可以分為三大類:模糊控制算法、集散控制系統(tǒng)(distributed control system, DCS)技術(shù)和智能控制理論。在模糊控制算法中,劉麗桑等[7]設(shè)計(jì)了FUZZY-PID控制器,對(duì)PID控制器參數(shù)進(jìn)行了整定,改善了控制效果,使控制系統(tǒng)具有更好的動(dòng)態(tài)特性。但是設(shè)計(jì)控制器時(shí),仍需使用衰減曲線法對(duì)主副控制器的參數(shù)進(jìn)行整定,且模糊控制沒有對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行解耦,非常依賴專家經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。對(duì)于DCS技術(shù),嚴(yán)緒安[8]以個(gè)人計(jì)算機(jī)(personal computer, PC)局域網(wǎng)為對(duì)象,構(gòu)建了鍋爐控制系統(tǒng),充分發(fā)揮了局域網(wǎng)的實(shí)時(shí)性、突出性和可靠性,實(shí)現(xiàn)了鍋爐運(yùn)行效率的顯著提升、能源消耗的有效降低。但是在應(yīng)用時(shí),也需要對(duì)系統(tǒng)中的每個(gè)部分進(jìn)行參數(shù)調(diào)試和參數(shù)整定。對(duì)于智能控制理論,Muravyova等[9]使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行了訓(xùn)練,并進(jìn)行了仿真測(cè)試,獲得了良好的控制效果和控制精度。孫宇貞等[10]使用反向傳播(back propagation, BP)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行解耦,然后使用遺傳算法PID對(duì)解耦后的近似獨(dú)立對(duì)象進(jìn)行控制,系統(tǒng)具有良好的控制效果和魯棒性。雖然以上算法,能夠在設(shè)定的參數(shù)范圍內(nèi)自動(dòng)尋找最優(yōu)值,避免煩瑣的試湊。但是隨著工業(yè)智能化要求的提高,系統(tǒng)會(huì)變得愈加復(fù)雜,依賴專家經(jīng)驗(yàn)和人工參數(shù)整定越來(lái)越難以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,參數(shù)整定的工作量也變得非常繁重。

為了順應(yīng)工業(yè)智能化的發(fā)展,解決系統(tǒng)解耦困難,參數(shù)整定需要依賴專家經(jīng)驗(yàn)且十分煩瑣的問題,本設(shè)計(jì)將鍋爐系統(tǒng)劃分為若干閉環(huán)區(qū)塊,從而使系統(tǒng)扁平化,使用功率脈寬控制算法,使系統(tǒng)完全由邏輯表達(dá)式控制,不引入需要人工調(diào)節(jié)的非邏輯參數(shù),來(lái)實(shí)現(xiàn)多傳感反饋、多控制對(duì)象下的鍋爐系統(tǒng)控制。最終將該算法通過嵌入式實(shí)現(xiàn),應(yīng)用于高頻電磁感應(yīng)鍋爐上,使鍋爐系統(tǒng)在只預(yù)設(shè)目標(biāo)參數(shù)的條件下,能夠持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行。

1 功率脈寬驅(qū)動(dòng)控制算法

功率脈寬驅(qū)動(dòng)控制,是通過對(duì)功率驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行脈寬調(diào)制輸出進(jìn)行控制,驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)參數(shù)運(yùn)行,不引入需要人工輔助調(diào)節(jié)的系統(tǒng)參數(shù)。

在控制系統(tǒng)中,設(shè)計(jì)有多個(gè)控制器和多個(gè)功率脈寬驅(qū)動(dòng)裝置。每個(gè)脈寬驅(qū)動(dòng)裝置調(diào)整一個(gè)或多個(gè)被控對(duì)象的反饋參數(shù)。其中每個(gè)控制器預(yù)存有能使被控對(duì)象處于特定狀態(tài)的目標(biāo)參數(shù),且其單獨(dú)控制一個(gè)功率脈寬驅(qū)動(dòng)裝置。

然后,將每個(gè)控制器及其所單獨(dú)控制的功率脈寬驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置為一個(gè)閉環(huán)區(qū)塊。每個(gè)閉環(huán)區(qū)塊內(nèi)的控制器,依據(jù)其預(yù)存的目標(biāo)參數(shù),檢測(cè)區(qū)塊內(nèi)被控對(duì)象的反饋參數(shù)是否達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)[11-12]。如果沒達(dá)到,則控制器控制功率脈寬驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)施驅(qū)動(dòng),使區(qū)塊內(nèi)被控對(duì)象達(dá)到設(shè)定狀態(tài)；如果達(dá)到了,則停止驅(qū)動(dòng)。如此反復(fù)檢測(cè)并控制驅(qū)動(dòng),使區(qū)塊內(nèi)控制對(duì)象始終保持在設(shè)定的目標(biāo)參數(shù)范圍內(nèi)[13]。

通過對(duì)系統(tǒng)內(nèi)所有區(qū)塊進(jìn)行功率脈寬驅(qū)動(dòng)控制,使其被控對(duì)象都保持在設(shè)定的目標(biāo)參數(shù)的容許范圍內(nèi),最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)基于目標(biāo)參數(shù)的穩(wěn)定輸出。不論系統(tǒng)中控制對(duì)象和反饋參數(shù)的數(shù)量多么龐大,算法都能實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制系統(tǒng)在目標(biāo)參數(shù)上的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。在此控制系統(tǒng)中,沒有非邏輯算法的參數(shù),因此不需要人工輔助調(diào)節(jié)控制參數(shù)[14-15]。

功率脈寬驅(qū)動(dòng)控制的方程為

(1)

式(1)中：D為系統(tǒng)的多個(gè)最終目標(biāo)；M為系統(tǒng)內(nèi)功率驅(qū)動(dòng)裝置的數(shù)量；J為系統(tǒng)中第m個(gè)閉環(huán)區(qū)塊內(nèi)的反饋參數(shù)數(shù)量；Kmj為第m個(gè)閉環(huán)區(qū)塊內(nèi)的第j個(gè)反饋參數(shù)；Δtmj為第m個(gè)控制區(qū)塊的第j個(gè)反饋參數(shù)的檢測(cè)周期；ΔT為最終目標(biāo)參數(shù)檢測(cè)周期。其中,最終目標(biāo)參數(shù)檢測(cè)周期需大于各個(gè)閉環(huán)區(qū)塊反饋參數(shù)的檢測(cè)周期,以保證在最終目標(biāo)一個(gè)檢測(cè)周期內(nèi),所有區(qū)塊的反饋參數(shù)都已進(jìn)行了至少一次檢測(cè)控制。

2 高頻電磁感應(yīng)鍋爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 高頻電磁感應(yīng)鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高頻電磁感應(yīng)鍋爐的外觀如圖1所示,內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。左側(cè)為已安裝的一臺(tái)加熱單元控制器,上方還可安裝兩臺(tái),右側(cè)為電磁加熱管道,管道為Z字形,分為3級(jí)對(duì)管道內(nèi)的水進(jìn)行加熱,加熱功率為120 kW。

圖1 鍋爐外觀Fig.1 Boiler appearance

圖2 鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.2 Boiler internal structure

高頻電磁感應(yīng)鍋爐的結(jié)構(gòu)如圖3所示,鍋爐通過水泵驅(qū)動(dòng)冷水在系統(tǒng)中運(yùn)轉(zhuǎn),冷水經(jīng)過凈水器和壓力傳感器后,分別被三級(jí)鍋爐加熱,最終從出口輸出。整個(gè)系統(tǒng)中的傳感器、水泵、電磁閥等驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),均由核心控制器負(fù)責(zé)采集和控制。

圖3 鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Boiler structure diagram

高頻電磁感應(yīng)鍋爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示,溫度傳感器選用的是競(jìng)速電子科技公司的RS15 PT100溫度變送器,有四個(gè)探頭,測(cè)量范圍為0～800 ℃;壓力傳感器選用的是天賀HS-MPV-2M數(shù)字壓力變送器,測(cè)量范圍為0～2.5 MPa；流量傳感器為上海威爾太儀表有限公司的I.WYD-25渦輪流量計(jì),量程為0.2～1.2 m3/h；水表選用的是水門子電子的SM-10遠(yuǎn)傳水表；三相電表選用DTSD102型三相四線電子電能表；變頻器選用森蘭SB200變頻器；智能負(fù)荷控制器為廣州三川智控有限公司設(shè)計(jì)制造的單相十通道控制器和三相兩通道控制器；加熱單元控制器也是由廣州三川智控設(shè)計(jì)制造的,主要負(fù)責(zé)對(duì)高頻電磁感應(yīng)加熱的電源控制和安全檢測(cè)。

圖4 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Control system structure diagram

2.2 鍋爐控制系統(tǒng)布爾表達(dá)式

鍋爐控制的最終目標(biāo)是出口的溫度和壓力,根據(jù)鍋爐內(nèi)的功率驅(qū)動(dòng)裝置和反饋參數(shù),將控制系統(tǒng)劃分為6個(gè)區(qū)塊,其布爾表達(dá)式如下：

(1)水泵區(qū)塊：

Dpump=(Ppj

(2)

式(2)中：Dpump為水泵驅(qū)動(dòng)狀態(tài)；Ppj為水泵出口壓力；Pimax為水泵出口壓力上限；Pimin為水泵出口壓力下限；Psmax為水泵出口壓力安全保護(hù)上限。

通過周期性檢測(cè)水泵出口壓力PPj,運(yùn)算出水泵驅(qū)動(dòng)狀態(tài)Dpump,調(diào)整水泵出口壓力到參數(shù)范圍內(nèi)：

(2)一級(jí)鍋爐區(qū)塊：

Dstump1=[(Tt1

(3)

式(3)中：Dstump1為一級(jí)鍋爐驅(qū)動(dòng)狀態(tài)；Tt1為一級(jí)鍋爐溫度；Tt2為二級(jí)鍋爐溫度；Tt1set為一級(jí)鍋爐的設(shè)定溫度；Tsmax1為一級(jí)鍋爐安全保護(hù)上限溫度；Dmain為快速驅(qū)動(dòng)狀態(tài)；Spumpstate為水泵電源狀態(tài)。

該區(qū)塊中,預(yù)存一級(jí)鍋爐的設(shè)定溫度Tt1set即可,且該設(shè)定值也可以由目標(biāo)溫度、進(jìn)水溫度和每一級(jí)鍋爐的加熱功率實(shí)時(shí)計(jì)算自動(dòng)給定。通過周期性檢測(cè)一級(jí)鍋爐溫度Tt1,運(yùn)算得出一級(jí)鍋爐地驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。另外,為保障運(yùn)行安全,一級(jí)鍋爐在啟動(dòng)加熱前,需要確保水泵電源狀態(tài)Spumpstate開啟,防止干燒。布爾表達(dá)式中還引入二級(jí)鍋爐的溫度作為一項(xiàng)控制條件,當(dāng)出現(xiàn)一級(jí)溫度高于二級(jí)時(shí),說明出現(xiàn)了異常情況,應(yīng)停止加熱。

另外引入了快速驅(qū)動(dòng)狀態(tài)Dmain,該狀態(tài)由快速驅(qū)動(dòng)區(qū)塊運(yùn)算得出,用于某些特殊情況下,使輸出快速達(dá)到目標(biāo)值附近。

(3)二級(jí)鍋爐區(qū)塊：

Dstump2=[(Tt2

(4)

式(4)中：Dstump2為二級(jí)鍋爐驅(qū)動(dòng)狀態(tài)；Tt2為二級(jí)鍋爐溫度；Tt3為三級(jí)鍋爐溫度；Tt2set為二級(jí)鍋爐的設(shè)定溫度；Tsmax2為二級(jí)鍋爐安全保護(hù)溫度。

二級(jí)鍋爐與一級(jí)鍋爐的布爾表達(dá)式和控制邏輯相同。

(4)三級(jí)鍋爐區(qū)塊：

Dstump3=[(Tt3

(5)

式(5)中：Dstump3為三級(jí)鍋爐驅(qū)動(dòng)狀態(tài)；Tt3為三級(jí)鍋爐溫度；Tt3set為三級(jí)鍋爐的設(shè)定溫度；Tsmax3為三級(jí)鍋爐安全保護(hù)溫度。

三級(jí)鍋爐沒有下一級(jí)鍋爐,不需要考慮與下一級(jí)的溫差控制邏輯。其他邏輯與前兩級(jí)鍋爐相同。

(5)快速驅(qū)動(dòng)區(qū)塊：

Dmain=(Tout

(6)

式(6)中：Dmain為快速驅(qū)動(dòng)狀態(tài)；Tout為出口溫度；Tmin為出口溫度設(shè)定下限；Pout為出口壓力；Pmin為出口壓力設(shè)定下限。

該區(qū)塊預(yù)存出口溫度設(shè)定下限Tmin和出口壓力設(shè)定下限Pmin兩個(gè)設(shè)定值,當(dāng)輸出遠(yuǎn)低于目標(biāo)溫度和目標(biāo)壓力允許的誤差下限時(shí),控制器會(huì)驅(qū)動(dòng)鍋爐使用最大功率加熱,使?fàn)t內(nèi)溫度快速上升,從而減少特殊情況下的調(diào)節(jié)時(shí)間。

(6)最終目標(biāo)輸出區(qū)塊：

Ddevice=[(Tend>Tsetmin)(TendPsetmin)(Pend

(7)

式(7)中：Ddevice最終目標(biāo)輸出狀態(tài)；Tend為輸出溫度；Tsetmin為最終目標(biāo)溫度下限；Tsetmax為最終目標(biāo)溫度上限；Pend為輸出壓力；Psetmin為最終目標(biāo)壓力下限；Psetmax為最終目標(biāo)壓力上限；Tsmax為輸出溫度保護(hù)上限；Psmax為輸出壓力保護(hù)上限。

該區(qū)塊預(yù)存出口溫度設(shè)定下限Tmin和出口壓力設(shè)定下限Pmin兩個(gè)設(shè)定值,當(dāng)輸出遠(yuǎn)低于目標(biāo)溫度和目標(biāo)壓力允許的誤差下限時(shí),控制器會(huì)驅(qū)動(dòng)鍋爐使用最大功率加熱,使?fàn)t內(nèi)溫度快速上升,從而減少特殊情況下的調(diào)節(jié)時(shí)間。

最終目標(biāo)輸出狀態(tài)是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)檢測(cè),即出口溫度和壓力均達(dá)到設(shè)定目標(biāo)值允許的誤差范圍內(nèi)。

綜合系統(tǒng)中所有區(qū)塊的控制算法總式為

DΔT≥Δtmax=(1∈Apump)(1∈Astump1)(1∈Astump2)×(1∈Astump3)

(8)

式(8)中：Apump為Dpump在ΔT時(shí)間內(nèi),多次檢測(cè)的狀態(tài)集合，Apump={Dpump|Δtpump?ΔT}；ΔT為目標(biāo)狀態(tài)檢測(cè)周期；Δtmax為所有區(qū)塊檢測(cè)周期的最大值；Astump1為一級(jí)鍋爐的狀態(tài)集合，Astump1={Dstump1|×Δtstump1?ΔT}；Astump2為二級(jí)鍋爐的狀態(tài)集合，Astump2={Dstump2|Δtstump2?ΔT}；Astump3為三級(jí)鍋爐的狀態(tài)集合，Astump3={Dstump3|Δtstump3?ΔT}。

在目標(biāo)檢測(cè)周期內(nèi),設(shè)計(jì)每個(gè)區(qū)塊至少要有一個(gè)周期其控制對(duì)象的反饋參數(shù)達(dá)到設(shè)定目標(biāo)參數(shù)要求,由此確保整個(gè)系統(tǒng)輸出的準(zhǔn)確和穩(wěn)定。

2.3 控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)

高頻電磁感應(yīng)鍋爐采用一塊EMW3166 WiFi芯片作為主控,其核心為STM32F4單片機(jī),運(yùn)行FreeRTOS操作系統(tǒng)。主控芯片通過兩個(gè)串口與兩塊STM32F4從芯片進(jìn)行通訊,波特率高達(dá)138 000。每個(gè)從芯片設(shè)計(jì)有4路485,波特率為9 600。從芯片緩沖和透?jìng)髦餍酒掳l(fā)給控制器的控制指令和發(fā)送給傳感器的采集指令,并緩沖采集到的傳感器數(shù)據(jù)。核心控制器如圖5所示。

圖5 核心控制器Fig.5 Core controller

主控芯片以多線程的方式實(shí)現(xiàn)上述閉環(huán)區(qū)塊內(nèi)獨(dú)立的控制器設(shè)計(jì),并在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制的同時(shí),通過WiFi將數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器,存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3 應(yīng)用效果

本設(shè)計(jì)的鍋爐應(yīng)用于香雪制藥公司的中藥生產(chǎn)流程中,為藥物萃取裝置加熱。應(yīng)用場(chǎng)景如圖6所示。

圖6 應(yīng)用場(chǎng)景Fig.6 Application scenario

圖6的左側(cè)為高頻電磁感應(yīng)鍋爐,圖6的右側(cè)開始第一個(gè)容器為真空濃縮器,第二個(gè)裝置為加熱器。鍋爐加熱的熱水從管道進(jìn)入加熱器的換熱器中為藥液加熱,藥液通過熱動(dòng)力學(xué)原理在加熱器和濃縮器中的循環(huán),藥液中的水分受熱蒸發(fā)被抽往后續(xù)容器中冷卻排出,達(dá)到藥液濃縮的效果。

高頻電磁感應(yīng)鍋爐中,主要的功率驅(qū)動(dòng)裝置為3個(gè)鍋爐,重要的反饋參數(shù)為各級(jí)鍋爐出口的溫度和最終輸出的壓力。

在最終目標(biāo)溫度設(shè)定為155 ℃、目標(biāo)壓力設(shè)定為0.55 MPa時(shí),三級(jí)鍋爐預(yù)存的溫度設(shè)定參數(shù)分別為90、140、155 ℃,最終輸出溫度的允許誤差為±5 ℃。一級(jí)鍋爐的溫度曲線如圖7所示,一級(jí)鍋爐的工作狀態(tài)如圖8所示,值為1表示鍋爐處于加熱狀態(tài),為0表示鍋爐處于停止?fàn)顟B(tài)。因功率脈寬驅(qū)動(dòng)控制是相對(duì)目標(biāo)參數(shù)的上下限控制,因此控制的結(jié)果是在設(shè)定范圍內(nèi)不斷波動(dòng)的。

在一級(jí)鍋爐的區(qū)塊中,進(jìn)水溫度為71 ℃,一級(jí)鍋爐在19：18：54時(shí)啟動(dòng)加熱,經(jīng)過20 s的加熱,一級(jí)鍋爐就達(dá)到了設(shè)定溫度。從圖8中可以看出,一級(jí)鍋爐在某些時(shí)刻超過了最終輸出的允許誤差的,但是最終的輸出還有兩級(jí)鍋爐在后續(xù)調(diào)節(jié),且其控制檢測(cè)周期小于最終輸出的周期,所以并不會(huì)影響最終的輸出精度。

圖7 一級(jí)鍋爐溫度曲線Fig.7 First stage boiler temperature curve

圖8 一級(jí)鍋爐工作狀態(tài)Fig.8 Working state of the first stage boiler

在二級(jí)鍋爐的區(qū)塊中,鍋爐從19：18：54啟動(dòng)開始加熱,其溫度曲線如圖9所示,最初啟動(dòng)時(shí),循環(huán)泵就已經(jīng)開啟,因此進(jìn)水溫度與一級(jí)鍋爐基本相等,經(jīng)過322 s的加熱,二級(jí)鍋爐達(dá)到設(shè)定溫度。由于部分液體在二級(jí)鍋爐中會(huì)汽化,且二級(jí)鍋爐受到前后兩級(jí)鍋爐加熱效果的影響,其溫度的波動(dòng)范圍較大,但其達(dá)到目標(biāo)溫度之后的溫度均值為137.75 ℃,且其相對(duì)最終目標(biāo)輸出擁有更短的檢測(cè)控制周期,因此該區(qū)塊能為下一級(jí)鍋爐提供滿足需求的溫度輸出。二級(jí)鍋爐的工作狀態(tài)如圖10所示,可以看到其狀態(tài)切換相對(duì)一級(jí)鍋爐減少了52%,前一個(gè)閉環(huán)區(qū)塊的控制,能夠使后一個(gè)區(qū)塊更長(zhǎng)時(shí)間的保持在目標(biāo)參數(shù)范圍內(nèi)。

圖9 二級(jí)鍋爐溫度曲線Fig.9 Seconed stage boiler temperature curve

圖10 二級(jí)鍋爐工作狀態(tài)Fig.10 Working state of the second stage boiler

圖11 三級(jí)鍋爐溫度曲線Fig.11 Third stage boiler temperature curve

圖12 三級(jí)鍋爐工作狀態(tài)Fig.12 Working state of the third stage boiler

圖13 最終壓力輸曲線Fig.13 Final pressure output curve

在三級(jí)鍋爐的區(qū)塊中,鍋爐啟動(dòng)加熱后420 s達(dá)到了目標(biāo)溫度,其輸出溫度曲線如圖11所示,三級(jí)鍋爐的輸出已經(jīng)完全滿足最終輸出的溫度要求,且輸出波動(dòng)很小。最終溫度的輸出即為三級(jí)鍋爐出口溫度。三級(jí)鍋爐的工作狀態(tài)如圖12所示,其狀態(tài)變化相對(duì)二級(jí)鍋爐減少了45%,在前兩個(gè)區(qū)塊控制的基礎(chǔ)上,三級(jí)鍋爐的狀態(tài)變化頻率更低,輸出也更穩(wěn)定。圖13為出口壓力的曲線,由于出口直接安裝在目標(biāo)容器上,輸出壓力很容易受到需求側(cè)的干擾,因此會(huì)出現(xiàn)波動(dòng),但是本算法仍然可以通過對(duì)各個(gè)閉環(huán)區(qū)塊的調(diào)節(jié),使輸出保持穩(wěn)定,具有很高的魯棒性。

最終輸出的溫度和壓力,是系統(tǒng)中多個(gè)閉環(huán)區(qū)塊以遠(yuǎn)小于最終目標(biāo)檢測(cè)周期的速度,多次檢測(cè)和驅(qū)動(dòng)控制的結(jié)果。

4 結(jié)論

對(duì)于高頻電磁感應(yīng)鍋爐的控制中存在的解耦困難,參數(shù)整定需要依賴專家經(jīng)驗(yàn)并且需要大量人工輔助的問題,提出了基于功率脈寬驅(qū)動(dòng)的控制方法,經(jīng)過實(shí)際的鍋爐應(yīng)用測(cè)試,得出以下結(jié)論。

(1) 將高頻電磁感應(yīng)鍋爐依據(jù)功率驅(qū)動(dòng)裝置和反饋參數(shù)劃分為多個(gè)閉環(huán)區(qū)塊,為每個(gè)區(qū)塊設(shè)定目標(biāo)參數(shù),在每個(gè)區(qū)塊內(nèi)使用功率脈寬驅(qū)動(dòng)控制算法控制,使每個(gè)區(qū)塊在整個(gè)系統(tǒng)的輸出檢測(cè)周期內(nèi),多次進(jìn)行檢測(cè)和控制。對(duì)不同的控制對(duì)象進(jìn)行獨(dú)立的閉環(huán)區(qū)塊控制,使系統(tǒng)扁平化,耦合性降低,控制更易實(shí)現(xiàn)。

(2) 通過實(shí)際的鍋爐應(yīng)用,表明了功率脈寬驅(qū)動(dòng)自動(dòng)控制算法在不引入非邏輯參數(shù)的情況下,依據(jù)預(yù)存的目標(biāo)參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)每個(gè)閉環(huán)區(qū)塊反饋參數(shù)的穩(wěn)定控制,并最終實(shí)現(xiàn)了整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)輸出的穩(wěn)定。

(3) 相比傳統(tǒng)的PID控制算法和國(guó)內(nèi)外目前的其他算法,本設(shè)計(jì)沒有引入非邏輯參數(shù),不需要人工調(diào)整系統(tǒng)參數(shù),節(jié)約了大量的人工調(diào)試成本。

(4) 本控制算法依據(jù)邏輯表達(dá)式設(shè)計(jì),易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù),在多目標(biāo)、多參數(shù)的非線性復(fù)雜系統(tǒng)中,有廣闊的應(yīng)用前景和價(jià)值。

(5) 本控制算法具有多區(qū)塊的分布式特性,且在鍋爐應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的控制和監(jiān)測(cè),符合未來(lái)工業(yè)控制研究的發(fā)展方向。