火電廠主汽溫控制系統(tǒng)研究

1、引 言過熱蒸汽溫度是鍋爐運(yùn)行質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，過熱蒸汽溫度過高，可能造成過熱其蒸汽管道和汽輪機(jī)的高壓部分損壞；過熱蒸汽溫度過低，會(huì)引起電廠熱耗上升，并使汽輪機(jī)軸向推力增大而造成推力軸承過載，還會(huì)引起汽輪機(jī)末級蒸汽濕度增加，從而降低汽輪機(jī)的內(nèi)效率，加劇對葉片的腐蝕。所以鍋爐運(yùn)行中必須保持過熱汽溫穩(wěn)定在規(guī)定值附近。因此，火電廠鍋爐過熱汽溫，通常要求它保持在額定值±5℃范圍內(nèi)[1]。而汽溫調(diào)節(jié)過程是典型的大延遲熱工過程，由于大延

2、遲的存在使過程可控指數(shù)很低，受控對象為多容、大慣性系統(tǒng)，受控系統(tǒng)存在嚴(yán)重的非線性和時(shí)變特性，且影響汽溫變化的擾動(dòng)因素很多，如蒸汽負(fù)荷、火焰中心位置等。這就給汽溫調(diào)節(jié)帶來很大的困難。而一些常規(guī)的控制方案用于大機(jī)組汽溫調(diào)節(jié)效果不夠理想，因此研究火電廠的主蒸汽溫度控制系統(tǒng)的新型控制策略具有重要的意義。模糊控制是當(dāng)今控制領(lǐng)域中令人矚目的控制方法和技術(shù)，它通過把專家的經(jīng)驗(yàn)和要求總結(jié)成若干規(guī)則，采用簡便、快速、靈活的手段，來完成那些用經(jīng)典和現(xiàn)代控制

3、手段難以實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化的目標(biāo)，因而在多個(gè)領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。由于常規(guī)模糊控制器的控制規(guī)則是根據(jù)現(xiàn)場操作人員或?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的，其語言規(guī)則和合成推理往往是固定的，它假設(shè)控制過程不會(huì)產(chǎn)生超出這些經(jīng)驗(yàn)范圍的顯著變化，從而有一定的局限性[2]。對于一個(gè)非線性、大延遲的系統(tǒng)，使用常規(guī)的PID 控制，或是簡單的模糊控制將難以達(dá)到滿意的控制效果。大型火電廠鍋?zhàn)o(hù)主蒸汽溫度控制系統(tǒng)是提高電廠經(jīng)濟(jì)效益，保證機(jī)組安全運(yùn)行的不可缺少的環(huán)節(jié)。主蒸汽溫度

4、一般可看作多容分布參數(shù)受控對象，其動(dòng)態(tài)特性表現(xiàn)為具有明顯的滯后特性，因此對該對象的控制比較困難，本文結(jié)合模糊控制和串級控制的優(yōu)點(diǎn)，提出主汽溫FUZZY-PI串級控制方法，并且使用MATLAB 中的SIMULINK 軟件進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明該控制器可以使系統(tǒng)具有很好的抗干擾性能和魯棒性[3]。的應(yīng)用越來越受到人們的重視。國外不少專家、學(xué)者、 工程技術(shù)人員都致力于模糊控制的研究，并將模糊控制器用于工業(yè)過程控制方面，取得了良好的效果。在高

5、度工業(yè)化的日本，其模糊控制理論和研究都處于世界領(lǐng)先地位。從家用電器到生產(chǎn)過程控制，應(yīng)用模糊控制技術(shù)的新一代產(chǎn)品已大量上市。從1979年開始，我國也開始了模糊控制理論及應(yīng)用方面的研究。目前，模糊理論方面的研究已取得了重要的成果。在各種模糊控制算法和模糊與常規(guī)復(fù)合控制算法的研究中取得了許多有價(jià)值的成就。傳統(tǒng)的PID控制器，由于其控制規(guī)律簡單，參數(shù)設(shè)置亦不復(fù)雜，在過程控制中仍得到廣泛的應(yīng)用。但其致命的缺點(diǎn)是事先設(shè)定好的控制參數(shù)不能適應(yīng)過程的不

6、確定性而做出相應(yīng)的調(diào)整。當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)變化時(shí)，由于控制參數(shù)不能隨之而變化，不能對受控過程參數(shù)做出適時(shí)調(diào)整，從而使過程的品質(zhì)指標(biāo)惡化。 Carcia和Morari在1982年提出了內(nèi)模控制，這一控制的優(yōu)點(diǎn)是能將PID控制、SIMULINK 預(yù)估控制、確定性線性二次最優(yōu)反饋控制和多種預(yù)測控制等歸納在同一架構(gòu)之下，內(nèi)?？刂圃O(shè)計(jì)簡單、跟蹤性能好、魯棒性強(qiáng)、能消除不可測干擾的影響，是一種設(shè)計(jì)和分析預(yù)測控制系統(tǒng)的有力工具[5]。

7、在控制工程中，被控對象總是含有種種不確定性。如果用精確數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制器，那么當(dāng)不確定參數(shù)變化劇烈時(shí)，往往難以獲得滿意的控制效果，甚至造成無法控制。為了解決這個(gè)問題，出現(xiàn)模糊控制等方法。這些方法在一定條件下是可行的。但是當(dāng)系統(tǒng)操作環(huán)境突變例如被控對象發(fā)生故障或運(yùn)行環(huán)境發(fā)生突變，系統(tǒng)的參數(shù)變化很大，常規(guī)自適應(yīng)控制器中的辨識器難以跟隨參數(shù)的實(shí)際變化，導(dǎo)致控制器性能不佳；另外，基于對象模型識別的常規(guī)自適應(yīng)控制器以及目前已提出的模糊自適應(yīng)