探索模糊控制在锅炉热工控制中的应用

探索模糊控制在锅炉热工控制中的应用

仲凯

（河南京煤滑州热电有限责任公司河南滑县456400）

摘要：在实际工作当中，模糊控制在锅炉热工控制中的应用存在着很多问题，需要不断改革和创新，因此，对其相关的应用进行分析，深入了解锅炉系统的运行情况，不断改善模糊控制的应用模式，可以保证整个锅炉系统的安全运行。

关键词：模糊控制；锅炉；热工控制

1模糊控制的特点

第一，在设计控制系统时，可以不要求知道对象精确的数学模型，但要充分了解受控对象的特性；第二，用语言变量代替常规的数学变量，或两者结合运用，来构造形成专家的知识库；第三，控制系统的鲁棒性强，适应于常规控制难以解决的非线性，时变性，多层次的系统。

2模糊控制在锅炉热工控制中的应用

2.1在锅炉汽水系统中的应用

通常，锅炉汽水系统的控制主要有两部分：第一个是将汽包水位控制在允许范围内，避免事故发生。汽包水位是影响锅炉安全运行的重要因素。如果水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水过多，增加在过热器管壁上和汽轮机叶片上的结垢，甚至使汽轮机发生水冲击而损坏叶片。水位过低的话，则会破坏水循环，尤其是水冷壁管壁的破裂；第二个是使给水量在负荷不变情况下，保持相对稳定状态，提高整个锅炉系统的运行稳定性，确保给水管道和省煤器的安全运行。在实际应用中，模糊控制的运行模式有两种，一种是人工操作，另一种是自动运行模式。由于给水管道和水泵会对系统造成一定干扰，汽轮机发电组是定量功率使给水压力和调节阀发生较大变化，并且锅炉系统运行时使用的煤种和煤质处于不确定状态，使锅炉汽水系统的热负荷发生较大变化，因此手动控制模式的应用范围较大。而自动运行模式较适用于整个锅炉汽包水位较稳定的情况下。为了提高模糊控制的可靠性和高效性，相关研究人员通过模仿人的思维模式，来完善模糊控制系统。在汽包实际水位和水位设定值偏差、实际发生功率和主控入水阀与调气门开度大小等方面进行参数设置，以有效提高模糊控制系统的智能化，从而控制汽包水位、实际输出功率和流量平衡情况。同时，采用线性化分布参数的建模方式，对锅炉汽水系统中高温过热器的四个典型负荷点处出口进行温度检测和控制，从而将模糊控制器的在线调节功能分为粗调和微调两种，以提高模糊控制系统的运行安全性。通过对粗调机制进行操作，可以使控制器参数对温度快速变化过程快速地适应，以降低参数变化和环境变化对模糊控制系统控制性能带来的影响；通过微调操作，可以使系统的实际控制情况达到或接近预定范围，进而提高整个系统运行的动态性能。

2.2在锅炉燃烧系统中的应用

锅炉燃烧时，燃烧系统有效控制燃料产生的热能，以满足锅炉蒸汽负荷的需要，确保整个锅炉系统运行过程中蒸汽压力处于稳定状态。一般锅炉系统中的燃烧系统采用串级的主汽压回路控制，而且整个系统的控制量主要是给煤量，以维持锅炉系统的正常运行。因此，系统的主汽压力受到负荷、煤种、煤质等多种因素的影响。根据锅炉热工控制的实际情况来看，工作人员通过自己的工作经验，可以有效控制锅炉系统的正常运行，因此，模糊控制在锅炉热工控制中的应用，采用人工智能模式，利用煤量和总风量之间的耦合关系、煤量与实际发功率的关系，设置相关参数，从而有效控制煤量变化、风量大小，确保系统的安全运行。在锅炉燃烧系统中应用模糊控制，还能提高煤炭能源的有效利用率，降低生产成本，对于促进经济可持续发展具有重要的现实意义。有效控制风煤比例和烟气含氧量，是通过采用改变进入锅炉的鼓风量的方式，对炉膛烟气含氧量进行参数设置，从而实现锅炉燃烧的优化空化。在实际应用过程中，要注意保持整个系统的空气流通，确保燃烧煤得到充分燃烧，并严格控制炉膛内的燃烧温度，以提高锅炉的燃烧效率。

3模糊控制应用于锅炉控制应解决的问题

模糊控制应用于热工锅炉控制时应注意以下问题：

3.1所选取的隶属函数应尽可能简单

隶属函数的选取非常重要，它体现着人们将现实的精确量转变成语言变量的过程。TP以其结构简单、计算量小、易于实现而在工业中获得广泛应用（图1）。GPE系统采用正态分布的隶属函数，更能体现人的思维方式（图2）。TPE系统和GPE系统都有如下规约：隶属函数对称于其中心值、所有隶属函数形状相同、两相临隶属函数间中心值相等。

3.2尽量采用线性控制规则。线性控制规则体现着人们认识客观世界的一般思维方式。适当在复杂的回路过程中采用具有自适应功能的非线性规则，然而非线性规则的引入势必导致计算量的增大。

3.3采用的模糊判决方法因过程而异。一般而言，最大隶属度法会得到较好的瞬态性能，而加权平均判决法具有较好的静态性能，而且均方差也较小。

3.4在系统的过渡过程阶段中，可采用调整量化因子的方法来改善系统的动态性能。由于量化因子的变化构成了参数的自校正机制，因此，能更好地解决系统快速性和稳定性的矛盾，及时消除燃料燃烧率等内外扰动。

3.5锅炉系统为一典型的多变量控制系统，各量之间相互耦合严重，按照MISO系统设计模糊控制器时，模糊控制中规则数目随变量数目的增加而成指数增加。过多的规则数目，会使得其推理过程较为繁琐，难以应用于实时控制，对此，可采用如下方法：第一，通过前馈等手段将其化成单回路处理；第二，针对不同的被控量，采用多个控制器，将被控量和控制量分层处理，控制器的输出由相互独立的模糊逻辑控制器的输出量决定。近年来，模糊控制应用取得了巨大的发展，人们期待着它能够在复杂的电厂热工过程控制中发挥重要作用。在实际控制工程中存在的问题是模糊推理较复杂，计算时间长。如何简化模糊控制器的量化过程，将其转换成易于学习的算法；如何针对电厂热工过程确定推理规则，构成有效的模糊推理机制；模糊控制运行的稳定性、收敛性等，都是有待进一步研究的问题。

4结语

总之，模糊控制在电厂锅炉控制方面的运用已经有了较大的发展，许多企业都已在自己的控制系统组态软件模块加入了模糊控制模块。相信在不久的将来，模糊控制将能更广泛的应用到电厂热工控制领域。

参考文献：

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[2]孙健，金鑫.探索模糊控制在锅炉热工控制中的应用[J].科技风，2014（19）.

[3]王敏，王晓雨.模糊自整定PID控制在油轮辅锅炉中的应用[J].中国设备工程，2018（16）.

[4]马孝纯，朱亚波.模型预测控制在锅炉控制系统应用的仿真研究[J].电站系统工程.2018（04）.

作者简介：

仲凯（1985.10.05），男；辽宁锦州；满；在职研究生；中级工程师；热控专工；研究方向：电厂热工自动化方向。