燃煤锅炉过热蒸汽温度系统混合控制方法

摘要

本发明涉及一种燃煤锅炉过热蒸汽温度系统混合控制方法。本发明方法首先基于燃煤锅炉过热蒸汽温度实时过程数据建立过程模型，挖掘出基本的过程特性；然后基于该过程模型建立比例积分控制回路；最后通过计算预测PI控制器的参数，将比例积分控制与燃煤锅炉过热蒸汽温度对象整体实施预测PI控制。本发明方法弥补了传统控制的不足，并有效地方便了控制器的设计，保证控制性能的提升，同时满足给定的生产性能指标。本发明提出的控制技术可以有效减少理想过热蒸汽温度工艺参数与实际过热蒸汽温度工艺参数之间的误差，进一步弥补了传统控制器的不足，同时保证控制装置操作在最佳状态，使生产过程的过热蒸汽温度工艺参数达到严格控制。

主权项

1.燃煤锅炉过热蒸汽温度系统混合控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)利用燃煤锅炉过热蒸汽温度实时过程数据建立过程模型，具体方法是：首先建立燃煤锅炉过热蒸汽温度实时运行数据库，通过数据采集装置采集N组实时过程运行数据，将采集的实时过程运行数据作为数据驱动的样本集合，表示为{X_i，y(i)}_i＝1^N，i＝1，2，…，N，其中X_i表示第i组工艺参数的输入数据，y(i)表示第i组工艺参数的输出值；然后以该过热蒸汽温度实时过程运行数据集合为基础建立基于最小二乘法的离散差分方程形式的局部受控自回归滑动平均模型：$y_L\left(k\right)={\Phi }^{T}X,\Phi ={[a_1^{\prime },a_2^{\prime },...,a_n^{\prime },b_0^{\prime },b_1^{\prime },...,b_{m-1}^{\prime }]}^T$X＝[y(k-1)，…，y(k-n)，u(k-d-1)，…，u(k-d-m)]^T其中y_L(k)表示当前时刻过程模型的工艺参数的输出值，X表示过程模型的工艺参数的过去时刻的输入和输出数据的集合，u(k)表示当前过程模型工艺参数对应的控制变量，k为当前的递推步数，Φ表示通过辨识得到的模型参数的集合，T表示矩阵的转置，n，m，d+1分别为对应实际过程的输出变量阶次、输入变量阶次、实际过程的时滞；采用的辨识手段为：${\Phi }_k={\Phi }_{k-1}+\bar{K}\left(k\right)[y\left(k\right)-{\Phi }_k^T{X}_k]$$\bar{K}\left(k\right)=P(k-1)X_k{[X_k^{T}P(k-1)X_k+\gamma ]}^{-1}$其中k和P为辨识中的两个矩阵，γ为遗忘因子，为单位矩阵；(2)采用响应曲线法设计过热蒸汽温度过程模型的比例积分控制器，具体方法是：a.将过程模型的比例积分控制器停留在手动操作状态，操作拨盘使其输出有阶跃变化，由记录仪表记录过程模型的输出值，将过程模型输出值y_L(k)的响应曲线转换成无量纲形式y_L^*(k)，具体是：其中，y_L(∞)是过程模型的比例积分控制器的输出有阶跃变化时的过程模型输出y_L(k)的稳态值；b.选取满足的两个计算点k₁和k₂，，依据下式计算比例积分控制器所需要的参数K、T和τ：K＝y_L(∞)/qT＝2(k₁-k₂)τ＝2k₁-k₂其中q为过程模型的比例积分控制器输出的阶跃变化幅度；c.计算过程模型的比例积分控制器的参数，具体是：K_c＝1.2T/KτT＝2τ其中K_c为比例积分控制器的比例参数，T_i为比例积分控制器的积分参数；(3)设计预测比例积分比例积分控制器，具体步骤是：d.将过程模型的比例积分控制器停留在自动操作状态，操作拨盘使其输入有阶跃变化，由记录仪表记录实时过程的输出，将过程输出值y(k)的响应曲线转换成无量纲形式y^*(k)，具体是：y^*(k)＝y(k)/y(∞)其中y(∞)是过程模型的比例积分控制器的输入有阶跃变化时的过程模型输出y(k)的稳态值；e.选取满足y(k₃)＝0.39，y(k₄)＝0.63的另两个计算点k₃和k₄，依据下式计算预测比例积分比例积分控制器所需要的参数K₁，T₁和τ₁：K₁＝y(∞)/q₁T₁＝2(k₃-k₄)τ₁＝2k₃-k₄其中q₁为过程模型的比例积分控制器输入的阶跃变化幅度；f.将步骤e得到的参数转化为拉普拉斯形式的局部受控传递函数模型：$\frac{y\left(s\right)}{q_1\left(s\right)}=\frac{1}{{\lambda }_{1}s+1}{e}^{-L_{1}s}$其中s为拉普拉斯变换算子，λ₁为局部受控传递函数模型的时间常数，L₁为局部受控传递函数模型的时滞，y(s)表示当前时刻过程模型的输出值的拉普拉斯变换，q₁(s)表示过程模型的比例积分控制器输入的拉普拉斯变换；λ₁＝T₁L₁＝τ₁g.依据步骤f计算出的模型参数整定预测比例积分比例积分控制器的参数，具体方法是：①对该对象设计预测比例积分控制器；选定期望的闭环传递函数模型为G_q2(s)$G_{q2}\left(s\right)=\frac{1}{{\lambda }_{2}s+1}{e}^{-L_{2}s}$λ₂为期望的闭环传递函数模型的时间常数，L₂为期望的闭环传递函数模型的时滞，L₂＝L₁；②预测比例积分比例积分控制器的传递函数G_c1(s)可由下式来表示$G_{c1}\left(s\right)\frac{{\lambda }_{1}s+1}{({\lambda }_{2}s+1-e^{-L_{2}s})}$③依据步骤②得到当前的预测比例积分比例积分控制器的参数值u(s)。$u\left(s\right)=\frac{{\lambda }_{2}s+1-e^{-L_{2}s}}{{\lambda }_{1}s+1}y\left(s\right)$