一種鍋爐汽包水位自適應PID控制方法技術

本發明專利技術公開了電力控制技術領域的一種鍋爐汽包水位自適應PID控制方法。其技術方案是，建立二維雙輸入三輸出云模型控制器；采集控制系統偏差變化量e，并計算出變差變化率ec；確立PID控制器整定值ΔP、ΔI和ΔD；將系統偏差變化量e和偏差變化率ec代入二維雙輸入三輸出云模型控制器中，經過云推理后輸出整定值ΔP、ΔI和ΔD，再與常規PID控制器進行線性運算，由整定后生成新參數的PID控制器決定系統輸出量。本發明專利技術提高了鍋爐汽包水位控制系統的穩定性，加快了系統的響應速度，增強了對擾動信號的抗干擾能力。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于電力控制
，尤其涉及一種鍋爐汽包水位自適應PID控制方法。
技術介紹
汽包是進行汽水分離的裝置，汽包內存在大量的汽水混合物，汽包水位系統是一個大滯后的非線性系統。汽包鍋爐給水自動控制的任務是使鍋爐的給水量適應鍋爐的蒸發量，以維持汽包水位在規定的范圍內，同時保持穩定的給水流量。汽包水位過高，會影響汽包內汽水分離裝置的正常工作，造成出口蒸汽水分過多而使過熱器管壁結垢，容易燒壞過熱器，也會使過熱器氣溫發生急劇變化，直接影響機組的安全性和經濟性。汽包水位過低，則可能破壞鍋爐水循環，造成水冷壁管燒壞而破裂。因此，維持汽包水位正常是保證鍋爐和汽輪機安全運行的必要條件。關于汽包水位傳統控制方法主要有單沖量給水控制系統，單級三沖量給水控制系統，串級三沖量給水控制系統。其中，在機組冷態啟動和低負荷階段時，一般采用單沖量給水控制系統，機組在額定工況運行時，一般采用串級三沖量給水控制系統。實際運行中，影響汽包水位因素非常多，汽包水位的動態特性非常復雜，由于汽包水位中存在“虛假水位”特性，汽包負荷上升和下降時和下降時的水位等各相關參數動態特性曲線不對稱，且系統參數具有時變特性，給汽包水位的自動控制帶來了困難。常規的串級三沖量系統無法找到能適應各種擾動的控制參數，在大水位波動時依然無法迅速恢復汽包內進出介質流量平衡和水位平衡，從而影響水位的控制效果和安全性；且缺乏對水位趨勢的預測，被動的采取措施來抑制和消除即成水位偏差，容易導致系統恢復穩定的時間長，汽包水位超調，經常報警，系統不穩定震蕩甚至控制偏差發散。目前許多基于上述方法的改進型控制策略相繼提出，試圖提升汽包水位的控制品質，保證機組安全運行。如名稱“一種鍋爐水位的控制方法及控制系統”，申請號為200710040287. O (公開號CN101101112A)的中國專利申請。該方法基于三沖量串級控制原理，通過設置汽包水位上、下限位值，并分別與水位實時測量值比較，強制控制給水調節閥的全關和全開。該方法雖然在瞬時時間下能夠做到迅速調節，但單純依賴水位閾值強制控制給水閥具有很高的危險性，并且沒有合理的考慮到干擾量引起的水位值變化，不能從根本上解決水位波動的問題。名稱“一種汽包水位控制系統”，申請號201010286449. O (公布號CN 101922704A)的中國專利申請。該方法通過主輔PID回路附加修正學習模塊，通過跟蹤、判斷汽包水位的波動斜率來修正給水調節閥的開度輸出，該控制系統具備一定的智能性。但是擾動信號是隨機的、不確定的，僅通過知識庫來確定系統的輸出值是一種后知行為，控制上不夠全面。隨著智能控制技術的不斷發展，一些先進的控制策略，如預測控制、神經網絡控制、專家控制和模糊控制系統等相繼被應用到水位控制系統中。文獻《模糊自適應PID在鍋爐汽包水位控制中的應用》，作者趙巍巍，姚萬業。設計了模糊自適應PID控制器，利用模糊控制的專家推理能力，在線調整PID參數。采用模糊控制策略在設計控制系統時，可以不要求知道對象精確的數學模型，但要對受控對象的特性有充分了解，是以現場操作人員或專家的經驗知識的總結和歸納而建立知識模型的。模糊控制用語言變量代替常規的數學變量，或兩者結合運用來構造形成專家的知識庫。雖然模糊控制具有諸多優點，但是應用在汽包水位控制上具有整定困難，存在誤差，在波動頻繁的情況下無法平滑地輸出期望控制量。云模型是用人類語言值表示某個定性概念與其定量表示之間的不確定性轉換模型，用以反映自然語言中概念的不確定性，不但可以從經典的隨機理論和模糊集合理論給出解釋，而且反映了隨機性和模糊性的關聯性，構成定性和定量之間的映射，并且不要求給出被控對象的精確數學模型。這些都符合汽包水位控制系統的特點，并且合理利用云模型的概念能夠最大限度地保證控制系統穩定，提高機組的安全可靠運行效率。將汽包水位的偏差信號和偏差變化率作為二維前件云發生器，PID的三個參數作 為一維后件云發生器，構成適合汽包水位控制的雙條件單規則云發生器，再由若干個雙條件單規則云發生器組成雙條件多規則云發生器。當某一輸入激發各單規則發生器的前件時，每一個前件發生器便隨機產生一組確定度，這些確定度又隨機的刺激各規則后件發生器產生一組云滴，將所有產生的云滴通過逆向云發生器計算出該云模型的某一數字特征即得最后的輸出。上述方式構成了一個完整的二維云模型控制器。通過二維云模型控制器對控制系統偏差以及偏差變化率進行采樣，經過云模型控制器推理運算后，輸出PID整定值。借助云模型在不確定性轉換上的優勢，最大程度的滿足控制系統穩定要求。
技術實現思路
針對
技術介紹
中提到的目前鍋爐給水控制系統在實時控制及機組安全可靠方面存在的問題，本專利技術提出了一種鍋爐汽包水位自適應PID控制方法。一種鍋爐汽包水位自適應PID控制方法，其特征在于，所述方法具體包括以下步驟步驟1:建立二維雙輸入三輸出云模型控制器；步驟2 :對上一時刻控制系統水位偏差e進行采樣，并計算出水位偏差變化率ec ；步驟3 :將系統偏差e和偏差變化率ec作為云模型的輸入數據代入云模型控制器中；步驟4:經過運算，云模型控制器輸出PID控制器的整定值ΛΡ、ΛΙ和AD;步驟5:將整定值Λ P、ΛΙ和AD分別代入PID控制器當中修正PID控制器三個參數；并得到PID控制器輸出量，用于控制閥門開度；步驟6 :重復步驟2 步驟5，對下一時刻水位進行控制。所述步驟I中，建立二維雙輸入三輸出云模型控制器的步驟包括步驟101 :確定系統偏差e、偏差變化率ec和PID的整定值ΛΡ、ΛΙ和Λ D的數據變化范圍，并通過公式乃=yXl_________________行歸一化處理;其中，Yi為歸一化數據；Xi為測 [X — X .)Vmaxmm /量數據；xmin為設計檢測數據最小值；xmax為設計檢測數據最大值；歸一化后，偏差e的取值范圍為，偏差變化率ec的取值范圍為，Λ P的取值范圍為，Λ I的取值范圍為，AD的取值范圍為。步驟102 :將歸一化后的系統偏差e、偏差變化率ec、PID整定值Λ P、Λ I和AD進行劃分。其中，對偏差e劃分為m個部分,記為E1, E2,. . . , Em ;對偏差變化率ec劃分為η個部分，記為EC1, EC2,. . .，ECn ;對整定值Λ P劃分為i個部分，記為OP1, OP2,. . .，OPi ;對整定值Λ I劃分為j個部分，記為01，OI2, OIj ;對整定值AD劃分為k個部分，記為OD1, OD2,. . . , 0Dko步驟103 令 E= {Eq}, q=l, 2, . . . , m ；令 EC= {ECq}, q=l, 2, ... ,η ；令OP= {OPJ，q=l，2，...，i ;令01 = {0Iq}，q= 1，2，· · ·，j ;令 OD= {ODj，q=l，2，· · ·，k ;分別建立EXEC到OP的映射、EXEC到OI的映射和EXEC到OD的映射，將其作為二維雙輸入三輸出云模型控制器的控制規則。所述PID控制器輸出量的計算公式為 u(t) = (Kp + AP)e(t)+(K1 + Δ/)| e(r)dT+(KD +其中，u(t)為控制器輸出值；Kp為上一時刻PID控制器比例系數；K1為上一時刻PID控制器本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鍋爐汽包水位自適應PID控制方法，其特征在于，所述方法具體包括以下步驟：步驟1：建立二維雙輸入三輸出云模型控制器；步驟2：對上一時刻控制系統水位偏差e進行采樣，并計算出水位偏差變化率ec；步驟3：將系統偏差e和偏差變化率ec作為云模型的輸入數據代入云模型控制器中；步驟4：經過運算，云模型控制器輸出PID控制器的整定值ΔP、ΔI和ΔD；步驟5：將整定值ΔP、ΔI和ΔD分別代入PID控制器當中修正PID控制器三個參數；并得到PID控制器輸出量，用于控制閥門開度；步驟6：重復步驟2～步驟5，對下一時刻水位進行控制。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：韓曉娟，孔令達，程成，王笑宇，
申請(專利權)人：華北電力大學，
類型：發明
國別省市：