锅炉热工过程先进控制策略研究综述

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1、锅炉热工过程先进控制策略研究综述王庆东,冯增健,孙优贤(浙江大学现代控制工程研究所,杭州310027)　　摘　要:锅炉是一个多输入输出、强耦合、不确定时滞的复杂控制对象，常规的控制器很难取得理想的控制效果。综述了近年来国内外在锅炉热工过程控制领域的主要研究成果，其中包括PID混合控制系统、智能控制系统、解耦控制系统以及它们在锅炉热工过程中的应用。指出了当前研究的不足，并探讨了今后国内热工自动化控制研究及应用的几个方向。　　关键词:锅炉;智能控制;解耦控制;热工自动化SurveyonAdvancedControlTechniquesinThermalProcessofBoi

2、lerWANGQingdong,FENGZengjian,SUNYouxian(InstituteofModernControlEngineering,ZhejiangUniversity, Hangzhou310027,China)　　Abstract:Boilerisacomplicatedcontrolobjectwithmultivariable,strongcouplinganduncertaintimedelay.Itishardtogetidealcontroleffectwithnormalcontroller.Thispaperpresentsth

3、eoverviewofadvancedcontroltechniquesinthermalprocesscontrolofboiler,suchasPIDmultiplexcontrolsystem,intelligentcontrolsystemanddecouplingcontrolsystem.Thefutureofadvancecontrolresearchandapplicationisalsodiscussed.　　Keywords:boiler;intelligentcontrol;decouplingcontrol;thermalprocesscontro

4、l　1前言　　锅炉设备的主要输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风量；主要输出变量包括汽包水位、过热蒸汽温度及压力、烟气氧量和炉膛负压等。鉴于锅炉本身的复杂性，对锅炉实施控制时存在以下几个难点：1)系统存在严重耦合，例如燃料量的变化不仅影响蒸汽压力和汽包水位，还会影响过热蒸汽温度和烟气氧量等；2)存在不确定时滞，如燃料量的变化对蒸汽温度、压力、汽包水位等的影响有不同的滞后，减温水量的变化对过热器出口蒸汽温度的影响有较大的滞后，这些时滞的大小还随着负荷状况的改变而改变［2］。因此，锅炉是一个多输入、多输出且变量相互耦合并具有不确定时滞的复杂控制对象。　　由于锅

5、炉变量关系较为复杂，而操作工人的经验相对较丰富。因此，近年来锅炉自动化研究主要集中在以下三个方面：一是在传统PID控制领域，利用其他方法和PID控制相结合来改善PID控制效果；二是应用人工智能和计算机科学的最新技术，开发专家控制系统、人工神经网络控制系统和模糊控制系统等；三是针对锅炉的强耦合性，开发解耦控制系统。2锅炉热工过程先进控制策略研究现状2.1PID控制的新进展　　PID控制因其具有结构简单、容易实现、鲁棒性强和能够实现无差调节的特点，在传统的锅炉控制系统中得到了广泛的应用。然而，常规的PID控制器是线性的，适用于小惯性小滞后的过程，当把PID控制应用在非线性

6、、大时滞、参数不确定的情况下时，很难获得满意的控制效果。因此，近年来，很多学者将其他方法和PID控制结合起来，在线调节PID参数来处理各种不确定性、非线性以及大时滞，这是热工自动化控制的一个很好的发展方向。　　为了解决大惯性大滞后过程的控制问题而又无需建立被控过程的数学模型，可以采用一种模糊预估PID控制方法［3］，即在常规PID控制器前串联一个模糊预估器，通过模糊预估器对过程未来输出的预估作用来补偿被控过程的惯性和滞后对控制系统性能的影响。如图1所示的过热汽温模糊预估PID控制系统，其中，FE为模糊预估器(fuzzyestimator)，z1为滞后算子。模糊预估器的作

7、用是根据系统当前时刻的状态预测k+L时刻过程的输出，并将k+L时刻过程输出的估计值与过程输出值的偏差送入PID控制器进行控制，从而有效防止了当被控过程的纯滞后较大时，PID控制系统出现严重的超调和振荡，有利于抑制扰动。需要指出的是，这里的模糊预估器和一般的Smith预估器不同，不需要对对象建立精确的数学模型，它是根据一组模糊规则来实现对k+L时刻输出预估值的。　　对于不确定时滞的热工过程，常规的PID控制往往不能做到及时调节，造成了控制品质的下降。将调节器输入的被控量的偏差根据被控量的大小和其变化速率、方向以及时间关系，先进行