电站锅炉一次风压系统模型算法控制仿真研究

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1、10化工自动化及仪表第39卷电站锅炉一次风压系统模型算法控制仿真研究，薛美盛张旭东王川(中国科学技术大学自动化系，合肥230026)摘要对输入输出数据Hankel矩阵进行正交投影和主元分析，该算法对输入信号类型没有很强的依赖性，即使在噪声强度很大时仍然能够很好地提取出对象的脉冲响应序列，并将该算法用于模型算法控制数据驱动的设计。仿真结果表明，该算法是有效的。关键词一次风压正交投影主元分析有限脉冲响应序列仿真中图分类号TH862+．6文献标识码A文章编号1000—3932(2叭2)01旬010m5一次风压是锅炉控制的重要调节对象¨1，直接影响到锅炉的燃烧品质旧1。一次风压过大会导致着火推迟、

2、中断甚至灭火，还会造成燃烧切圆半径过大烧坏水冷壁，严重时煤粉气流冲到水冷壁上造成水冷壁局部受热超温导致爆管，还有可能引起一次风机过负荷；一次风压过小将使着火点提前烧毁燃烧器喷嘴或引起喷嘴结焦，甚至引起一次粉管着火，还有可能导致风管堵塞。模型算法控制(ModelA190rithmicControl，MAc)是一类基于对象脉冲响应序列的先进控制方法，属预测控制算法中的一种∞。1。20世纪60年代末在法国企业中锅炉和分馏塔的控制中首先成功应用，并在工业控制领域不断应用和推广。在有些工业过程中，出于系统安全等多方面的考虑，脉冲响应测试或者阶跃响应测试往往被禁止使用，即使允许做相关测试，但是由于系统

3、的闭环特性和系统噪声的存在，使得测试得到的数据序列无法直接用于预测控制器的设计。于是，利用数据驱动方法进行控制器的设计成为一种可行的选择¨。。文献[7]提出了一种通用的基于数据驱动的模糊系统建模方法。而笔者利用电站锅炉的一次风压系统的输入、输出数据的Hankel矩阵，通过投影结合主元分析的运算方式，提取出对象的脉冲响应序列，并结合模型算法控制的特点，给出了MAC的一种数据驱动的设计方法。1一次风压当前控制方式一次风压控制系统的原理如图1所示。一次风母管压力在甲、乙两侧各有一个测点，当两个测点信号都正常时，自动控制用的一次风压测量值信号是甲、乙两侧测点的均值。当某个测点出现故障时，计算机自动

4、把正常测点信号作为测量值提供给自控系统，并且禁止手动切换到故障测点。当故障测点恢复正常时，系统自动选择两测点的平均值作为一次风压的测量值信号。当两台一次风机同时处于手动状态时，一次风压设定值将自动跟踪测量值。在运行过程中，一次风压调节的基本过程是由一次风母管来的实际风压信号与控制盘的一次风压给定器给定的风压定值进行比较，主控制器根据自动运行的一次风机台数和给定值与实际比较的偏差，分别给出一次风机的开度指令，并且并行地送到两台风机的导叶机构。甲风机偏置l整Il一次风压控制框图当前一次风压控制系统采用经典的PID控制策略，表示为：“扣K，+毒+等一次风压的控制采用了PI控制形式，其控制参数为：

5、K，={三：；：：薯二娄嚣爰嘉昙蓄萎囊态，收稿日期：2011—11_23(修改稿)基金项目：国家高技术研究发展计划项目(2007AA042195)第l期薛美盛等．电站锅炉一次风压系统模型算法控制仿真研究ri=30，SPGIin=6，PKain=6。2模型算法控制考虑如下控制量加权的二次型性能指标：_，=¨形一y¨：+¨u¨：=(形一l，’一日U)’Q(形一y‘一日U)+U7RU极小化目标函数，令荔=o，且券>o，得到控制率：u=(日7Q日+R)日7(形一l，+)其中，y‘=日’u+(蠡一1)。u’(％一1)=[u(☆一^r+1)u(％一Ⅳ+2)⋯u(☆一1)]7危3^2^。k●：^p+2_

6、I善p+式中Ⅳ——脉冲响应序列长度，一般取Ⅳ=20～50：p——预测步长，p<Ⅳ；形——设定值柔化轨迹；Q，R——输出误差和控制量的加权矩阵。3脉冲响应序列提取算法对于如下系统：z(％+1)=Ax(☆)+曰u(^)+‰(^)(2)y(后)=C菇(后)+Du(后)+e(后)(3)通过迭代运算可以得到哺1：Yf=rNXf+H：Uf+H★Eft41日：=DCBC矿‘2BODCA“一3B⋯0⋯0●。．：⋯D(5)对式(4)进行如下变化：(，一日：)B=，。巧+日；E，(6)鼽髟=盼做形。行空间上的正交投影运算⋯，结合未来噪声信号与过去输入输出信号不相关的前提，可以得到：(J一日：)巧嘭(％孵)‘1

7、％=n■孵(取孵)“K再将式(6)两边左乘(厂：)7，由于(，毒)’厂Ⅳ=0，式(6)可进一步化简为：(，毒)’(，一峨)哆孵(町孵)’1睨=o利用主元分析方法对下式进行分解‘101：专町睇(睨孵)“睨2P，+科根据主元分析算法的性质，当Ⅳ_+∞时，(一。茹，：)-M㈩其中，肘是一个非奇异矩阵，通常可将其取为单位矩阵，则式(7)可简化为：㈦：一卜搏∽妣碟=p，(8)一(，寿)7域=可(9)将式(8)代入式(9)，可得：一