模糊免疫PID算法在鍋爐控制策略中的應用

喬金玉

（大唐武安發電有限公司，河北 武安 056300）

模糊免疫PID算法在鍋爐控制策略中的應用

喬金玉

（大唐武安發電有限公司，河北 武安 056300）

根據循環流化床鍋爐結構和控制特點，提出了模糊免疫PID控制算法，并將此算法應用到流化床鍋爐控制策略中。以給煤量-主蒸汽壓力控制系統和給煤量-床溫控制系統為例，在MATLAB仿真軟件中比較模糊免疫PID控制算法和常規PID控制算法的控制效果，結果表明在循環流化床鍋爐控制策略中應用模糊免疫PID控制算法能得到更好的控制效果。

循環流化床；模糊；免疫PID；仿真

0 引言

隨著電力行業的發展，循環流化床鍋爐（Circulating Fluidized Bed Boiler，簡稱CFBB）已經得到發電集團越來越多的重視。CFBB系統較為復雜，具有大滯后、慢時延、非線性等特點，較難實現精確控制，結合PID控制、生物免疫機理和模糊控制算法，提出了模糊免疫PID控制算法，以這種算法為基礎對循環流化床鍋爐控制策略實現改進。并利用MATLAB進行仿真，仿真效果表明，模糊免疫PID控制算法在對循環流化床的控制品質方面優于常規PID控制。

2.2 仿真研究

選取循環流化床鍋爐給煤量-主蒸汽壓力控制系統和給煤量-床溫系統控制系統，分別以階躍響應實驗和魯棒性能實驗。引用常規PID控制算法與模糊免疫PID控制算法做比較，采用MATLA仿真軟件對系統的模型進行仿真研究。

給煤量-主蒸汽壓力控制系統傳遞函數為：

1 模糊免疫PID控制理論

循環流化床鍋爐的控制系統存在著較嚴重的非線性、不確定性等，因此常規的控制方法不能實現對循環流化床鍋爐的精確控制。針對這一特點，文中提出了基于模糊免疫PID方法的循環流化床鍋爐控制策略。

圖1 自整定模糊免疫PID控制系統

循環流化床鍋爐燃燒系統與普通鍋爐相比具有很多特性，諸如響應滯后、參數慢時變、受外界干擾嚴重等。所以設計循環流化床鍋爐控制系統時就要求系統具有良好的抗干擾性和動態性能、穩態輸出。模糊免疫PID控制算法的控制系統就可較好的滿足以上的要求。

根據循環流化床鍋爐運行經驗，控制系統的偏差和偏差的變化率的模糊域選取（-3，3），控制器的輸出模糊域選取（-3，3），偏差的實際范圍為（-10，10），則量化因子為0.3，控制器的輸出的輸出幅值限制為（-10，10），故其量化因子也取為0.3。其他量化因子，比例因子均取為1。

2 控制系統的仿真研究

2.1 控制對象模型的選取

根據循環流化床燃燒系統運行的經驗，可將燃燒系統簡化為一個兩輸入兩輸出的控制對象，則輸入為系統的一次風量和給煤量，輸出為鍋爐的主汽壓力和床溫。系統的輸入與輸出的傳遞函數表達式為：

傳遞函數中 為2×2階矩陣，傳遞函數的展開式為：

控制系統階躍響應實驗，給出幅值為1的響應信號，則系統的響應曲線如圖2所示。

圖2 給煤量-主蒸汽壓力階躍響應曲線

給煤量-床溫控制系統傳遞函數為：

給出幅值為1的階躍信號，則系統的響應曲線如圖3所示

圖3 給煤量-床溫系統階躍響應曲線

對循環流化床鍋爐燃燒系統的模型進行了簡化，并利用MATLAB仿真軟件對模糊免疫PID算法和常規PID算法進行對比研究，仿真結果表明文中提出的模糊免疫PID控制算法優于常規的PID控制算法。采用模糊免疫PID控制算法對循環流化床鍋爐控制具有良好的效果。

3 結論

提出了基于模糊免疫PID算法的循環流化床控制策略。為了說明此種算法的優越性，同時引入了常規PID控制算法，在MATLAB仿真軟件中做了兩種算法的仿真研究，兩種算法同時應用在給煤量-主蒸汽壓力控制系統和給煤量-床溫系統控制，仿真結果表明文中提出的模糊免疫PID控制算法在控制效果上有較大的優越性。

［1]張興.大型循環流化龐鍋爐的控制策略研究［D].北京：華北電力大學，2012.

［2]金小華.330MW循環流化床鍋爐動態特性仿真研究［D].北京：華北電力大學，2011.

［3]馬駿，張抗.循環流化床鍋爐內襯澆注料的損壞及其預防［J].山東電力高等專科學校學報，2005（2）：64-67.

［4]呂崇德，任挺進，姜學智等.大型火電機組系統仿真與建模［M].北京：清華大學出版社，2002．

喬金玉（1983—），男，漢，河北邯鄲人，助理工程師，研究方向：為熱工自動化及其控制系統。