先進控制方法在電廠熱工過程控制中的應用研究

摘 要：隨著社會工業化的迅速發展，我國現代化工藝生產程序與過程越來越復雜，在熱工行業系統中，不斷涌現出高維數特性、參數時變與強非線性的特點，本文通過多調整PID控制結構的設計來解決回路耦合與模型方法來解決工況非線性的方法，解決電廠熱工控制過程中的一些問題，致力于為現代電廠熱工技術進步。

關鍵詞：電廠熱工；控制方法；智能PID控制

在這個經濟與技術高速發展的時代，各行各業都在為了提高經濟效益與效率，減少設備故障，減輕員工勞動強度，加強員工工作技術提升上，不斷追求技術創新與先進。與此同時，電力系統的操作越來越復雜，程序越來越多，電廠熱工的自動化技術水平也是水漲船高。作為一個電廠熱工專業研究者，本人在以往前輩們的研究基礎上，更加深入研究電廠熱工過程中的控制技術的基本原理與應用效果，希望能有所研究并對大家提供幫助或有所啟發。

一、先進控制策略的研究現狀

（一）關于神經網絡控制方法。人工神經網絡與真正人的神經網絡一樣復雜，能夠極其有效地解決非線性問題，在這個過程中，人工神經能夠隨意估計任何非線映射，從而為非線性系統建立模型。自動控制系統中主要有兩種受神經網絡的影響：第一種是指傳統的控制規律和現代的神經網絡相結合的方式；另外一種是指通過示教或學習，能夠自動歸納出控制規律，這種情況下神經網絡被當做是控制器。

目前來看，神經網絡主要包括自適應共振理論、Hopfield網絡模型、多層網絡反向傳播算法以及自組織特征映射理論等。通過很多人的努力研究，在控制角度方面，神經網絡開創了一條可靠性高、智能型強且方便攜帶的控制理論與方法。

（二）關于模糊控制方法。在很長一段時間里，模糊控制這一技術被廣泛應用，像互聯網中的數據分類與信號處理，計算機視覺與決策支持等，都充分發揮了模糊控制的作用。模糊控制通常用于反饋控制，在遵循一定規則的的基礎上，直觀地傳達信息，方便工程員工接收與理解。此外，它也在監督層發揮作用，常常將常規的PID控制器設定一定的參數，進行一種輸入與輸出的非線性映射過程，從而做到信息實時反饋。

二、先進控制的主要特點

第一，通常的先進控制主要用來進行解決一些復雜的產品生產操作過程，常規的控制方法經常無法做到精確。

第二，常常對被控對象的要求比較低，所以先進控制可以采取智能性強的控制方法。

第三，必須要在具有合格的比較高的技術水平的控制裝置之上才能實施先進控制技術，對計算機的硬件、軟件要求比較高。

第四，先進控制技術的使用，要求已有的神經網絡控制、專家控制與模糊控制發展比較成熟，具有扎實的技術基礎。

三、電廠熱工過程控制的類型與特點

（一）關于單元機組負荷過程。單元機組負荷過程具有強烈的時變性與非線性，它存在嚴重的不確定性耦合變量，不能精準地建立自己需要的數學模型，存在一定的技術缺陷。

（二）關于過熱氣溫過程。電廠鍋爐尤其是火電廠鍋爐操作比較危險，一般是通過改變減少溫水的方法來調控鍋內的鄭琦的溫度，不過，在這個過程中，它的變動幅度比較大，具有一定的慣性與滯后性，其工作狀態隨時可能發生變化。

（三）鍋爐的燃燒系統。在鍋爐燃燒這個過程中，其耦合變量最為嚴重，受其干擾的原因也有很多，所以，通常不能準確地測量鍋爐內的燃燒率及其溫度變化過程。為解決這個問題，一般采用的方法是將鍋爐燃燒分為熱負荷調節、爐膛負壓調節系統以及氧量校正系統等三個子系統，它們之間具有一定聯系性，并且相對保持獨立，三個子系統中又以熱負荷調節為主。

（四）鍋爐中的水位系統。在鍋爐進行工作的過程中，鍋爐內的水位具有極為重要的監控參數意義，汽包鍋爐蒸汽負荷與鍋爐內的水量保持平衡，就需要鍋爐汽包，因為它能夠干擾水系統中的各種因素，導致“虛假水位”出現，誤導工程員工，使之操作錯誤或使得生產出的產品不合格。

（五）制粉系統。制粉系統在電廠熱工的過程中只是一個輔助作用，但它也是必不可少的，它能夠在電廠熱工的過程中起非常有效的調節作用。這類系統雖然具有強耦合、純遲延的特點，還屬于變量較多的非線性時變系統，但是對工作過程中的鋼球磨中儲式制粉系統非常有效，它能有效地將熱交換、機械能量的轉換之間復雜的流動過程進行調節，使之發生工程工作需要的變量發生改變。

四、可采用的先進控制技術

（一）對模型的預測控制。電廠熱工中的預測控制是指先對未來行為可能發生的情況進行預測，使之對過程控制更加完善。在預測之前，工程人員可能并不清楚具體的參數或者數據，只是在經驗的基礎之上，加上已知條件，為克服系統存在的不確定性，從而通常采取滾動優化策略，使控制結果誤差降到最低。滾動式優化是模型預測控制的核心所在，不同于其他的控制方法，它是屬于建立在優化和模型當中的一種控制方法，模型預測控制有幾個比較典型的特點，一是為了更加方便地建立模型，使得它建立的模型精確度不高；二是具有可調的魯棒性，能很好地控制電廠熱工工程中的一些變量；三是采用滾動優化策略，將監控分成幾次來完成，保持精確均勻的控制；四是通過模型的非最小化描述；五是有效處理控制過程中的多種變量問題，實現多目標多過程控制與優化。

（二）對智能PID控制。智能PID控制是指我們通常說的常規PID控制與智能控制技術結合的產物，而智能控制技術是指神經網絡與模糊控制，所以就出現了神經網絡自適應PID控制、參數自適應PID控制、參數模糊自矯正PID控制與模糊-PID復合控制等。

神經網絡的參數自適應PID控制器主要是指單神經元模型構造PID控制器，它的神經元有三個數據方面的輸入，分別是誤差、誤差變化率與誤差累計，神經元的這三個數據又一一對應PID控制器的比例、微分與積分，在神經網絡的參數自適應PID控制系統下，也可以由神經網絡來辨識系統對象，從而建立數學模型。

參數模糊自校正PID控制器設計的核心是建立合適的模糊規則。目前看來，通過大量仿真試驗的操作、總結操作人員的工作經驗與分析系統的各環節響應等方法，是建立模糊規則的主要手段。因為PID控制器需要多個參數參與校正工作，所以也有比較多的模糊校正準則，由于控制過程的計算工作量很大，并且需要將獲得那些規則要對PID控制器參數與系統性能之間進行分析與評判，同時配備有大量的仿真實驗來證實，設計者或人工的手段是很難做到的，但是，采用智能PID控制就能夠有效降低人工成本，節約時間與操作流程，真正意義上提高工作效率。

五、結語

電廠熱工是一項可控制性不是很好的操作工作，它的非線性、強耦合性以及不確定性特征為電廠熱工的操作帶來很大的不便，但是，采取各種有效措施，充分利用先進技術全方面控制電廠熱工過程中可能會出現的問題，提高工作效率，減輕工作失誤，對不可控因素進行必要防護，從而獲得最大價值的收獲。

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