焦作工学院学报(自然科学版),第22卷,第3期,2003年5月JournalofJiaozuoInstituteofTechnology(NaturalScience),Vol.22,No.3,May2003锅炉水位的优化因子模糊控制王红旗,余发山,郝加臣(焦作工学院电气工程系,河南焦作454000)摘要:对锅炉水位的动态特性进行了分析,介绍了锅炉水位的优化因子模糊控制方法,以670t/h锅炉为例进行了系统仿真实验,证实了优化因子模糊控制器在汽包水位控制上的实时性、高精度和高鲁棒性等特点.关键词:锅炉;汽包水位;模糊控制;优化因子中图分类号:TP273文献标识码:A文章编号:10077332(2003)030224040引言汽包水位是锅炉运行中的1个重要参数,它体现出锅炉产生的蒸汽量和给水量之间的动态平衡关系,是锅炉安全运行的重要条件[1].汽包水位高会影响汽水分离,造成出口蒸汽中水分过多,结果使过热器的受热面结垢而被烧坏;而汽包水位过底,则会破坏汽水循环,造成水冷壁管供水不足而被烧毁,甚至引起锅炉爆炸.汽包水位控制的目的就是要克服锅炉负荷变化所引起的虚假水位的影响和各种干扰对水位的影响,维持汽包水位在允许的范围内变化.汽包水位控制是一个复杂的多变量非线性控制过程,传统的PID控制,鲁棒性不好,随着锅炉容量和负荷峰谷差的增大,已难以适应;普通的模糊控制,虽然控制精度和鲁棒性比传统的PID控制有很大的提高,但是,模糊控制规则的制订,依赖于人们的操作经验,往往带有很大的主观片面性,而且,控制规则一旦确定,在控制过程中就不会改变.本文介绍的优化因子模糊控制方法,通过适时地调整优化因子来调节误差的控制权重,就相当于根据控制的需要适时地改变了控制规则,从而能够获得更好的控制效果.我们使用了这种优化的模糊控制方法,通过采样汽包水位和给水流量信号对给水电机进行实时控制,来调节汽包水位的平衡,仿真结果表明,使用文中介绍的优化因子模糊控制策略,可以使汽包在很宽的负荷范围内克服蒸汽流量等扰动因素对水位的影响而保持相对稳定.1锅炉汽包水位的动态特性影响锅炉汽包水位的因素主要有3个[2].1.1给水流量FW的扰动在给水流量扰动下,水位的响应速度为=LFW,(1)式中,FW为给水流量阶跃值,t/s;L为水位的变化值,mm;为延迟时间,s;与锅炉容量和汽包容积有关.给水流量扰动下,水位对象的传递函数为L(s)FW(s)=11+ss.(2)可见,水位对象相当于一个由一阶惯性环节与积分环节的串联.收稿日期:20020524;修回日期:20020929作者简介:王红旗(1973),男,河南周口人,硕士研究生,主要从事智能控制应用和嵌入式系统开发方面的研究.1.2蒸汽流量FS的扰动蒸汽流量阶跃增加FS后,开始时,汽包内压力减小,汽、水混合物体积膨胀,水位L短时间升高,然后又随蒸汽流量和给水流量的平衡而下降,这就是虚假水位.水位对象的传递函数为L(s)Fs(s)=K(1+Ts)N-s,(3)式中,K为惯性环节的放大倍数;N为惯性环节的阶次,它与汽包压力等因素有关;T为惯性环节的时间常数,s.可见,水位对象相当于是由一阶(或多阶)惯性环节和积分环节反向并联而形成的.1.3燃烧率FF的扰动在燃烧率FF扰动下,水位对象的传递函数为L(s)FF(s)=K(1+Ts)2-se-s,(4)(4)式与蒸汽流量扰动下的传递函数相似,但多了一个延迟环节,为延迟时间,s.通常在保持物料平衡的条件下,汽包恒压加热,前2个扰动,即给水流量扰动和蒸汽流量扰动是引起锅炉汽包水位变动的主要原因,所以我们以这2个主要参量作为研究对象,实现对汽包水位的控制,而不再考虑燃烧率对水位的扰动作用.2锅炉汽包水位的优化因子模糊控制模糊控制是一种新颖的控制方法,它不需要建立被控对象的数学模型,只要根据现场操作人员或专家的经验,建立少数的控制规则,就能达到对被控对象的精确控制.但是,普通模糊控制由于在模糊量化过程中的信息丢失和制定模糊规则时人为因素的制约,必然会影响到控制的精度.而优化因子模糊控制能够按照误差的大小自动地调整误差对控制作用的权重,所以,更符合人们在控制决策过程中连续性思维的特点,能够提高控制的精度.