锅炉蒸汽温度模糊控制器的设计【文献综述】

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毕业设计文献综述电气工程及其自动化锅炉蒸汽温度模糊控制器的设计1.前言随着科学技术的日益发展我国的电力系统正在发生着一场巨大的改革。计算机技术的不断成熟，通信技术所覆盖的领域越来越大，控制理论及信息处理技术也在不停地向前发展，新材料、新工艺正在代替传统的材料与工艺。这些都推动了电厂控制技术的进步，各种技术之间的联系越来越紧密，给电厂自动化控制带来了前所未有的机遇[1]。众所周知，电能不仅是现代工业生产的主要能源和动力，也是保障日常生活秩序的重要依靠。随着近些年我国经济的高速发展，对电的需求也是越来越大，电力系统的不断扩大，对电力系统的自动化控制技术水平的要求也越来越高，其中对电厂锅炉蒸汽温度的控制精度的要求也是越来越高。锅炉蒸汽温度在电厂安全经济运行方面有着相当重要的地位，同样对防止锅炉超温也有很大的作用。为了保证电厂在运行当中的安全，也为了保证对现代化生产与日常生活的电量供给，所以对电厂锅炉蒸汽温度控制的研究是一项重要的任务[2]。到目前为止我国的发电厂还是主要以火电厂为主，在我国电力工业中占据着重要的地位，是我国重点能源工业之一。在我国火电厂锅炉中燃煤炉占有最大的比重，生产蒸汽的主要设备还是以锅炉为主。所以精确控制锅炉蒸汽温度对我国的工业生产、人民生活、国民经济都具有很大程度的帮助。2.主题发电厂从锅炉汽鼓出来的饱和蒸汽经过过热器继续加热，使蒸汽温度达到一定的要求温度后，再去推动汽轮机工作。每一种锅炉与汽轮机组都有一个规定的运行温度，在这个温度下机组的效率最高。如果温度过高，会使汽轮机的寿命大大缩短，如果温度过底，当蒸汽带动汽轮机作功时，会使部分蒸汽变成小水滴，冲击汽轮机叶片，造成生产事故，因此要求控制温度的误差在很小的范围内变化。电厂锅炉蒸汽温度自动控制的主要任务是使过热器出口蒸汽温度不超出某一个范围， 并且起到保护过热器的作用，使管壁温度在允许的工作温度之内。要使电厂锅炉运行地质量达到一定的要求，就要严格控制电厂的过热汽温。过热气温的高或者低都会在很大的程度上影响电厂机组的安全运行与电厂运行地经济效益。目前，主要是通过喷水减温来调节与控制锅炉汽温，其工作原理是通过给水阀门给水，水可以吸收蒸汽热量，这样就达到了降低汽温的目的。现在在电厂主要通过控制汽温给水流量来控制汽温，主要还是采用传统PID单回路控制[4]。电厂的锅炉蒸汽温度具有大滞后，大惯性等特性，为了能得到较好的控制性能，我们选取减温水的给水流量作为过热蒸汽的被控对象，通过控制减温水的阀门开度，使过热蒸汽温度在极小的范围内变化。采用单回路PID控制系统控制锅炉蒸汽温度。单回路控制系统一般是指针对一个被控过程，采用一个测量变送器监测被控过程，采用一个控制器来保持一个被控参数恒定或者是在很小的范围内波动，其输出也只控制一个执行机构。根据在减温水流量发生扰动时，我可以测得汽温T的温度，然后通过温度变送器TT把测得的汽温送到温度控制器TC，在温度控制器中已设置好了期望温度，对期望温度与测得的汽温T进行比较，通过两者之间比较的结果产生的差值再送入系统当中来控制减温水调节阀门的开度。设计完整体控制系统框图后，还要选取适当的检测、变送器，只有选取正确的器件才能使误差尽量控制在小的范围之内。控制理论已经证明，对单回路定值控制系统这样的定值闭环反馈控制系统，当控制器放大倍数较大时或者含有积分因子时，其稳态误差在扰动不变的情况下主要取决于反馈通道即测量误差的大小。对测量信号还要进行校正。对电厂过热蒸汽温度测量时，通常使用标准温度元件。在设计参数下运行时，这种温度装置的测量精度较高，当参数偏离给定值时，测量误差较大，其主要原因是蒸汽温度受压力与流量的影响，为此对其测量信号进行压力和流量校正。在控制过程中对检测与变送装置的响应速度也有一定的要求。检测与变送装置都有一定的时间常数，会造成控制系统中的检测滞后于变送滞后，这样会使测量值与真实值之间产生一定的差异，会影响控制性能。所以在系统设计中要选取响应快速的检测与变送装置[8]但由于常规PID控制器以固定参数为主,当外界扰动较大和对象特性变化较大时,抑制干扰能力及控制效果均较差。为了达到预期的良好的控制效果，现在一些专家开始在一些电厂运用模糊-PID控制来控制电厂锅炉蒸汽温度在很小的范围内变化。模糊-PID控制器是一种常规PID控制器与模糊控制器相结合的混合型控制器.把e与ec作为输入变量送入模糊控制器，经过模糊规则变换之后模糊控制器的输出量为Kp、Ki、Kd，把这几个输出量记为、、。然后把这三个增量与常规PID控制器中的Kp、Ki、Kd相叠加，产生新的Kp、Ki、Kd，再作用被控对象。 通过微机测控系统不断检测系统的输出响应值，并定时地计算出偏差与偏差变化率，然后将它们模糊化得到E和EC，通过查询模糊调整矩阵可得到Kp、Ki、Kd三个参数的调整量，完成对被控参数的调整。模糊-PID控制就是因为有了这个模糊模块的控制功能，可以对E和EC通过查询模糊矩阵，对系统做出非常快速的，简洁的在线调整，使得到的叠加后的Kp、Ki、Kd三个参数能比较好的满足控制性能的要求。不用像传统PID那样，如果出现了偏差要对Kp、Ki、Kd三个参数重新进行离线的调整，只能通过多次的尝试来达到控制要求，而模糊-PID就可以不用通过人为的调整控制参数，直接在线调整参数就可以达到控制要求[9]。3.结论维持过热器出口温度在允许范围内是锅炉过热蒸汽温度控制系统的主要任务。现在国内的大多数电厂还是采用依靠操纵人员的经验对系统进行现场调节。这种控制方式不仅存在极大的安全问题，而且也会大大降低电厂的工作效率。控制电厂锅炉汽温在一个极小的范围内变化，是一项刻不容缓的工作，精确控制电厂蒸汽温度有以下几方面的好处：（1）提高电厂汽轮机组可靠运行。保证机组可靠地、安全地工作是电厂的首要任务，电厂热力系统的复杂性，在平时如果单靠工作人员来进行管理与监测的话，是一项很难完成的任务，而且也很有可能因为人员的误操作引起事故，对电厂造成损失。（2）提高电厂汽轮机组经济运行。电厂装上自动化装置后能使机组运行地更加稳定与安全，所以对电厂的经济性也有很大程度的帮助，可以为电厂减少一些维修与检修的费用支出，也可提高电厂的热效率，降低煤耗与热耗。（3）改善劳动条件。在生产过程中实现自动化，可以减少工作人员的日常工作量，为工作人员减少了不少负担。工作人员在日常工作时除了在机组的启动和停止的时候需要操作以外，在机组正常运行时只需要在控制室监视机组运行情况即可。（4）提高生产效率同时起到提高经济效益的作用。 参考文献[1]付新河.火电厂锅炉蒸汽温度控制方案的探讨［J］.广东电力，2007，20（5）：8~10.[2]吴锡生，王士同.工业锅炉汽温控制算法分析与实现［J］.自动化仪表，2004,10(3):11~14.[3]窦春霞，张兴中.汽包锅炉蒸汽温度的组合自适应预估控制器的设计［J］.工业仪表与自动化装置，2002，23（4）：336~339.[4]杨平，忻文杰.锅炉蒸汽温度串接多容小惯性全补偿前馈控制［J］.热力发电，2010，41（3）：41~43.[5]韩忠旭，闫翠会.锅炉蒸汽温度的广义智能控制系统设计与应用［J］.江南大学学报，2010，9（4）：459~465.[6]赵英凯，李胜，林锦国等.基于ANFIS的锅炉蒸汽温度预测控制系统［J］.基础自动化，2002，9（1）：25~27.[7]牛培峰，孟凡东，陈贵林等.直接型自适应模糊控制器的设计及其在汽温控制中的应用［J］.动力工程学报，2010，30（1）：22~26.[8]邵裕森，戴先中.过程控制工程［M］（第2版）.北京：机械工业出版社，2000.[9]刘航.模糊控制在电厂锅炉汽温自动控制系统中的应用研究［D］.东北大学，2005.[10]刘相杰，刘吉帧，管平.锅炉蒸汽温度模糊神经网络的广义预测控制［J］.控制理论与应用，2007,5(1):83~88.