電廠熱工過程控制中智能PID 控制器的應用研究

呂 陽

吉林松花江熱電有限公司 吉林 吉林 132000

從目前局勢來看,電廠動力裝置的內部結構是極其精密繁雜的,所以在電廠熱工工程中,延遲性和不確定性往往讓傳統PID控制器難以達到完美表現效果,而在實際情況中,PID 參數整合策略的有限,使得控制器參數也面臨種種難題,間接導致了運行效率低下[1]。但隨著近年來科技的發展,智能PID 控制器的出世,有效解決了這個問題,它能與傳統PID 控制器圓滿相結合,并得到了使用者的一致認可,這個發明可謂是取得了很大的成就。智能PID控制器的普遍使用,目前所給我們帶來成果的以及未來的發展趨勢都是一個很有意義的研究目標。

一、智能PID控制器目前取得的研究成果

(一)傳統PID與模糊控制相應結合

數學模型無需有過程的精準性是模糊控制的一大優點。它的實行取決于指定的控制規律,控制量的大小是根據模糊推理決定的,所以建立特別精準的數學模型、非線性的過程用模糊控制是相當合適的。模糊控制與傳統PID控制的聯合,可以讓兩者的優勢完美融合,讓控制器和控制系統的性能更加強大,以至于對繁瑣的工業生產過程能迅速適應。

(二)參數模糊自動調整PID控制器

為了能讓控制性能更加完善,以此解決一些不好確認精準度的數學模型或者是滯后性強、時效性慢和非線性的數學模型,PID控制參數的調整必須基于它的實際工作情況,對PID控制其參數能起到自動調整的有效措施之一就是根據模糊規則和模糊推理方法,建立契合的模糊規則是參數模糊自動校正PID控制器的設計中樞。從目前情況來看,創立模糊規則的依據主要是由操作人員的經驗、系統的分析數據、閉環反應和進行大量仿真實驗。因為PID控制器的多方位參數要進行校對,致使模糊校對的規則數量相對較大,執行工作量多。況且為了更加深入了解PID控制其參數和系統功效之間的相互作用,要進行超額數量的仿真實驗,這樣一個龐大的工作量對于設計者來說是一個難題[2]。

(三)模糊PID控制器

模糊PID控制器的建造的根基是來源于一個啟動式控制規則建造成的模糊控制器。知識庫和模糊推理可以控制其信號,它具有成套的規則,這和普通控制器的構架基本無差異,都是遵循了由輸入為先,輸出為主的工程。同時,在相同控制器上,他們的構架也是一樣的,其特征都是非線性。PID 控制器包含了PI型模糊控制器、PD 型模糊控制器,它們之間的差異微乎其微,唯一的差別就是輸出方式的不同。PD 型模糊控制器的優勢是能夠及時獲得回應,但劣勢是即便在穩定的情況下,數據也會出現誤差,不過利用比例積分可以讓此情況得到有效緩解。

(四)神經網絡與傳統PID控制結合

神經網絡參數自適應PID 是指不斷地在神經網絡反復試驗控制信號的轉換。模糊神經的建模方案可以給PID 控制器參數增加利益,且相對應的裕度可以讓PID 控制器與其相連。神經網絡可以分為兩種。本文講述了單元模型構造的PID 控制器,它的主要神經輸入程序是誤差累計的變化率。隨著周圍環境的不斷變化,傳統的控制系統性能逐漸慢慢退出這個快速發展的時代,這就要求我們必須時刻關注對其控制系統的改革換代,神經元的PID控制器,它能大幅度加強自身的適應能力和抗干擾能力,將滯后系統變得更加完善。

二、電廠熱工過程控制中智能PID控制器的應用研究

(一)過熱器溫控系統

控制器運行模式的演變,讓富有滯后性和連貫性的過熱器系統動態對其也做出相應的改變。經相關部門研究,過熱器溫控系統性能的提升和控制能力都可以由控制器協助實現,此外,還可以提高它的快速適應能力。目前,有兩種方法可以利用模糊控制和專家制定的串級PID 控制器對二級減溫水予以有效的控制。一是我們必須及時提供對應的控制量實施模糊控制,這是在遇到主汽溫溫差偏大的狀況下的最好措施。此措施可以迅速抵制干擾部分,讓系統的反饋性更加快速流暢,而如果遇到主汽溫偏差較小的情況下,就需要專家研究出相應的PID用來偵測偏差范圍,以此來判定PID 參數的大小,將控制器的控制精密度、穩定性提升一個維度。第二,是用過熱器溫模糊控制的方式使得生產達標,這種控制要求嚴格縝密的方式常被用在DCS的軟件組成上[3]。

(二)單元機組負荷控制系統

非線性、變化性、不穩定性是單元機組負荷控制系統中的主要特征。由于多樣化的變化,在沒有使用智能系統的PID 控制器時,其數學模型很難有固定的模式,所以其生產的效果非常不理想。單元機組負荷控制系統經過研究,有兩種控制系統：一是,機和爐與爐和機的相互適應神經元建模的負荷控制系統。從大量實驗探索數據來看,學習參數都可在控制系統中得到很快的平衡收益且兩組控制系統都有足夠的品質保障。在單元機組負荷控制系統中,時常會出現將非模型控制的邏輯運算法和神經元控制二者合一的情況,這種方式的適應性很強,雖然,就近年來的調查中報告,該方式實行次數很少,但研究結果的發布證實了其可實行性之大,在未來 極有可能會被社會接受并會被大幅度運用。

(三)有延遲性、參數變化快是鍋爐水位變化過程中經常出現的一個問題。常規的控制系統因在多變的機組變化下很難取得滿意的效果。但再加入了吸收了傳統三沖量水系統的優勢而模仿人工智能的控制系統下,最終取得了大量結果。它的設計采用了操作人員的經驗,在設計的時候,注重流量的均衡、汽包的水位和真實的輸出,這為主控的輸出量增加了砝碼。我國目前對于智能PID的研究大多依靠于理論知識和仿真實驗,未能將它帶入到實際生活中加以運用。不過結論和實驗證明了智能PID 控制系統具有很大的上升空間,已更深層次的滿足了電廠熱工過程實現自動化的需求并大幅提高了企業的生產效率,未來智能PID控制器的技術全面成熟后,企業應用它將會更加穩定可靠。再者,鍋爐燃燒系統受干擾的因素較多,煤質的變化、負荷運轉的不穩定都可以導致固定參數發生紊亂,而模糊控制系統卻能很好化解這個局勢,對電力安全生產提供了相當大的便利。

(四)磨煤機控制

在電廠熱工過程中磨煤機處于延遲時間久、輸出大的特點,動態特點隨工作變化有很大的不同,因此應用智能PID 可以有效的控制系統的穩定性以及科學性。應用預測控制技術從而達到對熱風冷風的有效控制。模糊PID 系統可以減少測量誤差降低小開度時風擋板漏風的問題。

結語

智能控制其根本是參照人類的智力水平進行決定和掌控的。PID的控制研究本質是其和人腦之間用途的區別。智能控制技術的發展為的就是縮短兩者之間的差距,這也是未來智能PID研究的目標和方向。即使我們已經對其的探索,小有成就,但依然還有很多問題等著我們進行下一步更全方位的解析和探討,如最適合模糊PID 控制器的參數構架是什么?希望在不久的將來,通過更多權威人士的不懈查究,智能PID能被研發出更加先進的功能,并在電廠熱工過程中得到普遍支持和廣泛應用。