[发明专利]燃煤锅炉汽包水位系统混合控制方法

说明书

技术领域

本发明属于自动化技术领域，涉及一种燃煤锅炉汽包水位系统的预测比例积分控制(预测PI)与比例控制(P)的混合控制方法。

背景技术

燃煤锅炉是电力生产部门的重要动力设备，其要求是供给合格的蒸汽，使燃煤锅炉发汽量适应负荷的需要。为此，生产过程的各个主要工艺参数必须严格控制。然而燃煤锅炉设备是一个复杂的被控对象，输入量与输出量之间相互关联。对于锅炉汽包水位系统来说：蒸汽负荷发生变化引起蒸汽压力和过热蒸汽温度变化的同时，也引起汽包水位发生变化；燃料量的变化直接影响蒸汽压力，过热蒸汽温度、过剩空气和炉膛负压的变化，同时又接着影响汽包水位；给水量的变化直接影响汽包水位，而且对蒸汽压力、过热蒸汽温度也有影响；减温水的变化会导致过热蒸汽温度、蒸汽压力发生变化，进一步导致汽包水位等的变化。这些不利因素导致传统的控制手段精度不高，又进一步导致后续生产控制参数不稳定，产品合格率低，锅炉效率低下。目前实际工业中燃煤锅炉的汽包水位控制基本上采用传统的简单的控制手段，控制参数完全依赖技术人员经验，使生产成本增加，控制效果很不理想。我国燃煤锅炉控制与优化技术比较落后，能耗居高不下，控制性能差，自动化程度低，很难适应节能减排以及间接环境保护的需求，这其中直接的影响因素之一便是燃煤锅炉系统的控制方案问题。

发明内容

本发明的目标是针对现有的燃煤锅炉汽包水位系统控制技术的不足之处，提供一种燃煤锅炉汽包水位系统混合控制方法，具体是基于预测PI与比例控制的混合控制方法。该方法弥补了传统控制方式的不足，保证控制具有较高的精度和稳定性的同时，也保证形式简单并满足实际工业过程的需要。

本发明方法首先基于燃煤锅炉汽包水位实时过程数据建立过程模型，挖掘出基本的过程特性；然后基于该过程模型建立比例控制回路；最后通过计算预测PI控制器的参数，将比例控制与燃煤锅炉汽包水位对象整体实施预测PI控制。

本发明的技术方案是通过数据采集、过程辨识、预测机理、数据驱动、优化等手段，确立了一种燃煤锅炉汽包水位系统的预测PI与比例控制的混合控制方法，利用该方法可有效提高控制的精度。

本发明方法的步骤包括：

(1)利用燃煤锅炉汽包水位实时过程数据建立过程模型，具体方法是：

首先建立燃煤锅炉汽包水位实时运行数据库，通过数据采集装置采集N组实时过程运行数据，将采集的实时过程运行数据作为数据驱动的样本集合，表示为{X_i，y(i)}_i＝1^N，i＝1，2，…，N，X_i表示第i组工艺参数的输入数据，y(i)表示第i组工艺参数的输出值。

然后以该汽包水位实时过程运行数据集合为基础建立基于最小二乘法的离散差分方程形式的局部受控自回归滑动平均模型：

y_L(k)＝Φ^TX，Φ＝[a′₁，a′₂，…，a′_n，b′₀，b′₁，…，b′_m-1]^T

X＝[y(k-1)，…，y(k-n)，u(k-d-1)，…，u(k-d-m)]^T

其中，y_L(k)表示当前时刻过程模型的工艺参数的输出值，X表示过程模型的工艺参数的过去时刻的输入和输出数据的集合，u(k)表示当前过程模型工艺参数对应的控制变量，k为当前的递推步数，Φ表示通过辨识得到的模型参数的集合，T表示矩阵的转置，n，m，d+1分别为对应实际过程的输出变量阶次、输入变量阶次、实际过程的时滞。

采用的辨识手段为：