[发明专利]基于PID控制策略的锅炉燃烧率自寻优方法

说明书

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，涉及一种基于PID算法的锅炉燃烧率自寻优控制方法。

背景技术

锅炉在能源工业中具有着极为重要的地位，广泛应用于电力、机械、冶金、化工、纺织、造纸、食品等行业，在工业生产和民用生活方面发挥着重要作用。锅炉燃烧率主要体现为参与燃烧的燃料和空气量的比率，其数值直接决定燃烧过程所产生的热能能否得到充分利用，对于锅炉的经济运行、节能减排、降低污染具有极为重要的意义。

现有的典型的锅炉燃烧控制系统将燃料-空气比率设定为常数，即使锅炉燃烧过程保持在“燃料-空气”的固定比率下运行。但是，众多的应用实践已经表明，由于锅炉燃烧受到多种干扰因素的影响，尤其对于燃煤锅炉，其燃烧效率受到煤种、煤质等多种因素的影响，在采用固定“燃料-空气”比率的情况下往往很难甚至不能够取得最佳的燃烧率，更不能在控制过程中随干扰因素等情况的变化而自动保持最佳燃烧率。

在某些改进的控制方案中，采用炉膛热量信号表征燃料量，这虽然在一定程度上改善了采用固定“燃料-空气”比率控制方案的情况下所带来的问题，但由于热量信号是由燃料和风量两种主要因素共同作用的，为一多元函数，单纯采用热量信号作为燃料量在准确、客观地表征实际燃料量方面还存在着较大的局限性和不足之处，仍然不能很好地解决锅炉燃烧率的自动寻优和最佳燃烧率的保持问题。

在后来进一步的研究和应用中，有学者和工程技术人员设计实现了基于定步长和变步长的燃烧率自寻优算法，其基本思想是基于风量和燃烧发热量的关系曲线，通过试凑的方法判断当前运行点位于关系曲线的哪一侧，进而采用定步长或变步长逐步逼近的算法来找到位于关系曲线顶点的燃烧率最优点。这种自寻优算法克服了采用固定“燃料-空气”比率控制方案的不足，但其主要问题是：

1.寻优步长的确定大多依靠经验；

2.寻优时间较长，寻优过程在最优点附近容易发生振荡；

3.算法较为复杂，运算量较大，不利于实时控制的实现；同时，由于数学运算和逻辑判断在算法中同时存在，使其很难利用现有的分散控制系统(DCS)或现场总线控制系统(FCS)所提供的模拟量过程控制基本模块来实现，需要用户采用各类与控制系统和平台相关的编程语言来单独编程实现，大大影响了算法基于DCS/FCS控制平台的可实现性、易用性和可移植性。

发明内容

本发明针对上述基于定步长和变步长的燃烧率自寻优算法所存在的问题，提出一种基于PID控制策略的燃烧率自寻优方法用于锅炉的燃烧控制，其特征在于，本方法是通过一个通用的PID控制器模块实现的；

根据PID控制模块或功能块的运算逻辑，通过适当组态或参数设置，使控制模块或功能块的输入量e＝G(k)，即：

e=G(k)=Q(k)-Q(k-1)F(k)-F(k-1),]]>

其中，Q(k)为当前时刻的热量信号采样值；Q(k-1)为上一时刻的热量信号采样值；F(k)为当前时刻的风量信号采样值；F(k-1)为上一时刻的风量信号采样值；

在下一时刻，当前的已获得的采样值Q(k)、F(k)成为Q(k-1)、F(k-1)，新的采样值Q(k)、F(k)生成，然后重新计算得到G(k)作为所述PID控制器模块的过程量输入信号，经PID运算得到下一时刻的“燃料-空气”比率的搜索值，从而开始一个新的搜索周期；

所述PID控制器模块的输出OUT为当前时刻的“燃料-空气”比率的搜索值；进入稳态后，控制器输出即为“燃料-空气”最优比率；

算法按如下情况采用不同的规则进行运算和搜索输出：