[发明专利]基于遗传算法与模糊控制的除氧器控制的实现方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及流程工业领域火电厂除氧器的控制，尤其涉及一种基于遗传算法与模糊控制的除氧器控制的实现方法，属于工业自动化控制技术领域。

【背景技术】

在火电厂锅炉系统中，锅炉给水中含有对锅炉系统有害的气体，如氧气(O₂)、氮气(N₂)、二氧化碳（CO₂）等，特别是氧气会腐蚀锅炉及其附属设备，对锅炉系统造成损害。因此，除氧器是火电厂锅炉系统很重要的一部分，其除氧效果直接关系到整个电厂热力设备的正常、安全、经济运行。人们也一直在寻求高效、经济的除氧方法。图1为现有技术中常见的一类锅炉除氧器，其组成包括：补充水管1、凝结水管2、疏水箱疏水管3、高压加热器疏水管4、进汽管5、汽室6、以及排气管7。此类锅炉除氧器运行时的影响因素包括进水的温度、进水量和进汽量、溶解氧的分压、除氧器的水位等。

目前，大部分火电厂的除氧器控制系统仍然采用传统的PID控制。PID控制是当今世界上应用最广泛的控制算法，它能满足多数工业控制的要求。但是，由于火电厂除氧系统具有大滞后、大惯性、时变性、非线性等特点，且除氧器的温度和压力相互耦合，因此难以建立其精确的数学模型。传统的PID控制方法不具有自适应能力，往往得不到令人满意的除氧效果，甚至可能会使系统不稳定。

近年来随着先进控制算法的发展，许多先进控制算法被应用到除氧器控制系统中，除氧器控制系统的鲁棒性能和自适应能力等方面都有了很大的提高。除氧系统常用的先进控制方法主要有模糊控制、模糊PID控制、预测函数控制等。模糊控制便是一种先进控制算法，它的提出为解决不能确定精确数学模型的系统提供了一种有效的解决方案。然而尽管单独的模糊控制可以使得控制系统具有良好的动态特性，但由于缺少积分环节，因此系统的稳态精度较差。相比之下，PID控制则具有较好的稳态性能。而模糊PID控制器虽然结合了模糊控制与PID控制的优势，但仍然存在一定的缺陷，其控制参数设置不理想，量化因子和比例因子对控制效果具有很大的影响。另一方面，现有技术中，先进控制与除氧器控制系统都是相互独立的，其控制算法在线运行和调试的效果比较差，无法保证数据的实时性。此外，采用先进控制算法对除氧器进行控制时，控制算法运行时对计算机的计算性能要求较高，而且先进控制程序常以编译封装的形式呈现，用户无法在程序执行过程中进行必要的在线诊断和优化。

本申请技术是基于现有技术的不足，针对火电厂除氧器的稳态精度和动态特性，提出了一种基于遗传算法与模糊控制的除氧器控制的实现方法，将模糊控制和PID控制相结合设计模糊PID控制器，并利用遗传算法对模糊PID控制器的参数进行优化。目的在于改善传统PID、模糊控制及模糊PID控制等方法的控制效果，有效地提高除氧器控制系统的自适应能力，并在工程系统中降低先进控制对计算资源的要求，提高先进控制策略执行的实时性，也为用户对先进控制过程进行在线诊断和优化提供便利。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于遗传算法与模糊控制的除氧器控制的实现方法，克服了传统PID控制、模糊控制与模糊PID控制方法的缺点，有效地提高了除氧器控制系统的自适应能力、稳态精度和动态特性。

本发明是这样实现的：一种基于遗传算法与模糊控制的除氧器控制的实现方法，包括如下步骤：

步骤1、分析锅炉除氧器的结构和运行特征，建立锅炉除氧器控制系统的数学模型；

步骤2、设计模糊PID控制系统的结构，并确定该模糊PID控制系统的控制参数；

步骤3、根据模糊PID控制系统的控制参数的特点，采用遗传算法对控制参数进行优化；

步骤4、通过所述锅炉除氧器控制系统的数学模型，在工控组态软件中建立锅炉除氧器控制系统的对象模型；

步骤5、在工控组态软件中开发模糊PID控制元件与遗传算法元件；

步骤6、在工控组态软件中利用所述模糊PID控制元件、遗传算法元件、常规控制元件以及锅炉除氧器控制元件实现锅炉除氧器的控制策略，并完成仿真计算和结果分析。