[发明专利]一种基于改进量子粒子群算法的锅炉汽包水位控制方法

说明书

本发明属于锅炉汽包水位的控制技术领域，具体涉及一种基于改进量子粒子群算法的锅炉汽包水位控制方法。具体的包括以下步骤：步骤1：分析锅炉汽包水位控制系统原理和锅炉汽包水位控制系统的影响因素；步骤2：根据步骤1分析的影响因素建立被控对象传递函数；步骤3：利用改进量子粒子群算法对PID控制器参数优化，优化后的PID控制器输出作用在步骤2的被控对象传递函数上，达到对锅炉汽包水位的控制。通过改善收缩扩张因子，提高算法的全局搜索能力和算法的稳定性，并运用在汽包锅炉水位控制系统的控制器参数优化中。通过和基本粒子群算法比较，仿真结果证明了本发明的方法具有超调量小，调节时间短的技术效果。

技术领域

本发明属于锅炉汽包水位的控制技术领域，具体涉及一种基于改进量子粒子群算法的锅炉汽包水位控制方法。

背景技术

锅炉作为多输入、多输出的控制对象，锅炉给水、燃料量、负荷、送风和引风等为其主要输入变量，汽包水位、蒸汽压力、炉膛负压等为主要输出变量，输入变量与输出变量之间有着一定的关联。

汽包是锅炉中非常重要的设施，是锅炉加热，汽化和过热三个过程之间的重要纽带，并且在连接设备开始和结束方面起着重要作用。水在锅炉中变成过热蒸汽，需要经过加热、汽化、过热三个过程。由给水加热成饱和水是加热过程；将饱和水汽化为饱和蒸汽是一个汽化过程。

水位过高时会对蒸汽和水的分离造成很大影响；水位太低会影响蒸汽和水的循环，从而使金属部分过热并使管道破裂，从而造成重大事故。因此，汽包水位是反应锅炉能量与工质平衡关系的关键参数，汽包水位控制系统是锅炉运行中重要的控制系统。

现有公开锅炉汽包水位控制系统采用模糊PID控制方法进行控制，并在MATLAB中对汽包水位的模糊PID控制系统进行仿真分析。也有公开运用MATLAB仿真软件对采用三冲量控制方式的汽包水位控制系统进行研究，设计出能更好地克服系统的内、外扰动，达到汽包锅炉水位控制要求的串级三冲量控制系统。

近年来，一些智能优化算法被应用在PID控制器参数优化中，例如遗传算法，粒子群算法等。其中量子粒子群优化算法(Quantum-behaved Particle Swarm Optimization,QPSO)作为一种简单有效的随机搜索算法被研究表明在优化PID控制器参数方面具有很大潜力。但是QPSO算法中，收缩扩张因子对算法稳定性和搜索性能具有非常重要的意义，如果该参数选择不当，容易陷入局部最优点。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出一种基于改进量子粒子群算法的锅炉汽包水位控制方法，通过改善收缩扩张因子，提高算法的全局搜索能力和算法的稳定性，并运用在汽包锅炉水位控制系统的控制器参数优化中。通过和基本粒子群算法比较，仿真结果证明了本发明的方法具有超调量小，调节时间短的技术效果。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于改进量子粒子群算法的锅炉汽包水位控制方法，具体的包括以下步骤：

步骤1：分析锅炉汽包水位控制系统原理和锅炉汽包水位控制系统的影响因素；

步骤2：根据步骤1分析的影响因素建立被控对象传递函数；

步骤3：利用改进量子粒子群算法对PID控制器参数优化，优化后的PID控制器输出作用在步骤2的被控对象传递函数上，达到对锅炉汽包水位的控制。

优选地，步骤1所述的锅炉汽包水位控制系统原理为：水流依次经过给水端、汽包、下降管、上升管、汽包和过热器，汽包水位是经常变动的，当发生外部干扰和内部干扰时，汽包中的物料平衡会受到干扰，从而导致给水和送气量之间的不平衡，将导致锅炉汽包的水位发生变化，所述锅炉汽包水位控制系统的影响因素包括供水流量的变化、蒸汽负荷的变化、燃料量的变化。

优选地，根据步骤1分析的影响因素，步骤2建立锅炉汽包水位控制过程中的被控对象传递函数G₀(s)：