【正文】 循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)化控制. 江南大學(xué)碩士論文，2006年。循環(huán)流化床的模糊控制。第八周至第九周： 明確設(shè)計思路，確定設(shè)計整體方案。溫度控制系統(tǒng)具有控制精度高、抗干擾力強、魯棒性好的特點。這些控制技術(shù)大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡便，而且使產(chǎn)品的質(zhì)量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效率。以達到降低鍋爐熱損失，提高鍋爐熱效率，及取得理想脫硫效果的目的。本課題的設(shè)計目的是應(yīng)用模糊控制算法來控制循環(huán)流化床鍋爐床溫。衷心感謝我的指導(dǎo)老師謝老師，在本次的畢業(yè)設(shè)計，謝老師給予我很大的幫助。[19]邊立秀. 循環(huán)流化床鍋爐床溫控制建模與仿真. 華北電力大學(xué)學(xué)報，2003年第1期。參考文獻[1] 文武，循環(huán)流化床鍋爐床溫動態(tài)建模與仿真[J]， 廈門大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2006年第1 期.[2] 吳慶彬，循環(huán)流化床的模糊控制[D]，南京工業(yè)大學(xué)碩士論文，2004 年.[3] 邊立秀，周俊霞，趙勁松，楊建蒙，熱工控制系統(tǒng)[M]，中國電力出版社2007,8[4] 邊立秀，循環(huán)流化床鍋爐床溫控制建模與仿真[J]，華北電力大學(xué)學(xué)報，2003年第1期.[5] 于希寧，王慧，王東風(fēng)，吉天生，模糊控制在循環(huán)流化床鍋爐床溫控制中的應(yīng)用[J]，華北電力大學(xué)學(xué)報，第3期，2005年5月.[6] 岑可法，倪明江，、設(shè)計與運行[M]，北京:中國電力出版社，1997.[7] 郭爽，循環(huán)流化床鍋爐床溫的控制模型及模糊控制系統(tǒng)的研究[D][8]黎倩，劉朝英，宋哲英，[M].河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院軍械工程學(xué)院學(xué)報，2009.[9] T．Sudkamp and H，“interpolation，pletion and learning fuzzy rules，”IEEE Trans,syst,Man,Cybem,1994[10] 羅文廣，韓唆峰，蘭紅莉，基于MATLAB (SIMULINK)語言的模糊控制系統(tǒng)高效仿真[M]. 計算機仿真，,18 (3)。在研究了循環(huán)流化床動態(tài)特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計了鍋爐床溫模糊控制系統(tǒng)。當(dāng)各調(diào)節(jié)器參數(shù)保持不變，加入單位階躍擾動時，改變傳遞函數(shù)的參數(shù)進行魯棒性分析。 常規(guī)PID控制加擾動圖 模糊控制加擾動圖 擾動分析比較圖對于相同的干擾信號，兩種控制方案的最大波動量基本相同。將修正參數(shù)帶入以下公式計算[5]： 得到控制器的參數(shù)值。利用MATLAB 語言中的SIMULINK 工具對系統(tǒng)進行仿真，可以很直觀地看出控制系統(tǒng)的效果。類似的方法用于建立ec和u的隸屬函數(shù)。仿真步驟如下：（1）調(diào)用基本的FIS編輯器，確定輸入、輸出變量在MATLAB下，輸入“FUZZY”可打開FIS編輯器，這時還沒有建立FIS，通常FIS編輯器默認為Mamdani型系統(tǒng)，并且假定系統(tǒng)為單輸入、單輸出。當(dāng)進行實時控制時，便于根據(jù)輸出的信息，從“文件”中查詢所需采取的控制策略。 j =l )uAi(x)uBj(y)uCij(z) （37）式中x∈X，y∈Y，z∈Z， ∧ 表示MIN， ∨ 表示MAX。選取控制量變化的原則是：當(dāng)誤差大或較大時，選擇控制量以盡快消除誤差為主；而當(dāng)誤差較小時，選擇控制量要注意防止超調(diào)，以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主。對于輸出量u，調(diào)節(jié)范圍為[ R R]，語言集為{負大(NB)，負中(NM ) ， 負小(NS)，零(ZE)，正小(PS)，正中(PM)，正大(PB )}，模糊論域可選擇為[m m2……2 0 2……m2 m]，輸出比例因子為： Ku=R/m (33)由上述可得，它們的語言變量，基本論域，模糊子集。為使采樣值能及時反映模擬量的變化，Ts越小越好。(2) Ti的影響積分控制主要用于消除靜差。 PID參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響PID參數(shù)的整定必須考慮到在不同時刻三個參數(shù)的作用以及相互之間的互聯(lián)關(guān)系。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的 增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。PID控制器由 比例單元（P)、積分單元（I)和微分單元（D)組成。推理與解模糊接口(Inference and Defuzzyinterface)推理是模糊控制器中，根據(jù)輸入模糊量，由模糊控制規(guī)則完成模糊推理來求解模糊關(guān)系方程，并獲得模糊控制量的功能部分。模糊控制器(Fuzzy ControllerFC) 也稱為模糊邏輯控制器(Fuzzy Logic ControllerFLC),由于其所采用的模糊控制規(guī)則是由模糊理論中模糊條件語句來描述的， 因此模糊控制器是一種語言型控制器， 故也稱為模糊語言控制器(FuzzyLanguageControlleFLC)。影響鍋爐床溫的內(nèi)在可調(diào)節(jié)因素包括給煤量，一、二次風(fēng)量和總風(fēng)量，床層的高度或床料存量，爐膛底渣排放量，返料裝置下的放灰量等。由于循環(huán)流他床鍋爐的床溫控制具有大滯后、多變量和強耦合等非線性特性，非常適合采用模糊控制原理。由于循環(huán)流他床鍋爐的床溫控制具有大滯后、多變量和強耦合等非線性特性，非常適合采用模糊控制原理。即： （25） （3） 一次風(fēng)量擾動下床溫被控對象的動態(tài)過程模型： （26） 式中，鍋爐額定負荷時，KV基本保持在3．5左右，TTT3分別基本保持在450s、15s、90s 即[14]： （27） 床溫被控對象的動態(tài)特性分析 給煤量擾動對床溫有較大影響，其它條件不變時，給煤量增大或減少都會造成床溫相應(yīng)升高或降低，但由于燃煤占床料的比例很小，床料熱容量很大，因此在理論上，給煤量擾動下的床溫變化理論上應(yīng)該有個滯后的過程。℃)為床料的比熱，Hc(kJ/kg)為碳的熱值，Hu(kJ/kg)){J煤中揮發(fā)物的熱值，Tcci(℃)為循環(huán)灰的溫度，Tcii(℃)為進入爐膛的煤的溫度，TAii(℃)為進入爐膛的空氣的溫度。第二部分為對流煙道，布置有過熱器、再熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器等，與常規(guī)火炬燃燒鍋爐相近。此時，床內(nèi)無氣泡，無明顯密相界面；存在顆粒成團與返混現(xiàn)象；具有較大的氣固滑移速度。當(dāng)氣體或液體以一定的速度流過固體顆粒層，并且氣體或液體對固體顆粒產(chǎn)生的作用力與固體顆粒所承受的其他外力平衡時，固體顆粒層會呈現(xiàn)出類似于液體狀態(tài)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為流態(tài)化。第二，熟悉并掌握模糊控制原理，通過查閱模糊控制的相關(guān)文獻，可知模糊控制是一種適用于多變量，強耦合，大時滯復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，其特點是在偏離工作點較遠的區(qū)域可明顯改善控制的動態(tài)性能。時滯越大,被控對象輸入、輸出之間的相關(guān)性越小，用常規(guī)控制已不能滿足當(dāng)前安全、節(jié)能、經(jīng)濟、低污染的需求。給煤和送風(fēng)量的改變又會影響煙氣含氧量、爐膛負壓和料床高度，等等。床溫也影響汽水系統(tǒng)的吸熱量，從而決定主蒸汽壓力和溫度等各種參數(shù)。引進國外技術(shù)制造的2201/h(50Mw)和引進410t/h的CFBB已投運，但從運行實績看，在燃燒效率、鍋爐可靠性、價格和能耗等指標上，與傳統(tǒng)煤粉爐相比，仍有一定的差距[1]。此后，循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)發(fā)展很快，已有許多不同的流派和形式，從技術(shù)上可以分為三家：(1)德國魯奇(Lurgi)、法國(Stein)、美國(ABB—CE)型CFBB，采用魯奇技術(shù)。因此在短短的30年間，流化床技術(shù)得到了飛速發(fā)展，由最初的鼓泡流化床發(fā)展到了循環(huán)流化床，其應(yīng)用也由小型鍋爐發(fā)展到容量與煤粉爐大體相當(dāng)?shù)拇笮碗娬惧仩t。目前，世界上發(fā)電容量為l00Mw～250Mw的循環(huán)流化床電站鍋爐已有數(shù)十臺投入運行，其中容量最大的是采用魯奇Lurgi技術(shù)，由法國Stein公司制造，安裝在法國Gardanne電廠的250MW(700t/h)循環(huán)流化床鍋爐，于1995年5月投入運行。除了完成普通鍋爐的自動調(diào)節(jié)任務(wù)：即保證汽包水位、蒸汽壓力、蒸汽溫度和爐膛負壓等在規(guī)定范圍內(nèi)，為維持經(jīng)濟燃燒，還必須保持一定的床層高度，控制床溫在要求范圍內(nèi)。國內(nèi)普遍采用或選型的循環(huán)流化床鍋爐的典型結(jié)構(gòu)就是無外置式熱交換器。 近年來，國內(nèi)外有很多機構(gòu)和學(xué)者嘗試著進行循環(huán)流化床鍋爐自動控制的研究，一些學(xué)者提出過一些很有應(yīng)用價值的自動控制系統(tǒng)方案。 （1）循環(huán)流化床鍋爐床溫控制系統(tǒng)具有大滯后、多變量、強耦合等非線性特性,其控制系統(tǒng)比較復(fù)雜； （2）采用現(xiàn)代控制理論方法的基礎(chǔ)是要求有描述對象特性的較為精確的數(shù)學(xué)模型；（3）建立規(guī)則庫是模糊控制系統(tǒng)設(shè)計的核心問題，也是難點所在。它的基本原理是燃料在流化狀態(tài)下進行燃燒。其影響因素很多，主要是受氣體流動速度(流化速度或空氣截面速度)、固體顆粒特性(密度、粒度等)、流體特性(密度、黏度等)以及固體器壁的影響。在一個循環(huán)流化床的提升管(燃燒室)和下行管(一般指外部低速流化床)內(nèi)安裝必要的受熱面，應(yīng)用于煤燃燒的過程，就稱為循環(huán)流化床鍋爐[2]?！?為空氣的比熱，TB(℃)為床體中的溫度，CPc(kJ/kg從而床體動態(tài)能量平衡變?yōu)椋? （23）將鍋爐的結(jié)構(gòu)參數(shù)、煤的特性及經(jīng)驗數(shù)據(jù)及參數(shù)及系數(shù)代入線性化后的平衡方程式。第二部是進行模糊推理，由于推理規(guī)則庫主要是按現(xiàn)場的操作經(jīng)驗與知識而建立的，因此模糊控制具有一定的模擬人的思維的特點。從控制器的智能性來看，模糊控制屬于智能控制的范疇，智能控制是人工智能、控制理論和管理科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。由于循環(huán)流化床鍋爐控制非常復(fù)雜，特別是床溫控制過程是一個具有大慣性、大延遲、非線性、時變等特點。控制過程是先由熱電偶實行數(shù)據(jù)采集，將采集到的溫度值轉(zhuǎn)變?yōu)?—20 毫安的電流值與床溫給定值相比較，然后經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)送進模糊控制器進行處理，控制器的輸出控制量經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后控制給煤機，進而實現(xiàn)對給煤量的調(diào)節(jié)，最終達到對床溫的控制。數(shù)據(jù)庫(Data BaseDB)數(shù)據(jù)庫所存放的是所有輸人、輸出變量的全部模糊子集的隸屬度矢量值(即經(jīng)過論域等離散化以后對應(yīng)值的集合)，若論域為連續(xù)域，則為隸屬度函數(shù)。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模 型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場 調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。對一個自動控制 系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零 時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。Kp的加大會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生振蕩，使得調(diào)節(jié) 時間延長。Td增大時，超調(diào)量減少，動態(tài)性能得到改善?？紤]誤差為負的情況，當(dāng)誤差為負大時，若當(dāng)誤差變化率為負，誤差有繼續(xù)增大的趨勢，為盡快消除誤差，應(yīng)使控制量增加較快，所以控制量的變化取正大；而當(dāng)誤差變化率為正時，誤差有減少的趨勢，所以可取較小的控制量，即誤差變化率為正小(PS)，輸出為正中(PM)，誤差變化率為正中(PM)或正大(PB)時，可不增加控制量，所以這時控制量變化取零值。一般二維模糊控制器的控制規(guī)則如表34所示，它可以寫成下列語句的形式： If E=Ai and Ec=Bj then U=Cij （i=1，2，…，n；j=1，2，…，m） （35）其中Ai、Bj、Cij是定義在偏差、偏差變化和控制量論域X、Y、Z上的模糊集。 確定模糊化和解模糊化根據(jù)上述49條模糊控制規(guī)則所對應(yīng)的49條模糊條件語句之間的關(guān)系，按照Mamdani推理方法，出這49條語句確定的控制規(guī)則可以算出模糊關(guān)系為：R1=NBeNBecPBu；R2=NBeNMecPBu；R3=NBeNSecPBu；∶ ∶ ∶ ∶R49=PBePBecNBu在計算出每一條模糊條件語句決定的模糊關(guān)系Ri(i=1，2，…，49)之后，可得描述整個系統(tǒng)的控制規(guī)則的總模糊關(guān)系：R=R1∨R2∨R3∨…∨R49 （312）在求得誤差和誤差變化率的模糊集e和ec之后，控制量的模糊集u可由模糊推理綜合算法求得：U=(eec)因為其豐富的數(shù)值計算功能和簡潔的語句函數(shù)，MATLAB 語言在設(shè)計研究單位和工業(yè)部門，被認為是一種準確、可靠的科學(xué)計算標準軟件，在科學(xué)工作者和工程技術(shù)人員中非常普及。為e，ec變量選擇高斯型和數(shù)量，在接下來的窗口中輸入變量的范圍：[6 6]。當(dāng)需要調(diào)用這一模糊推理系統(tǒng)時，可直接采用tipfis文件。 循環(huán)流化床鍋爐床溫控制系統(tǒng)的SIMULINK仿真模型 圖例說明：Fuzzy Logic Controller 為模糊邏輯推理模塊，它完成模糊規(guī)則運算；Transfer F 為一階慣性模塊，它可作為執(zhí)行結(jié)構(gòu)的特性；Scope 為示波器模塊，用來顯示溫度的變化曲線。 與常規(guī)PID控制效果的比較 常規(guī)PID控制效果圖 模糊控制效果圖 系統(tǒng)控制效果比較圖由圖比較可以看出，模糊控制器控制下的系統(tǒng)過渡過程時間比較短，超調(diào)量明顯減小，系統(tǒng)沒有明顯震蕩，控制效果比較理想。它是在異常和危險情況下系統(tǒng)生存的關(guān)鍵。由于循環(huán)流化床燃燒的復(fù)雜性，使得建立循環(huán)流化床鍋爐的燃燒數(shù)學(xué)模型成為一件十分不易的事情，而傳統(tǒng)控制方法又要求有描述被控