【文章內(nèi)容簡介】 間常數(shù)Tl，Ti越大，積分作用越弱，反之則越強。微分環(huán)節(jié)：能反映偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減小調(diào)節(jié)時間。從時間的角度講，比例控制是針對系統(tǒng)當前誤差進行控制，積分作用則針對系統(tǒng)誤差的歷史，而微分作用則反映了系統(tǒng)誤差變化趨勢，這三者的組合是“過去、現(xiàn)在、未來”的完美結(jié)合。 仿人智能PID控制器為了進一步模仿人的預見性，仿人智能控制器在基本的控制算法上可以進行改進，一種改進是根據(jù)誤差E的大小不同改變比例增益系數(shù)。：另外一種改進是將比例控制模態(tài)改為PID控制模態(tài)。仿人智能PID控制器仍采用比例、積分和微分控制功能實現(xiàn)。依據(jù)動態(tài)過程的特征信息，智能地選擇或組合PID的控制方案。1) 分段處理：系統(tǒng)由靜態(tài)向動態(tài)過渡過程中，由于其慣性的存在，決定了這一段過程只能呈傾斜上升。為了獲得好的過渡過程，即快的響應速度、較小的超調(diào)量，將動態(tài)過程分為過渡過程和跟蹤過程。在過渡過程中采用變增益的方式，使系統(tǒng)輸出上升接近穩(wěn)態(tài)而存在誤差e時，比例控制作用要降低使系統(tǒng)借助于慣性繼續(xù)上升，即有利于較小超調(diào)而又不至于影響上升時間，小于誤差e后采用正常的處理方案。兩個過程的切換由誤差的大小確定：│e(k)│e 過渡過程│e(k)│≤e 正常跟蹤程序2） 誤差變化趨勢：實現(xiàn)仿人控制首先要確定誤差變化趨勢?？梢岳谜`差誤差變化趨勢的乘積作為系統(tǒng)動態(tài)過程的特征量。 偏差e(t)及其積分曲線i(t)(c，d)段，積分作用增加一個正量的控制有利于減小輸出的回調(diào)。但在(d，e)區(qū)間積分作用繼續(xù)加強，其結(jié)果勢必造成系統(tǒng)再次出現(xiàn)超調(diào)，這時的積分作用對系統(tǒng)的有效控制幫了倒忙。在控制系統(tǒng)中引入積分控制作用是減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)偏差的重要途徑。在常規(guī)PID控制中，積分作用對偏差的積分過程在一定程度上模擬了人的記憶特性，記憶了偏差的存在及其變化的全部信息。但它有以下幾個缺點：1）．積分控制作用對積分過程選擇的針對性不強；2）．只要偏差存在，就一直進行積分，容易造成“積分飽和”：3）．積分參數(shù)不易選擇，選用不當會造成系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。造成上述積分控制作用不佳的原因在于：它沒有很好地體現(xiàn)出有經(jīng)驗的操作人員的控制決策思想。在圖3．2的積分曲線區(qū)間(a，b)和(b，c)中，積分作用和有經(jīng)驗的操作人員的控制作用相反。此時系統(tǒng)出現(xiàn)了超調(diào)。正確的控制策略應該是使控制量在常值上加一個負量控制，以壓低超調(diào)，盡快減少偏差。但在此區(qū)間的積分控制作用卻增加了一個正量控制。這是由于在(0，a)區(qū)間的積分結(jié)果很難被抵消而改變符號，故積分控制量仍保持為正。這樣的結(jié)果導致系統(tǒng)超調(diào)不能迅速降低，從而延長了系統(tǒng)的過渡過程時間。仿人智能P1D控制器由比例和積分組成，其系數(shù)由控制規(guī)則提供：另外，在判斷條件中用上誤差的差分，因此，它也含有對誤差微分的作用，故仍稱之為PID控制器，其結(jié)構(gòu)框圖如下： 仿人智能PID結(jié)構(gòu)框圖從誤差e和誤差的變化△P這兩個基本的模糊控制變量出發(fā)，引入其它的特征變量，以便從動態(tài)過程中獲取更多的特征信息，進而利用這些信息更好地設計仿人智能控制器。 仿人智能控制系統(tǒng)的設計方法 被控對象的“類等效”簡化模型 具有可調(diào)參數(shù)的控制系統(tǒng)數(shù)學模型簡化理論表明，盡管在許多情況下被控對象的全特性不確知，但其所具有的非線性，時變性和不確定性對控制的影響總可以用一些典型的非線性環(huán)節(jié)加上被控對象的“類等效”的簡化線性模型，在結(jié)構(gòu)和參數(shù)上的變化來近似模擬。根據(jù)對被控對象的定性了解，建立起對象的結(jié)構(gòu)模型，并根據(jù)對某些反映被控對象動態(tài)特性的主要特征量的模糊估計確定對象模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)可能變化的大致范圍[7]。設一個帶有純滯后環(huán)節(jié)的高階線性動態(tài)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)形式為：G（s) = τ （231）則描述系統(tǒng)動態(tài)特性的時域和頻域的主要特征量有： 增益（Gain）K：表示系統(tǒng)對零頻（直流）輸入信號的放大能力，決定了穩(wěn)定系統(tǒng)系統(tǒng)域中單位階躍響應的穩(wěn)態(tài)值，即 K = （232） 純滯后τ：表示系統(tǒng)對輸入信號的不應期。 等效時滯：表示系統(tǒng)對輸入信號的滯后特性，由下述積分定義表示 D = (233)式中：u（t）為單位階躍輸入函數(shù)，g（t）為G（s）的單位階躍響應。D是系統(tǒng)中所有滯后（積分）因素和所有超前（微分）因素之差，其與傳遞函數(shù)的關系為 D = b (234)等效支配極點：確定系統(tǒng)的基本性狀（單調(diào)，振蕩，穩(wěn)定或不穩(wěn)定）。主要頻率響應數(shù)據(jù)（帶寬頻率，截止頻率，穿越頻率，轉(zhuǎn)角頻率及相應的相位角）：反映系統(tǒng)對不同頻率信號的通過能力，以及系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。被控對象的“類等效”簡化模型應該在增益，純滯后，等效時滯，等支配極點和某些主要頻率響應數(shù)據(jù)上與對象一致。因此，“類等效”簡化模型最大的特點是，它在反映對象主要動態(tài)特性的一些主要特征量上與實際對象一致。 被控對象的模型處理根據(jù)系統(tǒng)“類等效”模型的定義，可以通過對被控對象的定性了解，建立起對象的結(jié)構(gòu)模型，并根據(jù)對主要特征量（如某些非線性特征，純滯后，等效時滯和增益等）的模糊估計，可以確定對象模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)可能變化的大致范圍。例如：具有純滯后的過程對象和具有非線性環(huán)節(jié)的伺服對象，可以對被控對象做如下處理帶純滯后過程對象 (235)帶非線性環(huán)節(jié)伺服對象 （236）仿人智能控制器具有多種控制模態(tài)（變結(jié)構(gòu)，多參數(shù)）和分層遞階（運行控制，參數(shù)校正，任務適應）的控制結(jié)構(gòu)，因而有非常強的魯棒性和適應性。仿人智能控制器的設計就是要確定其結(jié)構(gòu)和參數(shù)。式（235）中5個參數(shù)變化的范圍可以在相當程度上模擬一類具有純滯后的過程對象，式（236）中3個參數(shù)變化的范圍則可以在相當程度上模擬一類帶典型非線性環(huán)節(jié)的伺服對象。仿人智能控制器設計的任務就是采用盡可能簡單的結(jié)構(gòu)和盡可能少的控制模態(tài)和參數(shù)，能夠在以上對象模型參數(shù)變化的范圍內(nèi)，都能達到控制指標的要求?？梢哉f這樣的模型處理解決了在沒有對象準確數(shù)學模型的條件下的仿人智能控制器設計時的對象模型問題[7]。 仿人智能控制算法研究 仿人比例控制算法 ：圖中積分開關只有在滿足穩(wěn)定輸出時才閉合一次，完成運行后又立即斷開，此后不變。 仿人比例控制為了判斷系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)而不受干擾和擾動的影響，給出如下判據(jù)：系統(tǒng)處于穩(wěn)定的充分條件是存在一個ko使得ko≤k≤ko+N時,|e(k)e(k1)| δ （241）或者以連續(xù)N滿足|e(k)e(k1)| δ作為判穩(wěn)條件。為實現(xiàn)仿人比例控制方法,可采用如下產(chǎn)生式規(guī)則描述：IF THEN （242） （243）—2倍。N與對象的時間常數(shù)P和純滯后τ有關。設采樣時間為T，則N∝(P/T+τ/T)。上述控制算法實質(zhì)上等價于比例控制加智能積分。（未滿足條件僅起比例作用，穩(wěn)定條件滿足積分起一次作用）。上述的仿人比例控制算法=比例+智能積分，有效地解決了傳統(tǒng)控制器設計中穩(wěn)態(tài)精度與穩(wěn)態(tài)誤差的矛盾。 仿人積分控制算法在控制系統(tǒng)中引入積分控制作用是減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)偏差的重要途徑，在常規(guī)PID控制中，其積分是對時間軸上的所有數(shù)據(jù)的全時效積分，即記憶了偏差的存在及其變化的全部信息，它有以下幾個缺點：1） 積分控制作用針對性弱2） 只要偏差存在，積分就起作用，易于引起積分飽和現(xiàn)象3） 積分參數(shù)選擇不當即易造成系統(tǒng)的振蕩造成上述積分控制作用不佳的原因在于：它沒有很好的體現(xiàn)有經(jīng)驗的操作人員的控決策思想。下圖給出了系統(tǒng)PID 中的積分和人類積分的響應曲線。圖8 圖 偏差與積分對ab和bc段而言：在ab段已出現(xiàn)超調(diào)，正確的作用是使控制量在常志上加一個負量控制以壓低超調(diào)盡快減小偏差，但是PID中控制量還是正的，這是因為oa積分作用過大，ab是負積分難以抵消oa的影響，故積分控制量仍是正值。從而導致超調(diào)不能迅速降低，延長系統(tǒng)的過渡時間。為克服上述積分控制作用的缺點，采用第二種積分作用，即在（a,b）（c,d）（e,f）等區(qū)間中積分，這時的積分能為積分控制作用及時給出正確的積分控制量，能有效的抑制系統(tǒng)誤差的增加，而在（o,a）（b,c）（d,e）區(qū)間上停止積分作用，只利用系統(tǒng)借助于慣性向穩(wěn)態(tài)過渡，而此時系統(tǒng)并不失控，它還受到比例等控制作用的抑制。根據(jù)前面的分析，可以得到引入智能積分的判斷條件為： 當e△e0時，對偏差進行積分；當e△e0時，不對偏差進行積分。在考慮到偏差及偏差變化的極值點的情況，可把引入積分和不引入積分的條件綜合如下： 1） if e△e0 or (△e=0 and e≠0) then 積分2） if e△e0 or e=0 then 不積分這樣引入的積分即為智能積分作用。 具有智能控制積分控制的控制系統(tǒng) 仿人智能控制器算法模型仿人智能控制器基本的控制算法模型如下:選擇描述系統(tǒng)動態(tài)特性的特征模型φ為 (244)選擇決策與控制模式Ψ為Ψ = {Ψ1 ,Ψ2 } (245)式中, u 為控制器的輸出。 Kp 為控制器的增益系數(shù)。 K 為控制器的保持系數(shù)。 u0 ( n) 為u 的第n 次保持值。 E 為系統(tǒng)的偏差。 E為偏差的變化率。 Em, i為第i 個極值。啟發(fā)式與直覺推理規(guī)則, 即產(chǎn)生式規(guī)則Ω為: (246)于是推理決策過程φ,Ψ ,Ω 表示為如下算法 (247) 3 500t/h CFB鍋爐爐膛負壓仿人智能控制系統(tǒng)設計 500t/h CFB鍋爐爐膛負壓控制系統(tǒng)的簡介 爐膛壓力控制系統(tǒng)簡介鍋爐作為電廠中的重要設備，為了保證爐膛的穩(wěn)定燃燒，爐膛壓力控制的作用就顯而易見了。對于負壓燃燒鍋爐，如果爐膛壓力接近于大氣壓力，則爐煙往外冒出，能源浪費且影響設備和工作人員的安全；反之，如果爐膛壓力太低，又會使大量的冷空氣漏入爐膛內(nèi)，降低爐膛溫度，增大了引風機負荷和排煙帶走的熱量損失。一般爐膛壓力維持在比大氣壓力低20100Pa左右[8]。引風控制的任務是保持爐膛負壓在規(guī)定的范圍之內(nèi)。由于引風調(diào)節(jié)對象的動態(tài)響應快，測量也容易，所以引風控制系統(tǒng)一般只需采用以爐膛負壓pf作為被調(diào)量的單回路控制系統(tǒng)。由于送風量的變化時引起負壓波動的主要原因，為了使引風量快速地跟蹤送風量，以保持二者的比例，可將送風量作為前饋引入引風調(diào)節(jié)器。這樣當送風控制系統(tǒng)動作時，引風控制系統(tǒng)也立即跟著動作，而不是等爐膛負壓偏離給定值后再動作，從而能使爐膛負壓基本保持不變。所以引風控制系統(tǒng)引入送風前饋信號以后，將有利于提高引風控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和減小爐膛負壓的動態(tài)偏差。送風量信號通過前饋補償裝置f（x）送到引風調(diào)節(jié)器而使引風量跟著改變，是一個快速補償（前饋）系統(tǒng)。但當系統(tǒng)處于靜態(tài)時，前饋補償裝置f（x）的輸出應為零，以使爐膛壓力保持為給定值。 爐膛壓力的測量爐膛壓力的測量采用3個差壓變送器，3個差壓變送器的輸出分別送到3個小值選擇器，3個小值選擇器的輸出再送到大值選擇器，大值選擇器的輸出為3個差壓變送器的輸出（測量）值的中間值。采用3個差壓變送器的目的是為了防止因變送器故障或信號管路阻塞而影響測量值的可靠性，從而影響爐膛余力控制的可靠性。測量的中間值與差壓變送器的輸出（測量）值進行比較，如果偏差超過一定范圍，則將發(fā)出報警信號。爐膛壓力大于+30Pa或小于40Pa,通過“三態(tài)信號監(jiān)視器”發(fā)出報警信號。 爐膛壓力控制的主要功能控制系統(tǒng)除完成正常的控制功能外, 還實現(xiàn)下列保護功能： a 爐膛過壓保護 當爐膛壓力超過最高值時應進行報警, 機組進行負荷迫降,直到壓力返回到所需求的給定值，如果進行上述保護動作后，而壓力仍然增加超過最高值時, 則系統(tǒng)產(chǎn)生跳閘信號, 該信號應為“ 三取二” 邏輯信號。b 爐膛內(nèi)爆保護爐膛內(nèi)爆是指因煙氣側(cè)壓力過低而導致設備損壞的現(xiàn)象，爐膛外爆常常能引起大家的注意和防范，但是，爐膛內(nèi)爆很容易讓人忽視。爐膛內(nèi)爆的起因：1）調(diào)節(jié)鍋爐氣體流量的設備（包括空氣供給煙氣排除）誤動作，導致爐膛承受過大的引風壓頭。2）因燃料輸入快速減少或MFT爐內(nèi)氣體溫度和壓力急劇下降。防止爐膛內(nèi)爆的措施1） 設計安裝滅火保護裝置2） 改善控制功能設計c 鍋爐跳閘后的爐膛內(nèi)爆保護 控制系統(tǒng)接受來自聯(lián)鎖系統(tǒng)的鍋爐跳閘信號, 為的是將爐膛內(nèi)負壓偏差降到最小。在主燃料跳閘的事故情況下, 由于突然停止燃燒會造成爐膛內(nèi)煙氣量和煙氣溫度急劇下降, 顯然這是引起爐膛低壓峰值的主要原因。這個低壓峰值 會引起爐膛內(nèi)爆, 是很危險的。爐膛壓力的計算非常近似于下式（31）所示: PV=MRT （3 1） P—絕對壓力 V—爐膛容積 M一爐膛煙氣質(zhì)量 R—煙氣常數(shù) T一絕對溫度由于容積是固定的, R是常數(shù), 故壓力P與MT成正比關系。因此, 在主燃料跳閘后因爐膛內(nèi)煙氣量減少和溫度降低將造成壓力急劇下降。基于上述原因, 控制系統(tǒng)設計了突跳回路。該回路能識別何時發(fā)生主燃料跳閘, 并在跳閘時起作用以減少由于鍋爐跳閘引起的負壓力偏差。 爐膛負壓控制的方案設計 爐膛負壓控制系統(tǒng)方框原理圖 爐膛壓力控制用調(diào)節(jié)兩臺引風機的導葉開度，來滿足爐膛負壓略低于外界大氣壓的要求，機組正常運行時，鍋爐爐膛負壓按傳統(tǒng)的前饋反饋方案進行控制。 爐膛負壓的控制系統(tǒng)控制方框圖（1）