【正文】 閥。因此，采用比值控制方法調(diào)節(jié)除氧器進水量跟蹤出水流量，即鍋爐上水流量。從而采用三沖量控制方法控制除氧器水位，即控制系統(tǒng)中同時引入除氧器水位、進水量及鍋爐上水水量三個測量信號。而比值控制方法的引入，由于其不依賴于除氧器水位，所以在一定程度上可以緩解“虛假水位”造成的誤操作。因此采用串級三沖量除氧器水位控制系統(tǒng)。 除氧器水位三沖量串級控制系統(tǒng)(2) 單回路控制系統(tǒng)但考慮到在給水流量較低時，不能保證流量測量的準確性，如此時再以給水流量為標準按比例調(diào)節(jié)進水流量，就很可能造成除氧器內(nèi)液位波動。 除氧器水位單回路控制系統(tǒng)根據(jù)以上分析，當給水流量小于時，除氧器液位控制系統(tǒng)切換至單回路控制系統(tǒng)；當給水流量大于時，除氧器液位控制系統(tǒng)切換至三沖量串級控制系統(tǒng)。這樣可以有效地避免給水流量不穩(wěn)定而導(dǎo)致的調(diào)節(jié)回路反復(fù)切換造成的控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。1表示調(diào)節(jié)回路處于運行狀態(tài)，0表示調(diào)節(jié)回路處于待運行狀態(tài)。105(a)(b) 調(diào)節(jié)器切換時序示意圖要進一步實現(xiàn)三沖量串級控制和單回路控制的無擾切換，當單回路調(diào)節(jié)器運行時，串級三沖量調(diào)節(jié)器的輸出（“進水流量調(diào)節(jié)器”輸出）跟蹤單沖量調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)輸出（“水位調(diào)節(jié)器2”輸出）；三沖量串級調(diào)節(jié)器運行時，單回路調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)輸出（“水位調(diào)節(jié)器2”輸出）跟蹤三沖量串級調(diào)節(jié)器的輸出（“進水流量調(diào)節(jié)器”輸出）。 控制器正反作用的確定主、副控制器的正反作用的確定順序為先副后主原則。主回路：將副回路看作正環(huán)節(jié)；測量變送器的符號為正；在沒有給水流量干擾情況下，進水流量增大時，除氧器的液位升高，所以被控對象為正作用，符號為正；為使控制系統(tǒng)穩(wěn)定，必須保證系統(tǒng)構(gòu)成負反饋，所以主控制器為負作用。 控制規(guī)律設(shè)計本方案的除氧器液位控制系統(tǒng)中的兩種給水流量情況下的主水位調(diào)節(jié)器采用單神經(jīng)元PI控制規(guī)律，在正常給水流量對應(yīng)回路的副調(diào)節(jié)器采用P控制規(guī)律。同時考慮到除氧器液位中的軟化水處于沸騰狀態(tài)，所以液位測量的噪聲較大，因此不易加入微分作用。PID控制器是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡單、魯棒性好和可靠性高，被廣泛應(yīng)用于過程控制和運動控制中，尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)，然而對于此具有非線性、時變不確定性的系統(tǒng)，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用常規(guī)的PID控制器不能達到理想的控制效果，而且在實際生產(chǎn)現(xiàn)場中，由于受到參數(shù)整定方法繁雜的困擾，常規(guī)PID控制器參數(shù)往往整定不良、性能欠佳，對運行工況適應(yīng)性差，然而具有自學(xué)習和自適應(yīng)能力的單神經(jīng)元算法所構(gòu)成的單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制器，不但結(jié)構(gòu)簡單，而且能適應(yīng)環(huán)境的變化，具備較強的魯棒性。 單神經(jīng)元PID控制器結(jié)構(gòu)圖對于增量式PID，控制規(guī)律可以表示為令單神經(jīng)元的三個輸入量分別為則有表示k時刻系統(tǒng)的輸出增量，即誤差的一階差分；表示k時刻的誤差；表示k時刻誤差的二階差分。則單神經(jīng)元構(gòu)成的PID規(guī)律結(jié)構(gòu)中分別表示比例、微分和積分項的權(quán)重系數(shù)，可以通過神經(jīng)元的自學(xué)能力來進行自調(diào)整。單神經(jīng)元自適應(yīng)控制器是通過加權(quán)系數(shù)的調(diào)整來實現(xiàn)自適應(yīng)、自組織功能的，權(quán)重系數(shù)的調(diào)整可以通過不同的學(xué)習規(guī)則，從而構(gòu)成不同的控制規(guī)律。 除氧器控制系統(tǒng)Pamp。ID圖 汽包水位控制方案汽包液位是蒸汽鍋爐運行中一個非常重要的控制參數(shù)，它可以間接反映鍋爐負荷與給水平衡的關(guān)系。而且汽包的給水量也不應(yīng)該劇烈波動，以免影響省煤器和進水管道的安全。但需要注意的是，鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)中的水夾帶著大量的蒸汽氣泡，這些氣泡的總體積受到汽包內(nèi)壓力和過熱蒸汽流量（即鍋爐負荷）的影響，導(dǎo)致即使水循環(huán)系統(tǒng)中的總水量沒變，而氣泡總體積一旦變化，汽包水位也會隨之變化。但是，從單容系統(tǒng)的角度考慮，不考慮氣泡的影響，則給水量增加勢必使汽包水位上升。(2) 鍋爐負荷如果過熱蒸汽流量（即鍋爐負荷）突然出現(xiàn)擾動而增大，一方面汽包內(nèi)的物質(zhì)平衡狀態(tài)被打破使水位下降；另一方面，由于鍋爐出口的過熱蒸汽量增加，迫使鍋爐內(nèi)的氣泡增加，而燃料量不可能瞬間隨之增加，這使汽包內(nèi)的壓力減小，水面下的氣泡膨脹，總體積增大，導(dǎo)致水面上升，出現(xiàn)“虛假水位”。虛假水位會導(dǎo)致給水調(diào)節(jié)機構(gòu)的誤操作，使汽包水位波動劇烈，嚴重影響設(shè)備的安全和壽命。(3) 燃料流量如果燃料量出現(xiàn)擾動增加，則飽和水吸收的熱量增大，使鍋爐負荷的蒸汽量增加，同樣會導(dǎo)致出現(xiàn)“虛假水位”。且蒸汽量緩慢增加的同時汽包內(nèi)的壓力也會隨之緩慢增大，使水面下的氣泡體積變小，汽包水面下降。因此汽包水位控制過程中可認為燃料量是間接擾動。 汽包水位系統(tǒng)SDG模型 被控變量與操縱變量的選擇被控變量：汽包水位工藝要求。 調(diào)節(jié)閥的選擇V110V1102是汽包上水流量調(diào)節(jié)閥，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，氣源信號減弱，這時為了防止鍋爐發(fā)生干燒危險，應(yīng)保證汽包內(nèi)有一定的水儲量，故調(diào)節(jié)閥應(yīng)處于打開狀態(tài)，所以選擇氣閉式調(diào)節(jié)閥。 控制方案設(shè)計如單從物質(zhì)平衡角度考慮，則只要保證汽包中的給水量與蒸發(fā)量恒等，汽包中達到一個動態(tài)平衡，就可以使汽包水位不變，因此可以采用比值控制方法調(diào)節(jié)給水量跟蹤蒸汽量。從而采用三沖量控制方法控制汽包水位，即控制系統(tǒng)中同時引入汽包水位、給水量及過熱蒸汽量三個測量信號。而比值控制方法的引入，由于其不依賴于汽包水位，所以在一定程度上可以緩解“虛假水位”造成的誤操作。因此采用串級三沖量汽包水位控制系統(tǒng)。 汽包水位三沖量串級控制系統(tǒng)以上控制系統(tǒng)是在鍋爐處于正常平穩(wěn)的工況下設(shè)計的。因此在原汽包水位控制系統(tǒng)中加入一個只引入水位信號的單級單沖量控制系統(tǒng)，在鍋爐負荷低于25%時啟用。 汽包水位控制系統(tǒng)方框圖 控制器正反作用的確定汽包水位三沖量串級控制回路中，根據(jù)主、副控制器的正反作用的確定順序為先副后主原則，首先確定其副回路給水流量控制器正反作用：副回路：汽包液位控制回路中，除氧器進水流量調(diào)節(jié)閥為氣閉式，為負作用，所以符號為負；當閥門開大時，汽包上水流量增大，所以被控對象為正作用，符號為正；測量變送器的符號為正；偏差符號為負；為使控制系統(tǒng)穩(wěn)定，必須保證系統(tǒng)構(gòu)成負反饋，所以汽包給水流量控制器為負作用。汽包水位控制單回路中，除氧器進水流量調(diào)節(jié)閥為氣閉式，為負作用，所以符號為負；當閥門開大時，汽包上水流量增大，所以被控對象為正作用，符號為正；測量變送器的符號為正；偏差符號為負；為使控制系統(tǒng)穩(wěn)定，必須保證系統(tǒng)構(gòu)成負反饋，所以汽包給水流量控制器為負作用。在此基礎(chǔ)上考慮到鍋爐處于低負荷運行情況，加入單級控制回路，從而增加了一個水位調(diào)節(jié)器2，采用PID控制規(guī)律。(1) 生物系統(tǒng)的免疫機理將生物免疫原理與常規(guī)PID控制相結(jié)合，互相取長補短，在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下快速消除偏差盡可能使系統(tǒng)超調(diào)較小，提高系統(tǒng)的控制性能，這與免疫響應(yīng)過程是一致的。B細胞產(chǎn)生抗體以消除抗原。 隨著抗原的減少，體內(nèi)的TS 細胞增多，抑制了TH 細胞的產(chǎn)生，則B細胞也隨著減少。免疫反饋機理對抗原的快速反應(yīng)和穩(wěn)定免疫系統(tǒng)，可以使抑制機理和主反饋機理之間相互協(xié)作。B細胞既受到TH細胞的活化，又受到TS細胞的抑制，第k代B細胞的濃度可表示為T細胞濃度為TS細胞濃度為其中，為第k代抗原濃度；為TH細胞的促進因子；為TS細胞的抑制因子。其中是TS細胞的抑制因子,符號為正。d為免疫響應(yīng)延遲的代數(shù)；表示B細胞的濃度變化；為一函數(shù)，與有關(guān)，表示第kd代時B細胞分泌的抗體與抗原相互作用后的免疫效果；這里選為其中，用來改變函數(shù)形式。對于不同。 與的關(guān)系殺傷細胞的濃度由B細胞活動的微分給出，則殺傷細胞的濃度為其中。可以看出，控制反應(yīng)速度，為控制穩(wěn)定效果的抑制參數(shù)。表示免疫促進；表示免疫抑制；表示免疫穩(wěn)定。傳統(tǒng)PID控制加入免疫機理的作用是：響應(yīng)初期，系統(tǒng)中出現(xiàn)大偏差（），對應(yīng)免疫初期階段，令，免疫部分起促進控制作用，系統(tǒng)迅速響應(yīng)，以快速減小偏差；響應(yīng)中后期，偏差減?。ǎ?，對應(yīng)免疫抑制階段，為避免產(chǎn)生大超調(diào)，令；響應(yīng)末期，系統(tǒng)只有小偏差（），對應(yīng)免疫穩(wěn)定階段，令。免疫PID控制器結(jié)構(gòu)簡單、控制結(jié)構(gòu)明確，且控制器參數(shù)連續(xù)變化，較易于工程實現(xiàn)?？紤]到便于系統(tǒng)的實現(xiàn)和維護，內(nèi)環(huán)采用比例P控制器。采用免疫PID控制規(guī)律進行控制，具體設(shè)計方法如水位調(diào)節(jié)器1。ID圖 汽包水位控制系統(tǒng)Pamp。當其中任一個參量改變時，其他參量都會受影響。 過熱蒸汽壓力控制過熱蒸汽壓力是衡量鍋爐的蒸汽生產(chǎn)量與負荷設(shè)備的蒸汽消耗量是否平衡的重要指標，是蒸汽的重要工藝參數(shù)。壓力過高，會加速金屬的蠕變，導(dǎo)致鍋爐受損；壓力過低，不可能提供給負荷設(shè)備符合質(zhì)量的蒸汽。 過熱蒸汽壓力影響因素過熱蒸汽壓力的變化是由于鍋爐的熱平衡失調(diào)所引起的。(1) 燃料量影響燃燒熱最主要的因素就是進入爐膛的燃料量，燃料量越多，其產(chǎn)生的燃燒熱也就越多。當爐膛發(fā)熱量Q和蒸汽流量D所帶走的熱量不相等時，蒸汽壓力就要發(fā)生變化，且壓力的變化快慢隨熱量不均等的程度越大而越快。即使燃料量沒有變化，如果鼓入爐膛的空氣量變化，將使燃料的燃燒率變化，當空氣量適宜，燃料得到充分燃燒，則蒸汽得到的輻射熱和氣相升溫階段的傳熱都將變化，導(dǎo)致過熱蒸汽的溫度發(fā)生變化。除此之外，省煤器中的煙氣也是由爐膛燃料燃燒產(chǎn)生的，影響飽和蒸汽和軟化水溫度的同時間接影響過熱蒸汽的溫度。(3) 過熱蒸汽流量如果過熱蒸汽流量增大，則汽包內(nèi)的蒸汽量減小，使汽包內(nèi)的壓力變小，從而過熱蒸汽出口壓力也會隨之減小。當蒸汽流量一定時，過熱蒸汽壓力和溫度存在同向的變化趨勢：蒸汽溫度越高，說明蒸汽攜帶的能量越多，則過熱蒸汽的壓力也就隨之增大。操縱變量：燃料流量、（空氣流量）為了克服內(nèi)外擾對蒸汽壓力的影響，在基本的單爐蒸汽壓力控制系統(tǒng)中，輸入到鍋爐的燃燒熱必須跟隨蒸汽熱的變化而變化，以盡量保持熱量平衡。在本鍋爐系統(tǒng)中，由于過熱蒸汽溫度可以用減溫器進行微調(diào)，且考慮到過熱蒸汽溫度與壓力之間的關(guān)系，采用燃燒熱跟隨蒸汽壓力的變化，用燃料流量來控制鍋爐的燃燒熱。但燃油的燃燒效率同時也影響著煙氣的含氧量，且燃油流量是蒸汽壓力的主要控制量，而煙氣含氧量直接反映了空氣流量是否適宜，因此采用燃油流量作為蒸汽壓力的操縱量，而空氣流量在煙氣含氧量控制系統(tǒng)中具體設(shè)計。 調(diào)節(jié)閥的選擇V1104是燃油流量調(diào)節(jié)閥，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，氣源信號減弱，這時為了防止再有燃油進入爐膛繼續(xù)燃燒，應(yīng)切斷燃油進量，故調(diào)節(jié)閥應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，所以選擇氣開式調(diào)節(jié)閥。 控制方案設(shè)計通過控制量的選擇部分的分析可知，當燃料流量變化時，燃燒熱隨即變化，即爐膛溫度也立即變化，幾乎沒有慣性和延遲。因此，方案中蒸汽壓力的控制系統(tǒng)采用串級控制方法。綜上，過熱蒸汽壓力控制系統(tǒng)采用燃料流量作為副回路。以蒸汽壓力為主控參數(shù)，用來消除過熱蒸汽流量波動引起的干擾，消除蒸汽壓力靜差，從而與副回路組成熱負荷控制系統(tǒng)。為了使燃油充分燃燒，達到“低碳”理念，需要排除的煙氣中的含氧量在一定范圍內(nèi)，即燃油與空氣量維持最佳空燃比，所以還需加入燃油量—空氣量的比值控制環(huán)。當鼓入爐膛的空氣量和燃油量達到最佳空燃比時，燃油的燃燒效率最高，即過?？諝饬孔畹?，則排煙中的含氧量也就最適宜，因此煙氣含氧量反映了燃油的燃燒效率。本方案中用燃油量作為蒸汽壓力的調(diào)節(jié)變量，而用空氣量跟隨燃油量變化來控制煙氣的含氧量。 過熱蒸汽壓力燃油空氣雙閉環(huán)比值串級控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 控制器正反作用的確定過熱蒸汽壓力串級控制回路中，根據(jù)主、副控制器的正反作用的確定順序為先副后主原則，首先確定其副回路燃油流量控制器正反作用：副回路：燃油流量調(diào)節(jié)閥為氣開式，為正作用，所以符號為正；當閥門開大時，燃油流量增大，所以被控對象為正作用，符號為正；測量變送器的符號為正；偏差符號為負；為使控制系統(tǒng)穩(wěn)定，必須保證系統(tǒng)構(gòu)成負反饋，所以汽包給水流量控制器為正作用。 控制規(guī)律設(shè)計(1) 副調(diào)節(jié)器內(nèi)環(huán)需要起到快速消除內(nèi)擾的作用，且不要求無差，所以此階段燃料/空氣流量控制回路的副調(diào)節(jié)器選擇P控制算法。模糊控制算法是基于知識的控制器，具有一定的智能性。 模糊PID主控制器結(jié)構(gòu)圖常規(guī)PID控制算法表達式為PID控制器的參數(shù)可以根據(jù)過程的運行狀態(tài)，即過熱蒸汽壓力的偏差，及相應(yīng)的變化率來自動調(diào)整，調(diào)整的方法可采用如下模糊校正規(guī)則：其中、分別是以壓力偏差及偏差變化率為論域的模糊集合；、和分別是以比例、微分和積分時間為論域的模糊集合。設(shè)其變化范圍分別為、和。顯然確定了、和就可獲得調(diào)節(jié)器對應(yīng)的、和。規(guī)則結(jié)論部分、和的詞集為{Z，S，M，B}（分別代表0、小、中、大），論域為[0，6]。表21 模糊PID控制規(guī)則表(a) 模糊規(guī)則表ECNBNMZOPMPBENBMBBBMNMSSMSSZOSMBMSPMSSMSSPBMBBBM(b) 模糊規(guī)則表ECNBNMZOPMPBENBZZZZZNMSMMMSZOMBBBMPMSMMMSPBZZZZZ(c) 模糊規(guī)則表ECNBNMZOPMPBENBSSZSSNMMMSMMZOSMBMSPMMMSMMPBSSZSS由第K個采樣時刻的壓力偏差及其變化率。K時刻的PID控制器參數(shù)可計算得：Smith預(yù)估補償器：設(shè)計中，為方便表達，設(shè)爐膛中的溫度變化影響到過熱蒸汽溫度變化的延時為，則有與間的傳遞函數(shù)其中是除去延遲環(huán)節(jié)后的傳遞函數(shù)。過熱蒸汽溫度過高，可能造成過熱器、蒸汽管道及汽輪機的高壓部分金屬損壞；過熱蒸汽溫度過低則會降低全廠的熱效率，且會加劇下級設(shè)備的葉片侵蝕。5℃范圍內(nèi)。影響過熱蒸汽溫度的擾動來源有很多，比如過熱蒸汽流量、爐膛中的燃燒工況、減溫器中軟化水的流量和溫度、爐膛及省煤器內(nèi)對流段的熱傳導(dǎo)系數(shù)等。