基于電廠(chǎng)鍋爐燃燒模糊控制器的設(shè)計(jì)

-.z摘要火力發(fā)電是當(dāng)今電力生產(chǎn)中重要生產(chǎn)形式之一。在現(xiàn)代電力企業(yè)中，由于平安性、節(jié)耗性、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率等多方面要求，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)如今廣泛應(yīng)用于電站控制。但在實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常受到內(nèi)部和外部的干擾，鍋爐燃燒是一個(gè)多輸入多輸出的被控對(duì)象，而且變量間相互耦合嚴(yán)重，并具有多參數(shù)，非線(xiàn)性，不確定時(shí)滯和時(shí)變的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的PID控制效果往往不夠理想。必須采用先進(jìn)控制算法。本文首先分析了火電廠(chǎng)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，確定了被控對(duì)像的傳遞函數(shù)。然后對(duì)鍋爐燃燒系統(tǒng)單模糊控制器進(jìn)展總體設(shè)計(jì)。主要輸入量的模糊化，模糊控制規(guī)則的形成，輸出量的模糊化。最后通過(guò)應(yīng)用MATLAB中的SIMULINK對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展仿真，比照模糊控制與常規(guī)PID控制的控制性能。通過(guò)仿真結(jié)果比照得出：模糊控制器的控制性能總體優(yōu)于常規(guī)PID控制器，它不僅具有良好的動(dòng)態(tài)特性，還具有良好的環(huán)境適應(yīng)能力。關(guān)鍵詞：火電廠(chǎng)；燃燒控制系統(tǒng)；模糊控制；SIMULINK仿真第一章緒論1.1研究背景和課題來(lái)源及意義1.1.1研究背景電能是現(xiàn)代社會(huì)的必需品，假設(shè)沒(méi)有電能人類(lèi)的生活生產(chǎn)將面臨巨大的困難。電能作為最清潔的能源，其使用方法簡(jiǎn)單，運(yùn)送方便，容易轉(zhuǎn)換。電力工業(yè)的開(kāi)展水平實(shí)際上是工農(nóng)業(yè)開(kāi)展、人民生活水平和科技與國(guó)防現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。常見(jiàn)的電力生產(chǎn)有如水力發(fā)電，核能發(fā)電，火力發(fā)電，太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)和地?zé)崮馨l(fā)電等方法。目前電能主要由火力發(fā)電廠(chǎng)、水力發(fā)電廠(chǎng)和核能發(fā)電廠(chǎng)產(chǎn)生。在我國(guó)，火力發(fā)電是生產(chǎn)電力的主要方式，截止到2009年12月底，全國(guó)發(fā)電量為36506億千瓦時(shí)，其中火力發(fā)電量為29814.22億千瓦時(shí)，占總發(fā)電量的81.67%，表1-1是最近幾年我國(guó)火力發(fā)電情況統(tǒng)計(jì)表煤是火力發(fā)電的主要燃料，中國(guó)每年消耗的煤炭用于發(fā)電占全國(guó)煤炭產(chǎn)量約一半的工業(yè)用煤總量，比例高達(dá)80%，為了節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，應(yīng)為了提高煤炭的燃燒效率。鍋爐設(shè)備是火力發(fā)電過(guò)程中最重要的設(shè)備，其工作直接影響到整個(gè)電廠(chǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。只有在中國(guó)工業(yè)鍋爐實(shí)際運(yùn)行效率大約有65%，與國(guó)外先進(jìn)水平相比，低15-20%，通過(guò)節(jié)能改造，每年可節(jié)省大量的煤，影響鍋爐效率的因素是多方面的，一方面由于燃煤發(fā)電的來(lái)源和煤種復(fù)雜多變，對(duì)燃燒系統(tǒng)的直接攝動(dòng)；另一方面，由于設(shè)備老化和單位變換，得到變工況*圍大，使電站鍋爐運(yùn)行狀態(tài)往往偏離最優(yōu)條件，因此，對(duì)鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化控制技術(shù)先進(jìn)，保證鍋爐的平安環(huán)保經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)的本質(zhì)是運(yùn)行技術(shù)改變鍋爐設(shè)備參數(shù)的前提下，通過(guò)對(duì)燃料和空氣分配比等參數(shù)提供調(diào)整，使鍋爐燃燒燃燒處于最正確狀態(tài)，以增加同時(shí)對(duì)鍋爐平安運(yùn)行的熱效率，鍋爐的實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)，環(huán)境保護(hù)和平安操作。1.2模糊控制在火電廠(chǎng)燃燒控制系統(tǒng)中應(yīng)用的意義自Zadeh教授在美國(guó)大學(xué)1965加利福尼亞建立了模糊集理論和1974英國(guó)e.h.mam2dani在鍋爐和汽輪機(jī)控制模糊控制中的應(yīng)用是成功的，模糊控制已在開(kāi)發(fā)在現(xiàn)實(shí)生活中廣泛應(yīng)用，其根源在于模糊邏輯本身提供了專(zhuān)家信息，語(yǔ)言為一種推理方法的控制系統(tǒng)構(gòu)造。通俗的講，模糊控制是模糊推理的控制對(duì)象，模仿人的思維方式難以建立準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型的實(shí)現(xiàn)。它是利用模糊數(shù)學(xué)的穿插復(fù)合產(chǎn)品的控制理論，而且是智能控制的重要組成局部。突出了模糊控制的特點(diǎn)1)設(shè)計(jì)不要求知道被控對(duì)象的準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型,只需要提供現(xiàn)場(chǎng)操作人員的經(jīng)歷知識(shí)及操作數(shù)據(jù)。(2)系統(tǒng)的優(yōu)化性強(qiáng),適應(yīng)于解決常規(guī)控制難以解決的非線(xiàn)性、時(shí)變及滯后系統(tǒng)。(3)以語(yǔ)言變量代替常規(guī)的數(shù)學(xué)變量,易于構(gòu)造形成專(zhuān)業(yè)語(yǔ)言。(4)推理過(guò)程模仿人的思維過(guò)程,參加了人類(lèi)的經(jīng)歷,因而能夠處理復(fù)雜甚至“病態(tài)〞系統(tǒng)。模糊控制器的設(shè)計(jì)和構(gòu)造可以有許多不同的方法，但一般的模糊邏輯控制器的工作過(guò)程可以分為三個(gè)階段：第一階段是所謂的“模糊〞，從準(zhǔn)確量的語(yǔ)言變量轉(zhuǎn)化為不同的類(lèi)實(shí)現(xiàn)，輸入變量設(shè)置為不同程度會(huì)員，會(huì)員功能：通常使用三角形隸屬函數(shù)，正態(tài)分布和梯形隸屬函數(shù)；第二階段，輸入變量的集合被分配給一個(gè)if2then控制規(guī)則，結(jié)果的各種規(guī)則加在一起產(chǎn)生一個(gè)“模糊〞，即規(guī)則合成；第三階段則為了解決模糊決策的模糊輸出是通過(guò)語(yǔ)言變量的準(zhǔn)確量的。其實(shí)這是一個(gè)輸出*圍，找到一個(gè)被認(rèn)為是最具代表性和準(zhǔn)確的輸出控制量直接驅(qū)動(dòng)控制裝置。圍繞著這樣一個(gè)根本構(gòu)造,模糊控制的開(kāi)展取得了突出的成就。如近年來(lái)開(kāi)展起來(lái)的自適應(yīng)模糊控制、基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的模糊控制等。全面綜述了模糊控制近年來(lái)開(kāi)展的狀況。模糊控制理論，控制該型鍋爐復(fù)雜的熱過(guò)程中，具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。這是考慮到該控制方法的復(fù)雜性和傳統(tǒng)的鍋爐本身，實(shí)現(xiàn)鍋爐的控制的存在下無(wú)法克制的問(wèn)題確定:(1系統(tǒng)有嚴(yán)重的耦合。例如：對(duì)燃料的變化量，對(duì)其他幾個(gè)電路產(chǎn)生影響。擾動(dòng)燃料極大地影響蒸汽流，蒸汽流被改變反過(guò)來(lái)必然導(dǎo)致的變化的供水系統(tǒng)。(2)由于對(duì)系統(tǒng)的變化，煤炭和煤的質(zhì)量造成了不確定性。改變負(fù)載〔參照蒸汽需求〕也構(gòu)成了系統(tǒng)的不確定性。(3)通過(guò)滯后于煤炭量的變化對(duì)主蒸汽壓力的變化，循環(huán)時(shí)間。在測(cè)量時(shí)間滯后的類(lèi)包括延遲，處理延遲和傳輸延遲。從控制的角度來(lái)看，更困難的是，這個(gè)物種的大小與時(shí)間延遲和負(fù)載條件也有所變化。(4)有許多測(cè)量噪聲信號(hào)，由于電廠(chǎng)的電力設(shè)備的高電壓性能。(5)一天24小時(shí)在鍋爐設(shè)定值不斷變化使鍋爐運(yùn)行在最正確狀態(tài)下運(yùn)行。通常在早上大大增加負(fù)載，而在晚上，大大降低了負(fù)載1.3模糊控制的開(kāi)展及研究現(xiàn)狀模糊控制又叫做模糊邏輯控制，它是一種新的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制手段，主要的理論根底包括模糊集理論、模糊變量以及模糊推理等。美國(guó)著名學(xué)者L.A.Zadeh教授在1965年首次創(chuàng)立了模糊集理論，而其首次應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)的控制則是由英國(guó)的E.H.Mamdani教授在1974年實(shí)現(xiàn)的，這也成為了模糊控制論-4-誕生的標(biāo)志。1980年，F(xiàn)ukami和Mizumorod等提出模糊條件推理，成功用于廢水處理過(guò)程。1984國(guó)際模糊系統(tǒng)協(xié)會(huì)成立〔IFSA成立國(guó)際fuzzysystemassociation〕，1985在西班牙的第一個(gè)美國(guó)會(huì)議。我們?cè)谀：碚摰难芯科鸩奖葦M早，國(guó)內(nèi)學(xué)者在模糊理論取得了巨大的成就。吳偉志研究公理化的粗糙近似算子，王國(guó)俊在模糊邏輯的問(wèn)題，取得了顯著成就李洪興zushu等人，李。在模糊控制技術(shù)與應(yīng)用的優(yōu)秀成果，特別是李教授紅星2002年8月11日師*大學(xué)，采用“變論域自適應(yīng)模糊控制理論得到了世界上第一個(gè)“四級(jí)倒立擺控制系統(tǒng)〞。2005，是模糊數(shù)學(xué)中出世40周年的第十一州的會(huì)議在中國(guó)舉行，在全世界包括Zadeh教授近100位著名學(xué)者，聚集在，討論了模糊數(shù)學(xué)的開(kāi)展方案。許多科學(xué)家繼續(xù)在模糊理論的開(kāi)展和各種新技術(shù)、新理論和算法方面的穿插融合。雖然模糊理論被提出只有四十年，但其開(kāi)展速度非常驚人。模糊控制已經(jīng)應(yīng)用到相機(jī)，如模糊洗衣機(jī)，電梯控制，水質(zhì)凈化等領(lǐng)域。智能模糊控制系統(tǒng)越來(lái)越受到人們的重視基于模糊理論，也使得快速開(kāi)展。第2章電廠(chǎng)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)2.1電廠(chǎng)鍋爐簡(jiǎn)介火力發(fā)電廠(chǎng)燃料的化學(xué)能量轉(zhuǎn)換為電力企業(yè)的主要設(shè)備，鍋爐，汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)。電站鍋爐是火力發(fā)電廠(chǎng)的三大主機(jī)，也被稱(chēng)為蒸汽發(fā)生器，燃料這里在化學(xué)能量為熱能轉(zhuǎn)換。一般來(lái)說(shuō)，電站鍋爐用于發(fā)電廠(chǎng)。電站鍋爐主要有兩種類(lèi)型：煤粉爐和循環(huán)流化床鍋爐，本文主要研究對(duì)象為煤粉鍋爐。給煤機(jī)2將原煤斗1中儲(chǔ)存的煤源源不斷的送入磨煤機(jī)3中，在磨煤機(jī)中制成的煤粉通過(guò)熱空氣進(jìn)展枯燥并送入燃燒器中進(jìn)展燃燒。冷空氣在送風(fēng)機(jī)20的作用下經(jīng)空氣預(yù)熱器17預(yù)熱后變?yōu)闊峥諝?，一局部熱空氣進(jìn)入磨煤機(jī)中對(duì)煤粉進(jìn)展加熱和枯燥，另一局部直接進(jìn)入爐膛，作為助燃空氣參與燃燒。磨煤機(jī)送出的煤粉氣流由燃燒器9送入爐膛中進(jìn)展燃燒。2.2鍋爐燃燒過(guò)程控制的任務(wù)及對(duì)象特性2.2.1燃燒過(guò)程控制的任務(wù)鍋爐燃燒系統(tǒng)是鍋爐經(jīng)濟(jì)、平安運(yùn)行的最關(guān)鍵的子系統(tǒng)。鍋爐燃燒過(guò)程控制的任務(wù)有很多，其中最根本的任務(wù)是保證燃料燃燒提供的熱量滿(mǎn)足蒸汽負(fù)荷的要求，與此同時(shí)，要保證鍋爐運(yùn)行的平安性和經(jīng)濟(jì)性。不同鍋爐的控制任務(wù)和控制方法由于燃料種類(lèi)、燃燒設(shè)備等因素的影響而有所差異。歸納起來(lái)，燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)有以下幾個(gè)方面[45]：1．保證主蒸汽壓力的穩(wěn)定性主蒸汽壓力是鍋爐產(chǎn)生的蒸汽量是適于消耗汽輪機(jī)的量，可對(duì)鍋爐設(shè)備的平安運(yùn)行直接相關(guān)，但它是穩(wěn)定的反映燃料供給的適應(yīng)性和負(fù)載。當(dāng)控制，取決于改變?nèi)剂狭客度胫髡羝麎毫Φ那闆r下，保證了主蒸汽壓力的穩(wěn)定性。2．保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性燃燒經(jīng)濟(jì)性表達(dá)在單位燃料的熱釋放是最大的，這是在燃燒狀態(tài)的燃料。影響燃燒效率的主要因素是空氣量，空氣和燃料必須保證相適應(yīng)，確保鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性。改變?nèi)剂系臄?shù)量時(shí)，必須進(jìn)展相應(yīng)的調(diào)整，空氣。如果空氣供給缺乏，燃燒不充分；如果供給的空氣量太大，會(huì)造成很多的熱量帶走的煙。3.保證爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定性鍋爐爐膛負(fù)壓是鍋爐平安運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)，爐壓穩(wěn)定反映了風(fēng)量、平衡或不鉛量。為了保證在一定*圍內(nèi)的爐內(nèi)壓力的穩(wěn)定，必須使引風(fēng)量可以改變空氣流量的變化。當(dāng)空氣流速比引風(fēng)量，爐膛負(fù)壓增大，會(huì)造成大量的熱量隨煙氣排出，熱損失增加；反之，當(dāng)空氣供給大于進(jìn)風(fēng)量，爐膛負(fù)壓降低，造成爐膛向外噴火，威脅到工人的平安。三控制的任務(wù)是相互聯(lián)系、不可分割的，人們常將主蒸汽壓力，在煙氣和爐膛負(fù)壓的調(diào)節(jié)量為三的氧含量，燃料和空氣的供給量和空氣輸入量為三的調(diào)節(jié)是保證經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定和鍋爐運(yùn)行的平安性。2.2.2鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的對(duì)象特性在鍋爐燃燒控制系統(tǒng)，主要被調(diào)量是主蒸汽壓力，蒸汽鍋爐中產(chǎn)生的，是否適應(yīng)消費(fèi)和汽輪機(jī)主蒸汽壓力蒸汽量，是鍋爐設(shè)備的平安運(yùn)行直接關(guān)系。燃燒率〔燃料和燃料熱值的量〕變化的諸多因素，造成主汽壓力變化的主要因素。其他兩個(gè)是在煙道氣和真空爐氧含量的調(diào)整量是保證燃燒狀況良好的內(nèi)部參數(shù)，風(fēng)量要求，進(jìn)氣量保持適當(dāng)?shù)谋壤蛿?shù)量的燃料。下面將分別討論[

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]每個(gè)控制變量的動(dòng)態(tài)特性。1．主蒸汽壓力的動(dòng)態(tài)特性當(dāng)鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，假設(shè)鍋爐燃燒率發(fā)生變化，主蒸汽壓力也將變化，響應(yīng)曲線(xiàn)如圖2-2所示。在圖中我們可以看出，主蒸汽壓力變化有延遲。2．煙氣含氧量的動(dòng)態(tài)特性在送風(fēng)量擾動(dòng)下的煙氣含氧量響應(yīng)曲線(xiàn)如圖2-3所示。3．爐膛負(fù)壓的動(dòng)態(tài)特性在引風(fēng)量擾動(dòng)下的爐膛負(fù)壓響應(yīng)曲線(xiàn)如圖2-4所示。由圖2-2至圖2-4可以看出，各被調(diào)量的動(dòng)態(tài)特性曲線(xiàn)均近似于具有純滯后有自平衡能力的一階對(duì)象的響應(yīng)曲線(xiàn)，本文將各個(gè)被控量的數(shù)學(xué)模型用具有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)近似表示式中—純滯后時(shí)間；T—時(shí)間常數(shù)；K—放大系數(shù)2.3鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制方案從燃燒過(guò)程的控制任務(wù)來(lái)看，燃燒過(guò)程的控制方案應(yīng)該具有如下功能：1．爐膛燃燒率的變化迅速，適應(yīng)外界負(fù)荷的變化；2．該控制系統(tǒng)能快速找到并拆下燃油、燃燒熱值擾動(dòng)；3．確保燃料，送風(fēng)和引風(fēng)等參數(shù)協(xié)調(diào)的變化，保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性；4．確保燃燒過(guò)程的穩(wěn)定性，防止?fàn)t膛負(fù)壓大*圍波動(dòng)。根據(jù)前面的分析我們可以知道，燃料量，送風(fēng)量和空氣輸入需要關(guān)注的物理量調(diào)節(jié)。通過(guò)調(diào)節(jié)燃料量的輸入通過(guò)燃料燃燒和鍋爐負(fù)荷產(chǎn)生的能量來(lái)適應(yīng)外部能源鍋爐；調(diào)整送風(fēng)量是使燃料完全燃燒和排煙熱損失最小，從而保證燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)。調(diào)整空氣輸入主要是為了使它與空氣流兼容，以保證在一定的*圍內(nèi)要求爐壓，目的是保證爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定，從而保證鍋爐燃燒過(guò)程的平安。在實(shí)際控制系統(tǒng)中，通常將整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為一個(gè)燃料控制系統(tǒng)，送風(fēng)控制系統(tǒng)，三個(gè)子系統(tǒng)[47]，采用一定的控制方法使得三個(gè)被控量〔主蒸汽壓力、煙氣含氧量、爐膛負(fù)壓〕滿(mǎn)足需求，如圖2-5所示。2.3.1燃料控制系統(tǒng)燃油控制系統(tǒng)，但對(duì)煤的燃燒熱值量的直接因素有影響，蒸汽鍋爐的輸出量，在實(shí)際操作中，由于對(duì)煤炭和煤炭質(zhì)量的量的變化而導(dǎo)致的擾動(dòng)，很難在線(xiàn)煤的發(fā)熱值提供測(cè)量，不能直接用它作為反應(yīng)信號(hào)。總熱量產(chǎn)生的煤粉燃燒和煤量之間有直接的聯(lián)系，因此，我們可以給煤量入爐溫度，爐內(nèi)溫度作為反應(yīng)信號(hào)、控制回路，實(shí)現(xiàn)對(duì)主蒸汽壓力控制。本文提出了一種基于模糊PI串級(jí)控制系統(tǒng)，主控制器采用模糊控制器調(diào)節(jié)主蒸汽壓力，常規(guī)PI控制器的負(fù)調(diào)節(jié)器是用來(lái)調(diào)節(jié)爐內(nèi)的溫度，如圖2-6所示2.3.2送風(fēng)控制系統(tǒng)送風(fēng)控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性，是通過(guò)空氣量的調(diào)整以確保在最正確燃燒狀態(tài)的燃料。只有當(dāng)空氣和煤量量相適應(yīng)，以保證煤粉充分燃燒和最小的熱損失。送風(fēng)的大小可以通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器的風(fēng)機(jī)控制。在空氣預(yù)熱器預(yù)熱空氣進(jìn)風(fēng)和二次風(fēng)?？諝鈴闹品巯到y(tǒng)、燃油控制系統(tǒng)決定，風(fēng)主要用于運(yùn)輸和取暖的煤，同時(shí)提供煤粉初期燃燒的氧氣。它的特點(diǎn)是風(fēng)壓高，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作人員的操作經(jīng)歷，通常是通過(guò)調(diào)整進(jìn)料風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度將壓力控制一個(gè)恒定值。兩卷是由燃燒經(jīng)濟(jì)性的要求，確定。兩風(fēng)作為燃料提供的空氣，使空氣和煤粉充分混合燃燒。在鍋爐燃燒過(guò)程中，如果空氣供給量缺乏，燃燒不充分，甚至?xí)鸹馂?zāi)；如果供給的空氣量太大，會(huì)造成很多的熱量帶走的煙。只有當(dāng)燃料完全燃燒熱損失也最小時(shí)，是最正確的燃燒狀態(tài)。圖2-7是空氣供給控制系統(tǒng)的框圖，介紹了優(yōu)化控制理論，結(jié)合模糊控制，設(shè)計(jì)模糊自尋優(yōu)控制器，T為加熱爐溫度控制。這一控制方案主要是利用了爐膛溫度與送風(fēng)量之間的關(guān)系。在煤的風(fēng)量調(diào)整大小的根底上：一定的時(shí)間，最高溫度ma*T為優(yōu)化指標(biāo)，通過(guò)調(diào)節(jié)空氣供給，可以改變送風(fēng)量和煤粉量之間的比率，當(dāng)爐內(nèi)溫度最嚴(yán)密的T，即爐內(nèi)溫度最高，空氣的量和煤粉供給這個(gè)適應(yīng)的時(shí)間，到達(dá)最正確匹配的供給空氣和煤粉；當(dāng)煤量和煤質(zhì)的變化，必須在空氣中流動(dòng)的相應(yīng)的變化，模糊自尋優(yōu)控制器可以根據(jù)溫度變化調(diào)整風(fēng)量，風(fēng)量和煤量到達(dá)最正確匹配。圖2-8為當(dāng)給煤量不變時(shí)，爐膛溫度T與送風(fēng)量V的關(guān)系曲線(xiàn)。由圖可知，在給煤量一定時(shí)，有一個(gè)最正確的送風(fēng)量，即0VV時(shí)，爐膛溫度ma*0TTT。不同的給煤量所對(duì)應(yīng)的爐膛溫度和送風(fēng)量關(guān)系曲線(xiàn)也不同。模糊自尋優(yōu)控制器正是利用了爐膛溫度T和送風(fēng)量V的關(guān)系，根據(jù)給煤量或煤質(zhì)的變化自動(dòng)調(diào)整送風(fēng)量，使得爐膛溫度到達(dá)最大值，從而使鍋爐的燃燒效率最高。2.3.3引風(fēng)控制系統(tǒng)風(fēng)控制系統(tǒng)又稱(chēng)為爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)，它的任務(wù)是：通過(guò)調(diào)整風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度，燃燒和鍋爐燃燒室的煙氣排放量保持平衡的產(chǎn)品，維持爐膛負(fù)壓在設(shè)定點(diǎn)附近。當(dāng)風(fēng)量大于送風(fēng)量，爐膛負(fù)壓增大，會(huì)造成大量的熱量隨煙氣排出，熱損失增加；反之，當(dāng)抽風(fēng)量小于減少風(fēng)量，爐膛負(fù)壓，容易導(dǎo)致?tīng)t膛向外噴火，威脅工人平安。我們必須保證爐膛負(fù)壓穩(wěn)定在設(shè)定值，保證鍋爐的正常運(yùn)行。引風(fēng)控制系統(tǒng)的框圖如圖2-9所示。造成爐膛壓力的主要因素是擾動(dòng)，同時(shí)空氣量，為了克制風(fēng)控制滯后的空氣供給控制問(wèn)題，本文將供給量作為前饋補(bǔ)償風(fēng)控制系統(tǒng)，不僅可以有效抑制干擾，改善滯后的問(wèn)題，加快響應(yīng)速度的風(fēng)扇控制器。該控制系統(tǒng)還采用模糊控制器作為爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)器。2.4本章小結(jié)在這一章中，通過(guò)對(duì)鍋爐燃燒過(guò)程進(jìn)展了深入的研究，明確了鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個(gè)強(qiáng)干擾，非線(xiàn)性，時(shí)變，多變量的復(fù)雜系統(tǒng)，掌握鍋爐燃燒目標(biāo)控制的特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)控制對(duì)象的特性進(jìn)展了深入分析，給予被告對(duì)象的響應(yīng)調(diào)節(jié)變量的擾動(dòng)，和對(duì)象的傳遞函數(shù)的形式給出。鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的強(qiáng)迫解耦成三個(gè)子系統(tǒng)，三個(gè)子系統(tǒng)的控制方案。三個(gè)控制子系統(tǒng)密切相關(guān)，相互影響，任何參數(shù)的變化都會(huì)影響到鍋爐的，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，鍋爐燃燒控制系統(tǒng)必須被視為一個(gè)整體。第3章基于模糊控制的電廠(chǎng)鍋爐燃燒控制3.1模糊控制概述我們總是在與許多日常接觸的具有不確定性的事物的特性，例如，可能有很多，大多數(shù)，這些詞都意味著價(jià)值不可能給出完全確定的，它具有模糊性的特點(diǎn)。首先提出了模糊控制和美國(guó)Lotfi射流理論〔L.A.Zadeh〕教授，他發(fā)表了開(kāi)創(chuàng)性論文“模糊集理論〞中的1965個(gè)，然后模糊理論已引起人們的廣泛關(guān)注。模糊控制最重要的特征有三點(diǎn)：1用語(yǔ)言變量代替數(shù)學(xué)變量或者兩者的結(jié)合；2用模糊條件語(yǔ)句來(lái)規(guī)劃變量之間的函數(shù)關(guān)系；3用模糊算法來(lái)刻劃復(fù)雜關(guān)系。幾十年來(lái)，很多國(guó)家的學(xué)者都模糊理論進(jìn)展了深入的研究，使其取得了飛速的開(kāi)展，并被廣泛的應(yīng)用到人們生產(chǎn)生活的方方面面。3.2模糊推理所謂推理，就是從一個(gè)或幾個(gè)的前提出發(fā)推出結(jié)論的思維方式。如果在推理的過(guò)程中所用到的前提和推理規(guī)則都具有模糊性，而且所得出的結(jié)論也是模糊命題時(shí)，我們就稱(chēng)這種推理為模糊推理。常用的模糊推理方式有以下幾種：1．單個(gè)前提單個(gè)規(guī)則前提1〔事實(shí)〕：*是A前提2〔規(guī)則〕：if*是A，theny是B結(jié)果〔結(jié)論〕：y是2．多個(gè)前提單個(gè)規(guī)則前提1〔事實(shí)〕：*是A，y是B前提2〔規(guī)則〕：if*是A和y是B，thenz是C結(jié)果〔結(jié)論〕：z是3．多個(gè)前提多個(gè)規(guī)則前提1〔事實(shí)〕：*是，y是前提2〔規(guī)則1〕：if*是和y是，thenz是前提3〔規(guī)則2〕：if*是和y是，thenz是結(jié)果〔結(jié)論〕:z是令,==3.3模糊判決通過(guò)模糊推理得到的是模糊輸出，必須得到模糊值映射為準(zhǔn)確的輸出值對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)展控制。模糊決策是在一個(gè)準(zhǔn)確的值的輸出模糊集合中表達(dá)的模糊輸出，與準(zhǔn)確值作為控制過(guò)程的輸出量。下面介紹幾種人們經(jīng)常采用的模糊判決方法：重心法所謂重心法，首先要找到橫坐標(biāo)軸與模糊隸屬函數(shù)曲線(xiàn)圍成面積的重心，并將此重心作為準(zhǔn)確值輸出。對(duì)于連續(xù)論域式中表示*的隸屬度。但我們實(shí)際上是計(jì)算輸出*圍內(nèi)的假設(shè)干離散值的重心，將上式按照離散值進(jìn)展變換2．最大隸屬度法這種方法是在模糊推理的輸出集合中選取隸屬度值作為輸出量。要求方法要求隸屬度函數(shù)曲線(xiàn)一定是單峰曲線(xiàn)。否則，具有最大隸屬度的元素就可能不止一個(gè)。3．系數(shù)加權(quán)平均法系數(shù)加權(quán)平均法去模糊化的準(zhǔn)確輸出量可由下式求出：3.4模糊控制器的設(shè)計(jì)3.4.1模糊控制器的一般組成模糊控制器又稱(chēng)為模糊邏輯控制器，通過(guò)模糊模塊，知識(shí)庫(kù)〔包括數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)〕，模糊推理模塊和反模糊模塊。如圖3-2所示。知識(shí)庫(kù)是模糊控制器的根底上，對(duì)模糊控制規(guī)則，模糊隸屬度函數(shù)和模糊化公式都包含在知識(shí)庫(kù)中。1．模糊化接口模糊性是準(zhǔn)確的輸入映射到相應(yīng)的模糊權(quán)重集的作用，從而進(jìn)一步模糊推理與決策。模糊輸入變量進(jìn)展處理，首先把它變成由控制器所需的輸入；其次變換對(duì)輸入量的處理，也就是域變換，最后進(jìn)展模糊處理，準(zhǔn)確量轉(zhuǎn)化為模糊量，同時(shí)用模糊集合表示。2．知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)組成的知識(shí)庫(kù)，包括模糊控制規(guī)則和隸屬函數(shù)的定義和其他一些參數(shù)等。模糊控制規(guī)則，根據(jù)設(shè)計(jì)的知識(shí)和操作者的經(jīng)歷領(lǐng)域的有關(guān)專(zhuān)家都存儲(chǔ)在規(guī)則庫(kù)。3．模糊推理模糊決策推理是按照模糊規(guī)則進(jìn)展決策的，它模擬了人類(lèi)的思維過(guò)程，是模糊控制的核心。Mamdani的極大極小推理法是目前最常用的推理方法。4．解模糊接口解模糊也稱(chēng)為模糊判決，它的作用是將模糊推理得到的模糊輸出映射成準(zhǔn)確的輸出，這樣才能對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)展控制。上文介紹了幾種解模糊的方法，解模糊方法的選擇與隸屬度函數(shù)的形狀、模糊推理的方法等都有一定的聯(lián)系。3.4.2模糊控制器的構(gòu)造及其分類(lèi)模糊控制系統(tǒng)一個(gè)被控制量的偏差、偏差變化和偏差變化率作為模糊控制器的輸入，外表看起來(lái)有三個(gè)輸入變量，但它們實(shí)際所反映的是同一個(gè)輸入量，因此，人們?nèi)匀话阉Q(chēng)為單變量模糊控制器。1．單變量模糊控制器的構(gòu)造在模糊控制系統(tǒng)中，模糊控制器的維數(shù)模糊控制器的輸入量的個(gè)數(shù)決定的。一維模糊控制器。將被控制量的實(shí)測(cè)值與給定值之間的偏差e作為控制器的輸入，見(jiàn)圖3-3a)。(2)二維模糊控制器。二維模糊控制器是目前采用比擬廣泛的模糊控制器，它將被控變量與給定值的偏差e和偏差變化作為控制器的輸入量，見(jiàn)圖3-3b)。(3)三維模糊控制器。三維模糊控制器將被控量與給定值之間的偏差e、偏差變化e和偏差變化的變化e作為控制器的輸入量，見(jiàn)圖3-3c)。這類(lèi)控制器的構(gòu)造比擬復(fù)雜、推理過(guò)程緩慢，一般較少使用。2．多變量模糊控制器的構(gòu)造圖3-4給出的是一個(gè)具有