一種鍋爐主蒸汽壓力的自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制方法
【專利說(shuō)明】一種鍋爐主蒸汽壓力的自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鍋爐控制的技術(shù)領(lǐng)域，特別是循環(huán)流化床鍋爐主蒸汽壓力的自動(dòng)控制
技術(shù)領(lǐng)域。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是在鼓泡流化床燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種高效、低 污染的新型燃燒技術(shù)。循環(huán)流化床鍋爐（Circulating Fluidized Bed Boiler,簡(jiǎn)稱CFBB) 是一種燃燒礦物質(zhì)燃料生產(chǎn)蒸汽的裝置。鍋爐的爐膛運(yùn)行在一種特殊的流體動(dòng)力特性下， 細(xì)顆粒被以超過(guò)平均粒徑顆粒終端速度的氣速輸送通過(guò)爐膛，同時(shí)又有足夠的顆粒返混以 保證爐膛內(nèi)的溫度分布均勻，燃料以及脫硫劑在爐膛內(nèi)多次循環(huán)，反復(fù)進(jìn)行低溫燃燒和脫 硫，從而達(dá)到燃料的高效燃燒及污染物的低排放。
[0003] 循環(huán)流化床鍋爐通常由爐膛、氣固分離器、固體物料再循環(huán)設(shè)備、外置熱交換器 等組成，與其他鍋爐相比，其主要特點(diǎn)是：1.燃料制備系統(tǒng)簡(jiǎn)單；2.鍋爐的燃燒溫度較低； 3.床料在爐膛呢內(nèi)呈流化態(tài)燃燒，大大增強(qiáng)燃燒強(qiáng)度和燃燒效率；4.獨(dú)特的物料循環(huán)系統(tǒng) 等。
[0004] 正是因?yàn)檠h(huán)流化床鍋爐的時(shí)變、非線性、多工況等特性，所以引入自適應(yīng)控制十 分自然。自適應(yīng)控制通過(guò)不斷測(cè)量系統(tǒng)的狀態(tài)、性能和參數(shù)，得到當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行指標(biāo)并與 期望指標(biāo)作比較，從而調(diào)整控制器的結(jié)構(gòu)與參數(shù)，以保證系統(tǒng)運(yùn)行在某種意義下的最優(yōu)或 者次優(yōu)狀態(tài)。自適應(yīng)控制器的這種特性就保證了當(dāng)循環(huán)流化床鍋爐對(duì)象發(fā)生時(shí)變或者變工 況時(shí)，控制器可以通過(guò)調(diào)整參數(shù)來(lái)適應(yīng)這個(gè)變化，從而保證控制效果。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005] 本發(fā)明的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，提出一種鍋爐主蒸汽壓力的自適應(yīng)預(yù) 測(cè)控制方法，因?yàn)橹髡羝麎毫εc床溫存在強(qiáng)烈的耦合關(guān)系，需要對(duì)簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型先進(jìn)行 解耦，然后進(jìn)行辨識(shí)，對(duì)主蒸汽壓力進(jìn)行自適應(yīng)控制。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種鍋爐主蒸汽壓力的自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制方法，具 體步驟包括：
[0007] (a)建立經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停焊鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)操作的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，建立主蒸汽壓力與床溫之間的耦 合關(guān)系；
[0008] (b)靜態(tài)解耦：對(duì)（a)步驟的模型進(jìn)行靜態(tài)解耦，消除兩者之間的關(guān)聯(lián)；
[0009] (c)參數(shù)辨識(shí)：對(duì)解耦之后的模型引入準(zhǔn)則，進(jìn)行模型參數(shù)的辨識(shí)；
[0010] (d)數(shù)據(jù)采樣：確定采樣時(shí)間T，采樣解耦后的主蒸汽壓力與床溫對(duì)象的單位階躍 數(shù)據(jù)；
[0011] (e)優(yōu)化計(jì)算：利用動(dòng)態(tài)矩陣算法對(duì)辨識(shí)的模型進(jìn)行計(jì)算，在線校正模型誤差。
[0012] 作為優(yōu)選，所述耦合模型是在實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中逐漸積累的，給參數(shù)辨識(shí)過(guò)程較大的范 圍與選擇，對(duì)不同工況、鍋爐等留有一定的裕量。
[0013] 作為優(yōu)選，所述解耦過(guò)程采用的時(shí)靜態(tài)解耦方式，是考慮到該方法的成熟應(yīng)用性 和效果，不同的解耦方式最終都會(huì)影響到控制效果的好壞。
[0014] 作為優(yōu)選，所述自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制是利用動(dòng)態(tài)矩陣算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，在優(yōu)化過(guò)程中需要 獲得主蒸汽壓力與床溫對(duì)象的單位階躍數(shù)據(jù)。
[0015] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過(guò)解耦主蒸汽壓力與床溫之間的耦合關(guān)系，辨識(shí)循 環(huán)流化床鍋爐的對(duì)象特性，最后通過(guò)自適應(yīng)控制方法來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)這個(gè)多參數(shù)、非線性、時(shí)變 及多變量緊密耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，使得控制效果在最優(yōu)范圍內(nèi)，有利于計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)控制與 在線校正，提高過(guò)程系統(tǒng)的反應(yīng)速度和控位精度，建模過(guò)程與控制方法具有普適性，對(duì)相關(guān) 控制過(guò)程的具有推廣意義。
[0016] 本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 【【附圖說(shuō)明】】
[0017] 圖1是本發(fā)明一種鍋爐主蒸汽壓力的自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制方法的靜態(tài)解耦的控制框 圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明一種鍋爐主蒸汽壓力的自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制方法的仿真結(jié)構(gòu)圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0019] 參閱圖1、圖2,本發(fā)明一種鍋爐主蒸汽壓力的自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制方法，具體步驟包 括：
[0020] 步驟一、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，建立主蒸汽壓力與床溫之間的耦合關(guān)系；
[0021] 步驟二、對(duì)步驟一的模型進(jìn)行靜態(tài)解耦，消除兩者之間的關(guān)聯(lián)；
[0022] 步驟三、對(duì)解耦之后的模型引入準(zhǔn)則，進(jìn)行模型參數(shù)的辨識(shí)；
[0023] 步驟四、確定采樣時(shí)間T，采樣解耦后的主蒸汽壓力與床溫對(duì)象的單位階躍數(shù)據(jù)；
[0024] 步驟五、利用動(dòng)態(tài)矩陣算法對(duì)辨識(shí)的模型進(jìn)行計(jì)算，在線校正模型誤差。
[0025] 所述耦合模型是在實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中逐漸積累的，給參數(shù)辨識(shí)過(guò)程較大的范圍與選擇， 對(duì)不同工況、鍋爐等留有一定的裕量；所述解耦過(guò)程采用的時(shí)靜態(tài)解耦方式，是考慮到該方 法的成熟應(yīng)用性和效果，不同的解耦方式最終都會(huì)影響到控制效果的好壞；所述自適應(yīng)預(yù) 測(cè)控制是利用動(dòng)態(tài)矩陣算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，在優(yōu)化過(guò)程中需要獲得主蒸汽壓力與床溫對(duì)象的單位 階躍數(shù)據(jù)。
[0026] 步驟一中，在燃燒率擾動(dòng)及汽輪機(jī)采用液壓調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，主蒸汽汽壓的動(dòng)態(tài)特性 為：
[0028] 在床溫自動(dòng)控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行的情況下，送風(fēng)量作階躍擾動(dòng)，得到的主蒸汽 壓力的廣義動(dòng)態(tài)特性為：
[0030] 在給煤量階躍擾動(dòng)下，床溫的動(dòng)態(tài)特性為：
[0032] 在送風(fēng)量擾動(dòng)下，床溫的動(dòng)態(tài)特性為：
[0034] 綜上，可以得到主蒸汽壓力與床溫的耦合傳函：
[0036] 其中，Μ為燃料量，V為送風(fēng)量，P為主蒸汽壓力，T為床層溫度。
[0037] 步驟五中，由于循環(huán)流化床鍋爐具有較大的延遲特性，而且步驟四中辨識(shí)的參數(shù) 具有一定的波動(dòng)，所以選擇了具有克服延遲與較強(qiáng)魯棒性的動(dòng)態(tài)矩陣算法，具體過(guò)程如 下：
[0038] 測(cè)定對(duì)象階躍響應(yīng)的采樣值a1= a(iT)，其中Τ為采樣周期。t N= NT之后趨于穩(wěn) 定，即aN~a( °° )，則對(duì)象動(dòng)態(tài)信息可以描述為有限集合a = {a d a2, . . . aN}，aTS模型向 量，N為建模時(shí)域。
[0040] 其中，j認(rèn)+ / μ)為k時(shí)刻對(duì)k+i時(shí)刻的預(yù)測(cè)輸出，+ f μ)為k時(shí)刻的初始 預(yù)測(cè)值。
[0044] 優(yōu)化性能指標(biāo)：
[0046] 其中q^rj為權(quán)值系數(shù)。
[0047] 向量形式之后，偏導(dǎo)
，得到：
[0049] 根據(jù)滾動(dòng)優(yōu)化的要求，則只取Δ u (k)的第一個(gè)值，BP :
[0051] 最優(yōu)通過(guò)在反饋校正獲得輸出值：
將k+Ι時(shí)刻的預(yù)測(cè)輸出與系統(tǒng)實(shí)際輸出y(k+l)比 較，構(gòu)成輸出誤差
，從而來(lái)修正未來(lái)時(shí)刻的預(yù)測(cè)輸出初值
其中>Vl認(rèn))為k時(shí)刻的預(yù)測(cè)輸出值。
[0053] 本發(fā)明工作過(guò)程：
[0054] 本發(fā)明通過(guò)解耦主蒸汽壓力與床溫之間的耦合關(guān)系，辨識(shí)循環(huán)流化床鍋爐的對(duì)象 特性，最后通過(guò)自適應(yīng)控制方法來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)這個(gè)多參數(shù)、非線性、時(shí)變及多變量緊密耦合的 復(fù)雜系統(tǒng)，使得控制效果在最優(yōu)范圍內(nèi)，有利于計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)控制與在線校正，提高過(guò)程系 統(tǒng)的反應(yīng)速度和控位精度，建模過(guò)程與控制方法具有普適性，對(duì)相關(guān)控制過(guò)程的具有推廣 意義。
[0055] 上述實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明，不是對(duì)本發(fā)明的限定，任何對(duì)本發(fā)明簡(jiǎn)單變換后 的方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鍋爐主蒸汽壓力的自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于：所述控制方法是根據(jù)主 蒸汽壓力與床溫存在強(qiáng)烈的耦合關(guān)系，先進(jìn)行解耦，然后進(jìn)行辨識(shí)，再對(duì)主蒸汽壓力進(jìn)行自 適應(yīng)控制，具體步驟包括： (a) 建立經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停焊鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)操作的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，建立主蒸汽壓力與床溫之間的耦合關(guān) 系； (b) 靜態(tài)解耦：對(duì)（a)步驟的模型進(jìn)行靜態(tài)解耦，消除兩者之間的關(guān)聯(lián)； (c) 參數(shù)辨識(shí)：對(duì)解耦之后的模型引入準(zhǔn)則，進(jìn)行模型參數(shù)的辨識(shí)； (d) 數(shù)據(jù)采樣：確定采樣時(shí)間T，采樣解耦后的主蒸汽壓力與床溫對(duì)象的單位階躍數(shù) 據(jù)； (e) 優(yōu)化計(jì)算：利用動(dòng)態(tài)矩陣算法對(duì)辨識(shí)的模型進(jìn)行計(jì)算，在線校正模型誤差。2. 如權(quán)利要求1所述的一種鍋爐主蒸汽壓力的自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于：所 述（a)步驟中，耦合模型是在實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中逐漸積累的，給參數(shù)辨識(shí)過(guò)程較大的范圍與選擇， 對(duì)不同工況、鍋爐等留有一定的裕量。3. 如權(quán)利要求1所述的一種鍋爐主蒸汽壓力的自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于：所 述（b)步驟中，解耦過(guò)程采用的時(shí)靜態(tài)解耦方式，是考慮到該方法的成熟應(yīng)用性和效果，不 同的解耦方式最終都會(huì)影響到控制效果的好壞。4. 如權(quán)利要求1所述的一種鍋爐主蒸汽壓力的自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于：所 述（d)、（e)步驟中，自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制是利用動(dòng)態(tài)矩陣算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，在優(yōu)化過(guò)程中需要獲得 主蒸汽壓力與床溫對(duì)象的單位階躍數(shù)據(jù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鍋爐主蒸汽壓力的自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制方法，具體步驟包括：(a)建立經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停航⒅髡羝麎毫εc床溫之間的耦合關(guān)系；(b)靜態(tài)解耦；(c)參數(shù)辨識(shí)：對(duì)解耦之后的模型引入準(zhǔn)則，進(jìn)行模型參數(shù)的辨識(shí)；(d)數(shù)據(jù)采樣：采樣解耦后的主蒸汽壓力與床溫對(duì)象的單位階躍數(shù)據(jù)；(e)優(yōu)化計(jì)算：利用動(dòng)態(tài)矩陣算法對(duì)辨識(shí)的模型進(jìn)行計(jì)算。本發(fā)明通過(guò)解耦主蒸汽壓力與床溫之間的耦合關(guān)系，辨識(shí)循環(huán)流化床鍋爐的對(duì)象特性，最后通過(guò)自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制方法來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)這個(gè)多參數(shù)、非線性、時(shí)變及多變量緊密耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，使得控制效果在最優(yōu)范圍內(nèi)，建模過(guò)程與控制方法具有普適性，對(duì)相關(guān)控制過(guò)程的具有推廣意義。
【IPC分類】F23C10/28, F22B35/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105276561
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510783129
【發(fā)明人】楊海霞, 黃紅林
【申請(qǐng)人】黃紅林
【公開(kāi)日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2015年11月16日