工业锅炉是一个比较复杂的工业设备,有几十个测量参数,控制参数和扰动参数,它们之间相互作用,相互影响,存在明显的或不明显的复杂因果关系,而且测控参数也经常变化,存在 的非线性特性,这 都为锅炉的控制增加了难度。过去,我国工业锅炉(特别是燃煤锅炉)产品设计和制造往往是重锅炉本体而轻燃烧和控制设备,很多锅炉所配置的运行监测仪表不全,尤其缺少显示锅炉经济运行参数的仪表。因此,运行人员在调整锅炉时,往往由于缺少数据,不能对锅炉的运行状况随时做出准确判断并实行相应的运行调整,使锅炉处于 佳工况运行。控制水平很低,很多锅炉仍为位式或开环控制,没有实现连续闭环控制,不能根据外界变化调节锅炉运行状态,无法使锅炉运行较快地适应工况的变动和处于持续稳定状态,锅炉运行效率的和提高受到了限制。80年代中后期,随着的控制技术引入我国的锅炉控制以来,锅炉的计算机控制了很大的发展。至90年代,锅炉的自动化控制已成为一个热门,利用单片机、可编程序控制器、工业计算机以及引进的控制设备的各种控制系统,己逐渐用于对原有锅炉的技术改造中,并向新建炉体配套的方向发展,许多新的控制方法,诸如 优控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制等自动控制的 新成果也在锅炉自动控制中了尝试和应用。但由于控制技术单一,或控制算法的建模往往不能反映真实的锅炉状况,导致在工程实践中并不怎么成功,不能产生很好的经济效益,挫伤了用户在工业锅炉上用计算机进行控制的积极性。因此提高锅炉控制技术水平成为提高锅炉效率的重要手段之一。
如今在,锅炉的控制己基本实现了计算机自动控制,在控制方法上大都采用了现代控制理论中的 优控制、多变量频域、模糊控制等方法,因此,锅炉的热效率较高、锅炉运行平稳,而且减少了对环境的污染。
目前,锅炉控制的难点主要集中在汽包水位控制和燃烧过程控制,而锅炉各种控制策略的研究工作也主要围绕这两个方面展开。虽然控制与工程的学者对工业锅炉的控制策略作出了深入的研究,取得了一些成果,但仍存在一些问题。
文献《具有强鲁棒性、适用于锅炉等复杂过程控制的新型算法库 》采用自校正控制器分别控制主汽压力和水位,并且对外扰加入前馈控制。控制通道中考虑饱和非线性、死区非线性。系统特点是:自校正控制器对于那些存在着随机干扰、输入响应有滞后、过程特性具有 非线性的复杂对象有很好的控制效果。缺点是自校正控制器的算法比较复杂。
文献《CFB锅炉汽包水位的专家PID控制 》提出将专家控制系统应用到汽包水位的控制,这是一个专家系统与实时控制协调的实时控制系统。根据水位偏差、负荷变化及变化率或母管压力的变化由专家系统根据规则选用合适的PID参数。该系统特点是:PID控制器的参数并非固定,而是根据水位系统所处动态环境的不同,仿专家经验选取较合适的控制参数。这种控制参数随动态不同而改变的策略显然会控制品质;控制参数事先根据专家经验离线整定完毕。实时控制中,专家控制器只是根据对象的模糊化信息通过规则进行选取,这种方法虽然在精度上比实时整定保守,但它 ,且实时性强,没有参数整定时间。该系统不足的地方是 地确定对象模型,但操作者经验不易 描述,控制过程中各种信号量以及评价指标不易定量表示。
文献《基于专家系统的锅炉燃烧系统优化控制 》针对燃煤锅炉系统的特点,根据炉膛温度 能反映煤的燃烧热效率, 的煤量燃烧 充分时其温度也 高的原理,提出了一种由专家控制系统根据不同的燃烧工况提供 佳鼓风量方法,专家系统瓶颈问题的知识获取则由改进遗传算法优化完成。为了避免作为随机搜索的遗传算法在搜索过程中引起鼓风量的混乱,寻优过程离线进行,寻优结果数据提供给专家系统, 后由专家系统提供 佳鼓风量。但应看到,由于在专家系统中人的知识与经验是 的,所以系统受到人的知识与经验是否丰富、合理的限制,这对于完善整个系统是很大的障碍。
文献《Application of nonlinear model-based predictive control to fossil power plants》了燃煤锅炉多变量、非线性模型预测控制系统,涉及机理、非线性降阶模型,抓住了锅炉的主要静态和动态特性。模型用于预测过程的响应,模型参数用预测误差方法或非线性 小二乘法。该模型用Kalman滤波器实时估计过程状态,估计的状态用于预测,从而计算 优控制序列。但是运算比较繁琐,很难其实用性。
锅炉系统是一个多参数、多回路、非线性、大滞后、强藕合的控制系统,加上其蒸汽负荷变化的随机性,用传统的控制方法不能达到理想的控制效果。但是一些熟练的操作人员、锅炉专家却能得心应手的进行手动控制,这就给基于知识规则的模糊控制的应用提供了广阔的空间,因为模糊控制是一种模拟人的思维的控制方法,它不要求受控对象的数学模型,能解决大量常规控制难以解决的控制难题。因此,将模糊控制应用于锅炉的控制系统,具有较强的理论与实践意义。