基于智能轨迹导引算法的锅炉燃烧控制研究

摘要

为确保大量的中小型工业锅炉能够高效经济的安全运行，其燃烧控制系统的设计尤为重要。针对燃煤蒸汽锅炉，其燃烧控制的主要被控参数包括汽包压力和风煤配比和炉膛负压等。因各控制回路间相互耦合，工艺过程的大滞后和非线性以及工况的多变使得控制系统的设计必须统筹考虑。虽然PID控制算法在工业上广泛应用，但其难以兼顾静态特性与动态指标，常由于超调过大、积分饱和、未能很好的实时匹配被控系统特性而导致运行崩溃。因为汽包压力调节过程具有时变性、滞后性、多变量耦合等难点，目前众多燃煤蒸汽锅炉的汽包压力普遍是采用手动控制。
　　欲有效提高锅炉系统的自控投运率，研制了一种改进后的控制算法:ITGC(Intelligent Track Guiding Control)——智能轨迹导引控制。以一阶惯性环节作为过渡过程的参考模型，将传统的“目标控制”转换为“过程控制”。分别测取模型与被控对象间的位置差和速度差，加权组合为增量式控制方程，实现被控参数平滑跟随导引曲线到达设定值。ITGC物理意义清晰，操作简便，可有效克服传统PID控制器在阶跃给定初期阶段因为偏差过大导致输出过大，以及在实际工业控制过程中存在的积分饱和。
　　在SZL15-1.25-AⅡ卧式燃煤蒸汽锅炉的汽包压力控制中采用ITGC控制算法，设定汽包压力给定值为0.33Mpa，经足够长的时段和多工况条件下的运行验证，自动控制可满足工艺要求，且实现ITAE（时间与绝对偏差乘积积分）指标为7.44优于手动控制下的26.58，仅是后者的28％。在整个调节过程中，给煤与炉排回路、鼓风与引风回路等各控制回路按照不同的设定算法协同输出，实现锅炉燃烧控制系统的稳定运行。整套算法不仅可应用在锅炉系统中，也可推广到其他的流程工业控制中，实现稳、准、快的控制目标，具有较强的工程参考价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 锅炉燃烧控制的研究现状

1．3 本文所要研究和讨论的问题和方法

1．4 本章小结

第2章 智能轨迹导引控制算法

2．1 从PID到ITGC

2．2 智能轨迹导引控制算法

2．2．1 ITGC算法的原理

2．2．2 ITGC算法的实现

2．2．3 ITGC各参数意义

2．3 ITGC算法参数整定的研究

2．3．1 数学模型建立方法

2．3．2 参数T的整定

2．3．3 参数AP、AV的整定

2．4 本章小结

第3章 ITGC的模拟仿真与温度实验

3．1 ITGC算法模拟仿真

3．1．1 阶跃实验

3．1．2 扰动实验

3．2 ITGC温控实验

3．2．1 硬件设备

3．2．2 ITGC温控实验

3．3 鲁棒性研究

3．3．1 变T

3．3．2 变AP

3．3．3 变AV

3．4 本章小结

第4章 燃烧控制系统的分析与设计

4．1 锅炉的工作过程

4．2 燃烧控制系统的任务

4．2．1 维持汽包压力

4．2．2 维持炉排与给煤比

4．2．3 维持风煤配比

4．2．4 维持炉膛负压

4．3 燃烧控制系统的设计

4．3．1 汽包压力控制回路

4．3．2 炉排给煤控制回路

4．3．3 风煤配比控制回路

4．3．4 炉膛负压控制回路

4．4 本章小结

第5章 锅炉燃烧控制系统的应用

5．1 供热信息管理系统

5．2 手动控制与自动控制

5．2．1 手动控制

5．2．2 自动控制

5．2．3 手自动控制比较

5．3 汽包压力阶跃实验

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢