一種燃煤鍋爐蒸汽溫度的分?jǐn)?shù)階自整定控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種燃煤鍋爐蒸汽溫度的分?jǐn)?shù)階自整定控制方法。它屬于自動控制領(lǐng)域，特別涉及一種基于分?jǐn)?shù)階模型的自整定控制方法。包括以下步驟：以采樣間隔T對當(dāng)前時(shí)刻t的蒸汽溫度信號和調(diào)節(jié)量信號采樣，并記錄到歷史數(shù)據(jù)庫；計(jì)算控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)；確定是否更新控制器參數(shù)；從歷史數(shù)據(jù)庫中獲取建模數(shù)據(jù)序列；采用成熟的群智能算法優(yōu)化得到被控系統(tǒng)的分?jǐn)?shù)階數(shù)學(xué)模型；采用成熟的群智能算法優(yōu)化控制器參數(shù)；最后計(jì)算控制器輸出，施加到被控對象。本發(fā)明適合燃煤鍋爐蒸汽溫度系統(tǒng)的數(shù)字控制，具有步驟明確、概念清晰、魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)，無需對控制對象做專門的擾動試驗(yàn)，也不需要在控制信號中加入偽隨機(jī)序列，能夠明顯提高蒸汽溫度的調(diào)節(jié)品質(zhì)。
【專利說明】一種燃煤鍋爐蒸汽溫度的分?jǐn)?shù)階自整定控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃煤鍋爐蒸汽溫度的控制方法，具體是一種用于燃煤鍋爐蒸汽溫度調(diào)節(jié)的分?jǐn)?shù)階自整定控制方法，屬于自動控制【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]雖然風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電，以及核能發(fā)電和水力發(fā)電等新能源發(fā)電技術(shù)近年來取得了顯著的技術(shù)進(jìn)步，并得到廣泛的應(yīng)用，但是燃煤鍋爐發(fā)電機(jī)組仍然是我國相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)的主力發(fā)電方式。燃煤鍋爐發(fā)電廠的蒸汽溫度(包括過熱蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度)需要維持在相當(dāng)精度的范圍，溫度過高會大大影響機(jī)組的使用壽命，溫度過低又會大大降低鍋爐效率。同時(shí)即使溫度被控制在設(shè)計(jì)值附近但頻繁波動，也同樣會影響機(jī)組的使用壽命以及無謂的消耗能源。因此嚴(yán)格控制蒸汽溫度在設(shè)計(jì)值附近是延長機(jī)組使用壽命、提高鍋爐效率的重要手段之一。
[0003]經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的公開文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，A.Sanchez-Lopez, G.Arroyo-Figueroa,A.Villavicencio-Ramirez.Advanced control algorithms for steam temperatureregulation of thermal power plants.Electrical Power and Energy Systems,2004，26:779 - 785 (熱力發(fā)電廠蒸汽溫度調(diào)節(jié)的先進(jìn)控制算法，國際期刊:電力與能源系統(tǒng)，2004，26:779 - 785)，雖然使用了先進(jìn)的動態(tài)矩陣控制和模糊控制算法可以在一定程度上改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，但是對于蒸汽溫度系統(tǒng)，其特性隨機(jī)組發(fā)電負(fù)荷的變化而變化，固定參數(shù)的控制器很難適應(yīng)所有運(yùn)行工況。文獻(xiàn)(王萬召，趙興濤，宋艷萍.模糊RBF自整定PID控制器在過熱汽溫控制中應(yīng)用.電力自動化設(shè)備，2007,27(11):48-50)以及文獻(xiàn)(李致遠(yuǎn).基于單神經(jīng)元自適應(yīng)PID的過熱汽溫控制系統(tǒng)研究.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2010，23 (8): 65-66)，采用了控制器參數(shù)的自整定(自適應(yīng))技術(shù)，在一定程度上可以使控制器適應(yīng)蒸汽溫度系統(tǒng)特性隨機(jī)組發(fā)電負(fù)荷以及各種擾動的變化，但是由于蒸汽溫度系統(tǒng)本質(zhì)上具有嚴(yán)重的分布參數(shù)特性，在控制系統(tǒng)的屬性描述上表現(xiàn)為分?jǐn)?shù)階微分方程和分?jǐn)?shù)階傳遞函數(shù)，采用常規(guī)的整數(shù)階控制則不能得到很好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。
[0004]因此，本發(fā)明基于分?jǐn)?shù)階微積分理論，采用分?jǐn)?shù)階模型和分?jǐn)?shù)階控制器以及現(xiàn)代智能優(yōu)化技術(shù)，提供一種新的燃煤鍋爐蒸汽溫度的自整定控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于分?jǐn)?shù)階模型、用于燃煤鍋爐蒸汽溫度調(diào)節(jié)的自整定控制方法，所發(fā)明的自整定控制方法能適用于各種燃煤鍋爐蒸汽溫度的自動調(diào)節(jié)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是根據(jù)以下步驟實(shí)現(xiàn)的:
步驟(I).以采樣間隔T對當(dāng)前時(shí)刻t的蒸汽溫度信號y(t)和調(diào)節(jié)量(一般為減溫水)信號u(t)采樣，并記錄到歷史數(shù)據(jù)庫；
步驟(2).計(jì)算反映控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)效果的均方誤差性能指標(biāo)J(t)；
步驟(3).確定是否更新控制器參數(shù)，如果是則進(jìn)入步驟(4)，否則轉(zhuǎn)步驟(7)；步驟(4).從歷史數(shù)據(jù)庫中獲取建模數(shù)據(jù)列；
步驟(5).采用成熟的群智能優(yōu)化算法優(yōu)化得到被控系統(tǒng)的分?jǐn)?shù)階數(shù)學(xué)模型；
步驟(6).采用成熟的群智能優(yōu)化算法優(yōu)化控制器參數(shù)；
步驟(7).計(jì)算控制器輸出，施加到被控對象，返回步驟(1)繼續(xù)下一次采樣；
其中所述蒸汽溫度信號為過熱蒸汽溫度或再熱蒸汽溫度，所述調(diào)節(jié)量為減溫水。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟(1)中采樣間隔T 一般取5~20秒。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟(2)中反映控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)效果的均方誤差性能指標(biāo)J(t)是在過去一段時(shí)間內(nèi)被控變量蒸汽溫度y與期望值R的均方差，即
【權(quán)利要求】
1.一種燃煤鍋爐蒸汽溫度的分?jǐn)?shù)階自整定控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:以采樣間隔T對當(dāng)前時(shí)刻t的蒸汽溫度信號y(t)和調(diào)節(jié)量信號u (t)采樣，并記錄到歷史數(shù)據(jù)庫； 步驟2:計(jì)算反映控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)效果的均方誤差性能指標(biāo)J (t)； 步驟3:確定是否更新控制器參數(shù)，如果是則進(jìn)入步驟4，否則轉(zhuǎn)步驟7 ； 步驟4:從歷史數(shù)據(jù)庫中獲取建模數(shù)據(jù)列； 步驟5:采用成熟的群智能算法優(yōu)化得到被控系統(tǒng)的分?jǐn)?shù)階數(shù)學(xué)模型； 步驟6:采用成熟的群智能算法優(yōu)化控制器參數(shù)； 步驟7:計(jì)算控制器輸出，施加到被控對象，返回步驟I繼續(xù)下一次采樣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃煤鍋爐蒸汽溫度的分?jǐn)?shù)階自整定控制方法，其特征在于，所述步驟I中采樣間隔T 一般取5~20秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃煤鍋爐蒸汽溫度的分?jǐn)?shù)階自整定控制方法，其特征在于，所述步驟2中反映控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)效果的均方誤差性能指標(biāo)J(t)是在過去一段時(shí)間內(nèi)被控變量蒸汽溫度I與期望值R的均方差，即
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃煤鍋爐蒸汽溫度的分?jǐn)?shù)階自整定控制方法，其特征在于，所述步驟3中是否更新控制器參數(shù)的依據(jù)是性能指標(biāo)J(t)是否達(dá)到給定的某個(gè)閾值J。，如果J(t) SJtl，則需要更新控制器參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃煤鍋爐蒸汽溫度的分?jǐn)?shù)階自整定控制方法，其特征在于，所述步驟4中建模數(shù)據(jù)列一般取最近時(shí)間段內(nèi)的200~600組數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃煤鍋爐蒸汽溫度的分?jǐn)?shù)階自整定控制方法，其特征在于，所述步驟5和步驟6中群智能算法是混合微分進(jìn)化與量子粒子群算法。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃煤鍋爐蒸汽溫度的分?jǐn)?shù)階自整定控制方法，其特征在于，所述步驟5中被控系統(tǒng)的分?jǐn)?shù)階數(shù)學(xué)模型是基于分?jǐn)?shù)階微積分理論得到的如下形式的分?jǐn)?shù)階傳遞函數(shù)
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃煤鍋爐蒸汽溫度的分?jǐn)?shù)階自整定控制方法，其特征在于，所述步驟6中控制器為如下形式的分?jǐn)?shù)階控制器
【文檔編號】G05D23/30GK103576553SQ201310541805
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】王東風(fēng), 牛成林, 劉千, 江溢洋 申請人:華北電力大學(xué)（保定）