1、CHENGNANCOLLEGEOFCUST毕业设计（论文）题目500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计学生姓名学号班级热自0902班专业自动化（热工过程）指导教师2013年6月500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计学生姓名学号班级热自0902班所在院系能动汽机系指导教师完成日期2013年6月城南学院毕业设计（论文）任务书能动汽机系自动化（热工自动化）专业0902班题目500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计任务起止日期年月日年月日学生姓名学号指导教师教研室主任2013年2月18日审查院长2013年3月1日批准一、毕业设计（论文）任务课题内容针对500T/HCFB
2、炉膛负压控制要求，设计锅炉炉膛负压仿人智能控制系统，设计内容主要有1针对炉膛负压控制要求，设计炉膛负压控制系统总体方案。2选择所需的控制设备，画出设备主要接线图。3根据炉膛负压控制要求，设计仿人智能控制算法。4设计实现控制任务的程序结构。5利用MATLAB建立仿真模型，研究控制算法的性能，并与常规PID控制进行比较。课题任务要求1熟悉CFB锅炉工作原理，了解实际运行中炉膛负压控制的重要性。2设计的炉膛负压控制方案要求合理可行。3所选择的控制设备必须可靠性高，技术先进，最好列出具体生产厂家，型号等。4根据控制要求设计的控制算法必须科学，列出详细设计及推导过程。5选择目前通用的开发语言平台，设计实
3、现控制任务的程序结构框图。6利用MATLAB建立控制系统仿真模型，从稳定性，鲁棒性，抗干扰等方面研究所设计控制算法的控制效果如何，并与常规PID控制进行比较。7根据设计要求收集相关文献资料，在设计初始阶段，翻译一篇与课题相关的外文文献，并撰写开题报告。8设计完成后，按学校要求提交合格的毕业设计论文，并完成答辩。课题完成后应提交的资料（或图表、设计图纸）1外文翻译（原文，译文）2开题报告3毕业论文4仿真程序5仿真曲线图主要参考文献与外文翻译文件（由指导教师选定）1文武循环流化床锅炉床温动态建模与仿真厦门大学学报自然科学版，2006年第1期。2吴庆彬。循环流化床的模糊控制。南京工业大学硕士论文，2
4、004年。3刘彬专家模糊控制在锅炉床温控制中的应用电气传动自动化，2005年第4期4岑可法，倪明江，骆仲涣等循环流化床锅炉理论、设计与运行北京中国电力出版社，1997。5边立秀循环流化床锅炉床温控制建模与仿真华北电力大学学报，2003年第1期。6POSTGOLDTHWAITEBEMPIRICALCOMPARISONOFMETHODSOFFUZZYRELATIONALIDENTIFICATION,IEEPROCEEDING1991，1383。7CHICHENANALYSISANDDESIGNOFFUZZYCONTROLSYSTEMFUZZYSETSANDSYSTEMS1993,57125140。
5、8胡章军仿人智能控制算法研究青岛科技大学硕士论文，2006年。9徐军。循环流化床锅炉的优化控制江南大学硕士论文，2006年。10HONGYUEAPPLICATIONOFFUZZYALGORITHMININVENTORYCONTROLENGINEERINGSCIENCES,20063NO3同组设计者注1此任务书由指导教师填写。如不够填写，可另加页。2此任务书最迟必须在毕业设计（论文）开始前一周下达给学生。3此任务书可从教务处网页表格下载区下载二、毕业设计（论文）工作进度计划表序号毕业设计（论文）工作任务工作进度日程安排周次12345678910111213141516171819201资料收集2
6、外文翻译3撰写开题报告4总体方案设计5控制算法设计6算法仿真研究7毕业论文撰写8答辩准备，答辩910注1此表由指导教师填写；2此表每个学生人手一份，作为毕业设计（论文）检查工作进度之依据；3进度安排请用“一”在相应位置画出。三、学生完成毕业设计（论文）阶段任务情况检查表时间第一阶段第二阶段第三阶段内容组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况检查记录教师签字签字日期签字日期签字日期注1此表应由指导教师认真填写。阶段分布由各学院自行决定。2“组织纪律”一档应按长沙理工大学学生学籍管理实施办法精神，根据学生具体执行情况，如实填写。3“完成任务情况”一档应按学生是否按进度保质保量完
7、成任务的情况填写。包括优点，存在的问题与建议4对违纪和不能按时完成任务者，指导教师可根据情节轻重对该生提出忠告并督促其完成。四、学生毕业设计（论文）装袋要求1毕业设计（论文）按以下排列顺序印刷与装订成一本（撰写规范见教务处网页）。1封面2扉页3毕业设计（论文）任务书4中文摘要5英文摘要6目录7正文8参考文献9致谢10附录（公式的推演、图表、程序等）11附件1开题报告（文献综述）12附件2译文及原文影印件2需单独装订的图纸（设计类）按顺序装订成一本。3修改稿（经、管、文法类专业）按顺序装订成一本。4毕业设计论文成绩评定册一份。5论文电子文档由各学院收集保存。学生送交全部文件日期学生（签名）指导教
8、师验收（签名）500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计摘要近几年来，循环流化床锅炉简称CFB在热电厂得到广泛应用，在业界掀起了CFB锅炉热潮。在市场需求的带动下，国内CFB锅炉的大型化已取得长足进展，形成了500T/HL50MW及以下多个容量等级CFB锅炉的设计制造能力。CFB锅炉燃料适应能力强、环保性能佳和负荷调节范围宽等优点已广为人知。但经过长期的运行实践，人们更加体会到CFB锅炉控制的难度和控制策略的重要性。此次课题为研究500T/HCFB锅炉锅炉炉膛负压控制系统，利用传统的PID控制器与模糊控制结合仿人智能控制的方法设计出的控
9、制系统，使其更加适合发电过程中的非线性和不确定性，从而控制锅炉炉膛负压在适当范围内，进而保证锅炉的稳定燃烧。通过MATLAB建立传统PID控制器和仿人智能控制器的仿真模型，通过仿真结果证明仿人智能PID控制器相对于传统PID控制器具有鲁棒性强、易于整定、控制输出平稳、可调参数少的独特优点，对电厂生产过程中锅炉炉膛负压具有较好的调节能力，适用于大滞后且要求平稳控制输出的电厂生产过程。关键词循环流化床锅炉；锅炉炉膛负压控制；PID控制器；模糊控制；仿人智能控制；MATLAB仿真模型500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计500T/HCFBBOILERFURNACENEGATIVEPRES
10、SUREHUMANSIMULATEDINRELLIGENTCONTROLSYSTEMDESIGNABSTRACTINRECENTYEARS,THECIRCULATINGFLUIDIZEDBEDBOILERCFBHASBEENWIDELYUSEDINTHERMALPOWERPLANT,SETOFFACFBBOILERBOOMINTHEINDUSTRYDRIVENBYMARKETDEMAND,THEDOMESTICLARGESCALECFBBOILERHASMADECONSIDERABLEPROGRESS,FORMINGA500T/HL50MWANDANUMBEROFCAPACITYLEVELSC
11、FBBOILERDESIGNANDMANUFACTURINGCAPABILITIESTHECFBBOILERFUELADAPTABILITY,GOODENVIRONMENTALPERFORMANCEANDAWIDERANGEOFLOADREGULATIONISWELLKNOWNAFTERALONGRUNPRACTICE,PEOPLEREALIZEEVENMORETHECFBBOILERCONTROLTHEDIFFICULTYANDTHEIMPORTANCEOFTHECONTROLSTRATEGYTHESUBJECTSFORTHESTUDYOF500T/HCFBBOILERBOILERFURNA
12、CENEGATIVEPRESSURECONTROLSYSTEM,THEUSEOFTRADITIONALPIDCONTROLLERANDFUZZYCONTROLCOMBINEDWITHSIMULATEDINTELLIGENTCONTROLMETHODFORTHEDESIGNOFTHECONTROLSYSTEM,TOMAKEITMORESUITABLEFORTHENONLINEARITYINTHEPOWERGENERATIONPROCESSANDUNCERTAINTYBOILERFURNACE,THEREBYCONTROLLINGTHENEGATIVEPRESSUREWITHINTHEAPPROP
13、RIATERANGE,THUSENSURINGSTABLECOMBUSTIONOFTHEBOILERTHROUGHMATLABTOESTABLISHTHETRADITIONALPIDCONTROLLERANDTHESIMULATIONMODELOFHUMANSIMULATEDINTELLIGENTCONTROLLER，INTELLIGENTPIDCONTROLLERHASBEENPROVEDBYTHESIMULATIONRESULTSCOMPAREDWITHTHETRADITIONALPIDCONTROLLERWITHSTRONGROBUSTNESS,EASYSETTING,STABLECON
14、TROLOUTPUT,THEDISTINCTADVANTAGEOFTHELESSADJUSTABLEPARAMETERSFORPOWERPLANTBOILERFURNACENEGATIVEPRESSUREDURINGTHEMANUFACTURINGPROCESSHASGOODADJUSTMENTABILITY,ISSUITABLEFORTHELARGELAGANDREQUIREASMOOTHCONTROLOUTPUTOFTHEPOWERPLANTOFTHEPRODUCTIONPROCESS500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计KEYWORDSCIRCULATINGFLUIDIZED
15、BEDBOILERTHEBOILERFURNACENEGATIVEPRESSURECONTROLPIDCONTROLLERFUZZYCONTROLSIMULATEDINTELLIGENTCONTROLMATLABSIMULATIONMODEL500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计目录1绪论错误未定义书签。11课题背景及目的错误未定义书签。12国内外研究状况错误未定义书签。13研究的内容及要求错误未定义书签。14设计难点及解决手段错误未定义书签。2仿人智能控制系统的原理及特点错误未定义书签。21仿人智能控制的原理错误未定义书签。211仿人智能控制的基本思路错误未定义书签。212仿人智
16、能行为的特征变量错误未定义书签。22仿人智能控制与PID控制相结合错误未定义书签。221PID控制的原理错误未定义书签。242仿人智能PLD控制器错误未定义书签。23仿人智能控制系统的设计方法错误未定义书签。231被控对象的“类等效”简化模型错误未定义书签。232被控对象的模型处理错误未定义书签。24仿人智能控制算法研究错误未定义书签。241仿人比例控制算法错误未定义书签。242仿人积分控制算法错误未定义书签。243仿人智能控制器算法模型错误未定义书签。3500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计错误未定义书签。31500T/HCFB锅炉炉膛负压控制系统的简介错误未定义书签。311炉膛
17、压力控制系统简介错误未定义书签。312炉膛压力的测量错误未定义书签。313炉膛压力控制的主要功能错误未定义书签。32炉膛负压控制的方案设计错误未定义书签。500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计321炉膛负压控制系统方框原理图错误未定义书签。322控制对象的要求错误未定义书签。4系统仿真实验错误未定义书签。41利用MATLAB建立仿真模型错误未定义书签。42仿真结果对比图错误未定义书签。421炉膛负压控制系统无干扰时的仿真研究错误未定义书签。422炉膛负压控制系统有干扰时的仿真研究错误未定义书签。参考文献错误未定义书签。致谢错误未定义书签。1附件一（开题报告）32附件二（外文文献）3
18、8500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第1页共47页1绪论11课题背景及目的电力工业是我国的国民经济发展的基础产业，在我国，电力生产主要以燃煤火力发电为主，但燃煤发电的直接污染较大，特别是SO2、NOX等有毒物质的排放。其中，SO2的排放是造成酸雨的主要原因，为了通过炉内燃烧技术的改进，降低SO2、NOX排放量，我国从60年代起开始对循环流化床锅炉进行研究，并在90年代以后和外国公司联合研究并取得了较大有发展，现在循环流化床锅炉已发展成熟并在全国广泛应用。保护环境，节约能源是各个国家长期发展首要考虑的问题，循环流化床锅炉正是基于这一点而发展起来，其高可靠性，高稳定性，高可利用率，
19、最佳的环保特性以及广泛的燃料适应性，越来越受到广泛关注，完全适合我国国情及发展优势1。循环流化床锅炉（CIRCULATINGFLUIDIZEDBEDBOILER,CFB）作为近年来在国际上发展起来的新一代高效、低污染清洁燃烧锅炉，具有燃料适应性广、负荷调节性能好、灰渣综合利用等优点，因此在电力、城市供热、工厂蒸汽生产中得到越来越广泛的应用。但由于循环流化床锅炉的燃烧及汽水变化过程十分复杂，受影响的因素多，给煤、一、二次风，返料耦合性强，而且燃烧与汽水也存在复杂的耦合关系。此外，过程的非线性和大滞后也使对象更加复杂，难于建立精确的数学模型，这样对控制就提出了更为严格的要求。这包括两层意义一是控制
20、系统要有很高的可靠性；二是控制方案要有很好的控制实效。基于这样两点，CFB锅炉一般都选择先进的DCS控制系统，特别是运用先进的控制方案能够实现锅炉燃烧的完全自控2。12国内外研究状况目前国内火力发电厂锅炉风机大部分采用拖动电动机，其中95左右为交流异步电动机直接拖动，恒速运行。随着电力经济的发展等，使电厂中的锅炉风机在运行中出现了裕量较大的问题，另外根据电网调峰的需要，机组长时间处于低500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第2页共47页负荷运行状态，使锅炉的送、吸风机长期处于低参数下运行，对厂用电率造成一定影响。目前国内直属发电厂锅炉风机配备的电动机以1MW左右居多，大部分都是采用
21、恒速运行，造成很大的浪费。根据节能工作的要求，其中有个别发电厂已考虑或试用风机调速运行，解决目前风机运行中出现裕量过大的问题。风机调速有几种方案，其中，应用最多的是变频器技术，或加装液力偶合器装置。此外，过程的非线性和大滞后也使对象更加复杂，难于建立精确的数学模型，这样对控制就提出了更为严格的要求。这包括两层意义一是控制系统要有很高的可靠性；二是控制方案要有很好的控制实效。基于这样两点，CFB锅炉一般都选择先进的DCS控制系统，特别是运用先进的控制方案能够实现锅炉燃烧的完全自控。随着我国的电力工业的不断发展，作为火电厂重要设备的锅炉己走向大型化，锅炉控制系统也日趋复杂。系统的藕合性、时变性、非
22、线性等特点显得更加突出，锅炉系统生产过程需要监视的内容也越来越多，过程控制的任务愈来愈重，锅炉系统的运行与操作要求更为严格。早期在火电厂采用的人工控制或简单的仪表单回路调节系统己很难满足发电厂锅炉运行的要求。生产自动化方式逐渐不能适应时代的发展，锅炉控制系统的自动化面临着严峻的挑战。然而另一方面，计算机技术正在不断的发展、现代控制理论也在不断完善并应用。将上述两项技术相结合的自动控制技术应用于火电厂锅炉燃烧控制系统中，将会有效地提高火电厂的自动化水平，满足锅炉工艺发展的要求。安全可靠是机组运行的首要要求，特别是对大容量机组更是具有重要的意义。随着机组容量的增大，热力系统越来越复杂，需要监视、控
23、制的项目显著增多。靠人来监视和操作，不仅劳动强度大，而且很难胜任，同时极易因误操作而造成事故，所以必须采用自动化仪表来完成监视和操作。检测装置能把机组的运行状态随时报告给人和调节装置；自动调节装置能简化操作步骤和减少操作数量，避免误操作；保护装置能在机组运行发生异常或运行参数超过允许值时进行报警，避免、限制、处理事故。因此，模糊控制系统的应用使锅炉运行的可靠性得到了进一步的提高。在世界范围内，由于能源危机和剧烈的市场竞争，对节约能源和减少燃料消耗的要求不断提高，环境保护和文明生产的的呼声日益高涨。对锅炉的控制系统进行优化，不但可以减少事故停机的损失和检修费用，还可以有效提高热效率，降低供电热耗
24、和煤耗。机组还可实现自启停，可缩短启停时间，因而使各种热损失及工质损失都大为减少。通500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第3页共47页过采用自动装置和监控手段可以减少运行人员，有效地提高劳动生产率，因为在机组自启停阶段，不需要临时增加运行人员协助操作和抄表。实现生产过程自动化，可使运行人员从繁忙的体力劳动和紧张的精神负担中解脱出来，值班员除在机组启停时有些操作外，正常运行时只需要在控制室内集中监视主设备及自动化仪表的运行情况2。13研究的内容及要求针对500T/HCFB炉膛负压控制要求，设计锅炉炉膛负压仿人智能控制系统，设计内容主要有1针对炉膛负压控制要求，设计炉膛负压控制系统总
25、体方案。2选择所需的控制设备，画出设备主要接线图。3根据炉膛负压控制要求，设计仿人智能控制算法。4设计实现控制任务的程序结构。5利用MATLAB建立仿真模型，研究控制算法的性能，并与常规PID控制进行比较。14设计难点及解决手段设计重点1熟悉CFB锅炉工作原理，了解实际运行中炉膛负压控制的重要性。2设计的炉膛负压控制方案要求合理可行。3所选择的控制设备必须可靠性高，技术先进，最好列出具体生产厂家，型号等。4根据控制要求设计的控制算法必须科学，列出详细设计及推导过程。设计难点A选择目前通用的开发语言平台，设计实现控制任务的程序结构框图。B利用MATLAB建立控制系统仿真模型，从稳定性，鲁棒性，抗
26、干扰等方面研究所设计控制算法的控制效果如何，并与常规PID控制进行比较。采用的手段设计以CFB锅炉炉膛负压为研究对象，通过对炉膛负压的调节，使炉膛负压控制在最佳压力范围，通过查阅相关资料结合自己所学知识，在老师的指导下设计出符合要求的炉膛负压控制系统总体方案，画出总体设计图，设计500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第4页共47页控制算法和控制过程程序结构，通过MATLAB仿真模型研究所设计控制算法的性能，得出其相对一般控制器的优势所在。500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第5页共47页2仿人智能控制系统的原理及特点21仿人智能控制的原理211仿人智能控制的基本思路传
27、统的PID控制是一种反馈控制，存在着按偏差的比例、积分和微分三种控制作用。比例偏差一产生，控制器就有控制作用，使被控量想偏差减小的方向器控制作用的强弱取决于比例系数KP积分它能对偏差进行记忆并积分，有利于消除静差，但作用太强，既会是控制的动态性能变差，以至使系统不稳定。微分能敏感出偏差的变化趋势，TO大可加快系统响应（使超调减小），使系统抑制干扰的能力降低。下面来分析一下PID控制中的三种控制作用的是指以及他们的功能与人的控制思维的某种智能差异，从而看出控制规律的智能化发展趋势。1）比例；PID中实质是一种线性放大或缩小的作用，它类似于人的想象能力，可以把一个量想得大一些或小一些，但人的想象力
28、是非线性的是变的，可根据情况灵活变化。2）积分作用对偏差信号的记忆功能（积分），人脑的记忆功能是人类的一种基本智能，人脑的记忆是具有某种选择性的。可以记住有用的信息，而遗忘无用或长时间的信息，而PID中的积分是不加选择的长期记忆，其中包括对控制不利的信息，同比PID中不加选择的积分作用缺乏智能性。3）微分体现了信号的变化趋势，这种作用类似于人的预见性，但PID中的微分的预见性缺乏人的远见卓识，且对变化快的信号敏感，对变化慢的信号预见性差仿人智能控制的基本思想是指在控制过程中利用计算机模拟人的控制行为能力，最大限度的识别和利用控制系统动态过程所提供的特征信息进行启发和直觉推理，从而实现对缺乏精确
29、数学模型的对象进行有效的控制4。500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第6页共47页212仿人智能行为的特征变量对系统动态特征的模式识别，主要是对动态模式的分类，根据系统偏差E及偏差变化E以及由它们相应的组合的特征变量来划分动态特征模式，通过这些特征模式刻画动态系统的动态行为特征，以便作为智能控制决策的依据。图21系统的典型阶跃响应曲线图21给出了一个系统的典型阶跃响应曲线，曲线上A,B,F三处的系统输出是一样的，但他们的动态特征是不同的，A处偏差将继续偏离平衡状态，B处偏差将回归平衡状态，F处偏差达到最大值。为了更全面，更细致的刻画系统的动态特征，定义下列特征变量。偏差EN（EN
30、表示偏离的大小，称为离散数）ENRNY2）偏差变化ENENENEN13）ENEN偏差及偏差变化之积偏差与偏差变化之积构成了一个新的描述系统动态过程的特征变量。利用该特征变量的趋势是否大于0可以描述系统动态偏差变化的趋势，对应图21可得下表500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第7页共47页OAABBCCDDEEN000EN00000（AB,CD）表明系统的动态过程正向偏差增加的方向变化，即偏差的绝对值逐渐增大。ENEN1（相邻两次偏差变化之积）EN1EN1EN2这个特征量表示了偏差出现的极值状态的特征量。4）若ENEN10表示无极值状态出现；将ENEN1与ENEN联合使用，可以判别
31、动态过程当偏差出现极值后的变化趋势，如B和C点B点ENEN10C点ENEN10,处于超调段CDE段（EN）E过渡过程EKE正常跟踪程序2）误差变化趋势实现仿人控制首先要确定误差变化趋势。可以利用误差误差变化趋势的乘积作为系统动态过程的特征量。500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第11页共47页图25偏差ET及其积分曲线IT在图25积分曲线的C，D段，积分作用增加一个正量的控制有利于减小输出的回调。但在D，E区间积分作用继续加强，其结果势必造成系统再次出现超调，这时的积分作用对系统的有效控制帮了倒忙。在控制系统中引入积分控制作用是减小系统稳态偏差的重要途径。在常规PID控制中，积分
32、作用对偏差的积分过程在一定程度上模拟了人的记忆特性，记忆了偏差的存在及其变化的全部信息。但它有以下几个缺点1）积分控制作用对积分过程选择的针对性不强；2）只要偏差存在，就一直进行积分，容易造成“积分饱和”3）积分参数不易选择，选用不当会造成系统出现振荡。造成上述积分控制作用不佳的原因在于它没有很好地体现出有经验的操作人员的控制决策思想。在图32的积分曲线区间A，B和B，C中，积分作用和500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第12页共47页有经验的操作人员的控制作用相反。此时系统出现了超调。正确的控制策略应该是使控制量在常值上加一个负量控制，以压低超调，尽快减少偏差。但在此区间的积分
33、控制作用却增加了一个正量控制。这是由于在0，A区间的积分结果很难被抵消而改变符号，故积分控制量仍保持为正。这样的结果导致系统超调不能迅速降低，从而延长了系统的过渡过程时间。仿人智能P1D控制器由比例和积分组成，其系数由控制规则提供另外，在判断条件中用上误差的差分，因此，它也含有对误差微分的作用，故仍称之为PID控制器，其结构框图如下图26仿人智能PID结构框图从误差E和误差的变化P这两个基本的模糊控制变量出发，引入其它的特征变量，以便从动态过程中获取更多的特征信息，进而利用这些信息更好地设计仿人智能控制器。500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第13页共47页23仿人智能控制系统的
34、设计方法231被控对象的“类等效”简化模型具有可调参数的控制系统数学模型简化理论表明，尽管在许多情况下被控对象的全特性不确知，但其所具有的非线性，时变性和不确定性对控制的影响总可以用一些典型的非线性环节加上被控对象的“类等效”的简化线性模型，在结构和参数上的变化来近似模拟。根据对被控对象的定性了解，建立起对象的结构模型，并根据对某些反映被控对象动态特性的主要特征量的模糊估计确定对象模型结构和参数可能变化的大致范围7。设一个带有纯滞后环节的高阶线性动态系统的传递函数形式为G（SSNNMMESBSBSASAK1111（231）则描述系统动态特性的时域和频域的主要特征量有增益（GAIN）K表示系统对
35、零频（直流）输入信号的放大能力，决定了稳定系统系统域中单位阶跃响应的稳态值，即KLIM0SGS（232）纯滞后表示系统对输入信号的不应期。等效时滞表示系统对输入信号的滞后特性，由下述积分定义表示DTDKTGTU0233式中U（T）为单位阶跃输入函数，G（T）为G（S）的单位阶跃响应。D是系统中所有滞后（积分）因素和所有超前（微分）因素之差，其与传递函数的关系为DB10111WWMIINJJJWGDDTA234等效支配极点确定系统的基本性状（单调，振荡，稳定或不稳定）。主要频率响应数据（带宽频率，截止频率，穿越频率，转角频率及相应的相位角）反映系统对不同频率信号的通过能力，以及系统的相对稳定性。
36、被控对象的“类等效”简化模型应该在增益，纯滞后，等效时滞，等支配极点和某些主要频率响应数据上与对象一致。因此，“类等效”简化模型最大的特点是，它在反映对象主要动态特性的一些主要特征量上与实际对象一致。500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第14页共47页232被控对象的模型处理根据系统“类等效”模型的定义，可以通过对被控对象的定性了解，建立起对象的结构模型，并根据对主要特征量（如某些非线性特征，纯滞后，等效时滞和增益等）的模糊估计，可以确定对象模型结构和参数可能变化的大致范围。例如具有纯滞后的过程对象和具有非线性环节的伺服对象，可以对被控对象做如下处理带纯滞后过程对象ESBSBSA
37、K111211222111111BBBBBBAAAKKK235带非线性环节伺服对象11BSSASKFBBBAAAKKK（236）仿人智能控制器具有多种控制模态（变结构，多参数）和分层递阶（运行控制，参数校正，任务适应）的控制结构，因而有非常强的鲁棒性和适应性。仿人智能控制器的设计就是要确定其结构和参数。式（235）中5个参数变化的范围可以在相当程度上模拟一类具有纯滞后的过程对象，式（236）中3个参数变化的范围则可以在相当程度上模拟一类带典型非线性环节的伺服对象。仿人智能控制器设计的任务就是采用尽可能简单的结构和尽可能少的控制模态和参数，能够在以上对象模型参数变化的范围内，都能达到控制指标的要
38、求。可以说这样的模型处理解决了在没有对象准确数学模型的条件下的仿人智能控制器设计时的对象模型问题7。24仿人智能控制算法研究241仿人比例控制算法仿人比例控制系统如下图27所示图中积分开关只有在满足稳定输出时才闭合一次，完成EEENN100运行后又立即断开，此后NE0不变。500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第15页共47页图27仿人比例控制为了判断系统处于稳定状态而不受干扰和扰动的影响，给出如下判据系统处于稳定的充分条件是存在一个KO使得KOKKON时,|EKEK1|0时，对偏差进行积分；当EE0ORE0ANDE0THEN积分2）IFEE表示为如下算法0,0,0,0,0,110
39、0EOREEIEKKNUEEOREEEKNUTUNIMPP247500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第19页共47页3500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计31500T/HCFB锅炉炉膛负压控制系统的简介311炉膛压力控制系统简介锅炉作为电厂中的重要设备，为了保证炉膛的稳定燃烧，炉膛压力控制的作用就显而易见了。对于负压燃烧锅炉，如果炉膛压力接近于大气压力，则炉烟往外冒出，能源浪费且影响设备和工作人员的安全；反之，如果炉膛压力太低，又会使大量的冷空气漏入炉膛内，降低炉膛温度，增大了引风机负荷和排烟带走的热量损失。一般炉膛压力维持在比大气压力低20100PA左右8。引风控
40、制的任务是保持炉膛负压在规定的范围之内。由于引风调节对象的动态响应快，测量也容易，所以引风控制系统一般只需采用以炉膛负压PF作为被调量的单回路控制系统。由于送风量的变化时引起负压波动的主要原因，为了使引风量快速地跟踪送风量，以保持二者的比例，可将送风量作为前馈引入引风调节器。这样当送风控制系统动作时，引风控制系统也立即跟着动作，而不是等炉膛负压偏离给定值后再动作，从而能使炉膛负压基本保持不变。所以引风控制系统引入送风前馈信号以后，将有利于提高引风控制系统的稳定性和减小炉膛负压的动态偏差。送风量信号通过前馈补偿装置F（X）送到引风调节器而使引风量跟着改变，是一个快速补偿（前馈）系统。但当系统处于
41、静态时，前馈补偿装置F（X）的输出应为零，以使炉膛压力保持为给定值。312炉膛压力的测量炉膛压力的测量采用3个差压变送器，3个差压变送器的输出分别送到3个小值选择器，3个小值选择器的输出再送到大值选择器，大值选择器的输出为3个差压变送器的输出（测量）值的中间值。采用3个差压变送器的目的是为了防止因变送器故障或信号管路阻塞而影响测量值的可靠性，从而影响炉膛余力控制的可靠性。测量的中间值与差压变送器的输出（测量）值进行比较，如果偏差超过一定500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第20页共47页范围，则将发出报警信号。炉膛压力大于30PA或小于40PA,通过“三态信号监视器”发出报警信号
42、。313炉膛压力控制的主要功能控制系统除完成正常的控制功能外,还实现下列保护功能A炉膛过压保护当炉膛压力超过最高值时应进行报警,机组进行负荷迫降,直到压力返回到所需求的给定值，如果进行上述保护动作后，而压力仍然增加超过最高值时,则系统产生跳闸信号,该信号应为“三取二”逻辑信号。B炉膛内爆保护炉膛内爆是指因烟气侧压力过低而导致设备损坏的现象，炉膛外爆常常能引起大家的注意和防范，但是，炉膛内爆很容易让人忽视。炉膛内爆的起因1）调节锅炉气体流量的设备（包括空气供给烟气排除）误动作，导致炉膛承受过大的引风压头。2）因燃料输入快速减少或MFT炉内气体温度和压力急剧下降。防止炉膛内爆的措施1）设计安装灭火
43、保护装置2）改善控制功能设计C锅炉跳闸后的炉膛内爆保护控制系统接受来自联锁系统的锅炉跳闸信号,为的是将炉膛内负压偏差降到最小。在主燃料跳闸的事故情况下,由于突然停止燃烧会造成炉膛内烟气量和烟气温度急剧下降,显然这是引起炉膛低压峰值的主要原因。这个低压峰值会引起炉膛内爆,是很危险的。炉膛压力的计算非常近似于下式（31）所示PVMRT（31）P绝对压力V炉膛容积M一炉膛烟气质量R烟气常数T一绝对温度500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第21页共47页由于容积是固定的,R是常数,故压力P与MT成正比关系。因此,在主燃料跳闸后因炉膛内烟气量减少和温度降低将造成压力急剧下降。基于上述原因,
44、控制系统设计了突跳回路。该回路能识别何时发生主燃料跳闸,并在跳闸时起作用以减少由于锅炉跳闸引起的负压力偏差。32炉膛负压控制的方案设计321炉膛负压控制系统方框原理图炉膛压力控制用调节两台引风机的导叶开度，来满足炉膛负压略低于外界大气压的要求，机组正常运行时，锅炉炉膛负压按传统的前馈反馈方案进行控制。其控制系统方框图31为图31炉膛负压的控制系统控制方框图（1）被控变量它是指被控对象需要维持在其理想值的工艺变量，本控制系统的被控变量为炉膛负压。（2）设定值它是指被控变量要求达到的期望值，炉膛控制系统的设定值为80100PA。（3）前馈信号前馈控制器输出到“前向通道”的信号（作用在控制系统的信号
45、）称为前馈信号。本控制系统的前馈输入为送风量。（4）扰动变量它是指任何导致被控变量偏离其设定值的输入变量。500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第22页共47页322控制对象的要求引风量与负压关系为G（S）错误未找到引用源。32送风量对负压的干扰为G（S）错误未找到引用源。33根据控制系统的要求，确定动态前馈补偿器为G（S）013错误未找到引用源。344系统仿真实验500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第23页共47页41利用MATLAB建立仿真模型SIMULINK于20世纪90年代初由MATHWORKS公司开发，是MATLAB环境下对动态系统进行建模，仿真和分析的一个
46、软件包。从字面上看，“SIMULINK”一词有两层含义，“SIMU”表明它可用于系统仿真，“LINK”表明它能进行系统连接。在该软件环境下，用户可以在屏幕上调用现成的模块，并将它们适当连接起来以构成系统的模型，即所谓的可视化建模。建模以后，以该模型为对象运行SIMULINK中的仿真程序，可以对模型进行仿真，并可以随时观察仿真结果个干预仿真过程。SIMULINK由于功能强大，使用简单方便，已成为应用最广泛的动态系统仿真软件。SIMULINK是一个交互式动态系统建模，仿真和分析的图形环境，是一个进行基于模型的嵌入式系统开发的基础开发环境。SIMULINK可以针对控制系统，信号处理和通信系统等进行系
47、统建模，仿真，分析等工作13。在做仿真研究时，应首先建立仿真模型方框图。根据本文图给出的炉膛负压控制系统结构图，可以在SIMULINK软件环境下建立仿真模型方框图。具体做法就是从SIMULINK库中取出相应的模块放入模型界面上，用线连接好，并设置对应参数。再根据需要对控制对象和传递函数进行封装。常规PID控制系统仿真模型和仿人智能控制与PID相结合的系统仿真模型如图41图41常规PID控制系统仿真模型和智能控制与PID相结合控制系统仿真模型500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第24页共47页500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第25页共47页42仿真结果对比图421
48、炉膛负压控制系统无干扰时的仿真研究结合上述炉膛负压的参数，设定给定值R80，整个仿真时间设定为1000S，当锅炉正常运行时，此时，分别采用常规PID控制器，仿人智能与PID结合控制器得出的仿真曲线和对比曲线如下图所示。图42常规PID炉膛负压控制系统仿真曲线500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第26页共47页图43炉膛负压仿人智能控制与PID相结合控制系统仿真曲线图44炉膛负压的仿真曲线对比500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第27页共47页422炉膛负压控制系统有干扰时的仿真研究炉膛负压的给定值为R80，整个仿真时间设定为,1000S，系统在500处施加幅值为2的
49、干扰，其控制系统的仿真方框图为45，其响应曲线为46。图45加扰动的炉膛控制系统仿真方框图500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第28页共47页图46加扰动的炉膛控制系统仿真对比曲线500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第29页共47页总结500T/HCFB锅炉炉膛负压仿人智能控制系统设计第30页共47页参考文献1戚晓耀。对循环硫化床锅炉风系统优化的探讨西安理工大学硕士论文，2003年。2吴庆彬。循环流化床的模糊控制。南京工业大学硕士论文，2004年。3李政循环流化床实时动态数学模型研究动力工程，1999,192，33364王耀南智能控制系统长沙湖南大学出版社，19965POSTLETHWAITDBEMPIRICALCOMPARISONOFMETHODSOFFUZZYRELATIONALIDENTIFICATION,IEEPROCEEDING1991，13836CHICHENANALYSISANDDESIGNOFFUZZ
