[發明專利]基于模糊神經網絡PID控制的鍋爐汽包水位控制的方法

有效

• 申請號: 201310035063.6
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN103968367A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 鄭松;盧定興;陳藝賓;林麗明;曾其鋆;張望;鄭明明
• 申請（專利權）人: 福州福大自動化科技有限公司
• 主分類號: F22D5/30
• 分類號: F22D5/30
• 代理公司: 福州市鼓樓區京華專利事務所(普通合伙) 35212
• 代理人: 宋連梅

【技術領域】

本發明涉及流程工業領域鍋爐汽包水位的控制，尤其涉及一種基于模糊神經網絡PID控制的鍋爐汽包水位控制的方法，屬于工業自動化控制技術領域。

【背景技術】

在流程工業系統中，鍋爐是化工、煉油、發電等工業生產過程必不可少的動力設備。鍋爐是一種復雜的能量轉換設備，是整個工廠的動力和熱源。隨著工業生產規模的擴大以及生產設備的不斷更新，鍋爐向著大容量、高參數、高效率的方向發展，因此針對鍋爐的控制問題變得至關重要。由于鍋爐體積龐大，其內部發生的物理、化學變化非常復雜，而且各種變化過程緊密耦合、互相影響，這些都加大了鍋爐控制的難度。在鍋爐系統運行當中，汽包水位是重要的監控參數之一，它反映了鍋爐負荷和給水流量的動態平衡關系。現有技術中常見的鍋爐汽包給水系統的示意圖如圖1所示，其組成部分包括：給水泵1、高壓加熱器2、省煤器3、汽包4、過熱器5、下降管6、上升管7。該系統的主要控制任務是調節給水量與鍋爐蒸發量的平衡以保證汽包水位處于設定的安全范圍以內。

目前，汽包水位的控制技術主要有：1）傳統控制技術，比如常用的串級三沖量PID控制，盡管針對汽包水位的傳統控制技術已經發展得較為成熟，但其控制系統結構十分復雜，且魯棒性能和動態特性較差，也不具備自適應能力；2）先進控制的引入，比如模糊控制、模糊PID控制、預測函數控制、專家控制、神經網絡控制等。盡管模糊控制、模糊PID控制以及專家控制已經在流程工業控制中得到了推廣應用，但它們仍然只適用于系統耦合性弱、線性特征明顯、控制對象單一的工業控制系統。由于汽包水位具有動態特性強、多變量、大滯后、強耦合及極強的非線性等特性，采用以上控制方法往往難以達到預期的控制效果。而模糊神經網絡PID控制具有較強的自學習和基于規則表達推理的能力，在解決大滯后、非線性及時變性等方面具有獨特的優勢，非常適合于復雜的流程工業控制系統中。現有的模糊神經網絡PID控制在鍋爐汽包水位工程中應用時，控制算法與DCS系統的通信效率較低，無法保證控制策略執行的實時性。采用先進控制算法對汽包水位進行控制時，需要額外配置性能較高的計算機來運行相關算法，且先進控制程序常以編譯封裝的形式呈現，因此用戶無法在程序執行過程中進行必要的在線診斷和優化。

近年來模糊神經網絡PID控制在鍋爐汽包水位控制上的應用也得到了很大的關注；如參見‘基于模糊神經網絡PID的鍋爐汽包水位控制’，《熱力發電》，劉春艷，第33-34頁；又如：‘基于RBF模糊神經網絡的船用鍋爐汽包水位控制研究’，[碩士學位論文]，《大連海事大學》，劉曉丹，2008年。盡管這些方法在實驗室研究階段時能夠取得良好的控制效果，但是當其應用到實際工業控制系統中時，由于模糊神經網絡PID控制與傳統控制在設計、開發、調試、運行等方面都存在很大的差異，模糊神經網絡PID控制策略與控制系統之間協同調試較困難，而且控制策略在線更新的效率也難以把握，這大大地影響了其在鍋爐汽包水位控制中的應用效果。

本申請技術是基于現有技術的不足，針對鍋爐汽包水位的動態特性，提出了一種基于模糊神經網絡PID控制的鍋爐汽包水位控制的方法，目的在于改善傳統PID控制器和常用先進控制方法的控制效果，有效地提高控制系統的自適應能力，并在工程系統中提高控制策略的在線調試和更新效率，從而降低模糊神經網絡PID控制技術的導入成本和風險。

【發明內容】

本發明要解決的技術問題，在于提供一種基于模糊神經網絡PID控制的鍋爐汽包水位控制的方法，克服了傳統PID控制的缺點，提高了控制系統的自適應能力。

本發明是這樣實現的：一種基于模糊神經網絡PID控制的鍋爐汽包水位控制的方法，包括如下步驟：

步驟1、分析鍋爐汽包水位控制系統的特征與建模條件；

步驟2、分析模糊神經網絡PID控制系統的控制對象特征，根據步驟1的分析得到的特征與建模條件對鍋爐汽包水位控制系統的控制對象進行建模；

步驟3、根據所述控制對象的建模結果與模糊神經網絡PID控制算法，在組態軟件中完成所述模糊神經網絡PID控制系統的各元件的開發；

步驟4、在組態軟件中通過元件組態來實現鍋爐汽包水位控制系統的鍋爐汽包水位的控制邏輯；

步驟5、在組態軟件中測試模糊神經網絡PID控制系統對鍋爐汽包水位的控制效果。