[發(fā)明專利]基于模型預(yù)測控制技術(shù)的鍋爐氣泡水位精確控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811083807.0
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號(hào): CN109375505A
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝小東;龔海華;曾鵬云;趙愛德;馬曉天;余祖玨
• 申請（專利權(quán)）人: 九江精密測試技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04;G05D9/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于模型預(yù)測控制技術(shù)的鍋爐氣泡水位精確控制方法，主要包括：PLC控制器、水泵、給水控制閥、含其他閥件和設(shè)備的給水管路及燃料管路系統(tǒng)、水位傳感器、蒸汽壓力傳感器、蒸汽流量傳感器、給水流量傳感器、燃料流量傳感器、鍋爐本體、控制軟件等?？刂品椒ǎ翰捎媚Ｐ皖A(yù)測控制技術(shù)，建立鍋爐水位、給水流量、蒸汽壓力、蒸汽流量、燃料量的動(dòng)態(tài)特性混合模型，確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)鍋爐氣泡水位精確控制。有效節(jié)省了鍋爐的氣泡空間，減小鍋爐重量，提高鍋爐運(yùn)行的安全性，特別適應(yīng)于船舶鍋爐的水位控制。

技術(shù)領(lǐng)域

電氣控制技術(shù)，特別涉及鍋爐氣泡水位精確控制技術(shù)。

背景技術(shù)

經(jīng)典氣泡水位控制策略包括單沖量、雙沖量和三沖量控制，由于單沖量、雙沖量和單級三沖量控制策略比較簡單，難于適應(yīng)現(xiàn)代各種復(fù)雜鍋爐的控制要求。鍋爐水位PID控制技術(shù)相對成熟，目前較先進(jìn)的控制方法主要有三沖量氣泡水位PID控制，該方法能較好的解決通常情況下氣泡水位的控制問題，但在鍋爐氣泡水位控制過程中僅考慮到給水流量和蒸汽流量的補(bǔ)償問題，沒有考慮到水位波動(dòng)及震動(dòng)等其他各種干擾因素，難于提高鍋爐參數(shù)的響應(yīng)速度及補(bǔ)水精度。鍋爐(特別是船舶鍋爐)蒸汽壓力、水位等參數(shù)具有動(dòng)態(tài)變化范圍大，變化速度快等特點(diǎn)，對控制系統(tǒng)的要求高。基于模型預(yù)測控制技術(shù)的鍋爐氣泡水位精確控制方法能大大提高對象的響應(yīng)速度，極大地提高氣泡水位的補(bǔ)水精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出的基于模型預(yù)測控制技術(shù)的鍋爐氣泡水位精確控制方法，該控制方法能克服鍋爐水位變化頻繁、虛假水位嚴(yán)重等情況，綜合考慮各動(dòng)態(tài)參數(shù)的耦合關(guān)系，特別考慮當(dāng)前水位值、蒸汽壓力值、燃料量值、蒸汽流量值等參數(shù)，確定一個(gè)最優(yōu)的給水量控制參數(shù)，能大大提高對象的響應(yīng)速度，提高氣泡水位控制的精度，本發(fā)明特別適用于船舶類鍋爐的水位精確控制。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在結(jié)合鍋爐運(yùn)行狀態(tài)中當(dāng)前氣泡水位值、蒸汽壓力值、給水流量值、蒸汽流量值、燃料量值等參數(shù)的變化情況，得到運(yùn)行狀態(tài)下各參數(shù)的耦合關(guān)系，通過大量的仿真和試驗(yàn)獲得鍋爐運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性數(shù)據(jù)，優(yōu)化參數(shù)匹配，確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。目標(biāo)函數(shù)如下式所示：

式中，minJ(k)為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的最小控制值輸出，ywt、uwt分別為控制作用加權(quán)系數(shù)和輸出加權(quán)系數(shù)。

本發(fā)明在鍋爐熱態(tài)運(yùn)行氣泡水位過程控制中，明確了上述目標(biāo)函數(shù)中M、P、ywt、uwt的取值范圍。根據(jù)不同鍋爐在實(shí)際運(yùn)行過程中，可對各參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化調(diào)整，根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)得出鍋爐當(dāng)前最優(yōu)給水量控制值。通過PLC控制系統(tǒng)，把控制信號(hào)輸出到給水控制閥，實(shí)現(xiàn)給水閥的給水量控制。M的取值范圍為6到12的自然數(shù)。P為以3到6秒時(shí)間單位的時(shí)間點(diǎn)，P的取值范圍在5到10自然數(shù)?！皔wt”為控制作用加權(quán)系數(shù)，ywt的取值范圍為0.34-0.37區(qū)間?！皍wt”為輸出加權(quán)系數(shù)，uwt的取值范圍為0.25-0.34區(qū)間。

附圖說明

圖1為基于模型預(yù)測控制技術(shù)的鍋爐氣泡水位精確控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

其中附圖標(biāo)記具有如下含義：

鍋爐本體(1)、蒸汽壓力傳感器(2)、水位傳感器(3)、PLC控制器(4)、燃料流量傳感器(5)、水泵(6)、給水流量傳感器(7)、給水控制閥(8)、蒸汽流量傳感器(9)

圖2為基于模型預(yù)測控制技術(shù)的鍋爐氣泡水位精確控制方法控制結(jié)構(gòu)示意圖

具體實(shí)施方式

一種基于模型預(yù)測控制技術(shù)的鍋爐氣泡水位精確控制方法，具體實(shí)施方式包括在鍋爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，正確安裝氣泡水位傳感器、蒸汽壓力傳感器、給水流量傳感器、蒸汽流量傳感器、燃料量傳感器，在鍋爐運(yùn)行過程中，通過PLC控制器采集鍋爐運(yùn)行狀態(tài)中當(dāng)前氣泡水位值、蒸汽壓力值、給水流量值、蒸汽流量值、燃料量值等參數(shù)。