[發明專利]一種基于GRU-PID的鍋爐調壓預測控制方法

有效

• 申請號: 202010699723.0
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111708388B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 張艷;胡興柳;楊忠
• 申請（專利權）人: 金陵科技學院
• 主分類號: G05D16/20
• 分類號: G05D16/20;G05B11/42;F22B35/18;G06N3/04
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

本發明涉及一種基于GRU?PID的鍋爐調壓預測控制方法，步驟1：建立鍋爐壓力調節控制系統；步驟2：使用訓練好的GRU算法模型預測鍋爐未來多個時步的壓力；步驟3：計算基于鍋爐壓力多時步控制誤差的關聯函數；步驟4：計算基于上述關聯函數的鍋爐控制系統輸出。本發明基于GRU算法預測的多時步鍋爐壓力值計算多時步控制誤差關聯函數，可以解決鍋爐控制滯后問題，顯著提高鍋爐壓力控制精度。

技術領域

本發明涉及鍋爐調壓控制領域，特別涉及一種基于GRU-PID的鍋爐調壓預測控制方法。

背景技術

在工業領域，鍋爐作為一種生產蒸汽的設備廣為應用。鍋爐通過煤、油或燃氣等燃料的燃燒釋放的能量，將液態水轉變為蒸汽，之后蒸汽直接供給工業生產中所需的熱能，或通過蒸汽動力機和汽輪發電機轉變為機械能和電能。這其中，鍋爐壓力控制是一個至關重要的問題，傳統方法通過經驗豐富的工程師手動調控，但隨著生產要求的逐漸提高，鍋爐壓力控制的難度也在逐漸增大，人工調控的方法效率低下，安全性不高，因此自動化控制的方法成為主流。

目前來看，鍋爐的調壓控制存在著急需解決的問題。隨著技術的發展，動態壓力調控的應用越來越廣泛，現有的自動化控制技術僅僅基于當前時刻的壓力誤差對控制變量進行調控，壓力調控常常會存在明顯的滯后性，如果鍋爐的壓力執行機構的執行滯后較大(尤其是調控燃氣濃度的鼓風機在增強風力時需要較長的時間)，這種壓力調控的滯后性將非常嚴重，這勢必導致鍋爐調壓的控制過程中控制超調量和穩態誤差較大的問題，從而鍋爐的整體控制精度低下，不能滿足工業生產的需求。

發明內容

為了解決上述存在問題，本發明提出一種基于GRU-PID的鍋爐調壓預測控制方法，可以解決鍋爐控制滯后問題，顯著提高鍋爐壓力控制精度，為達此目的：

本發明提出一種基于GRU-PID的鍋爐調壓預測控制方法，具體步驟如下，

步驟1：建立鍋爐壓力調節控制系統；

步驟2：使用訓練好的GRU算法模型預測鍋爐未來多個時步的壓力；

步驟3：計算基于鍋爐壓力多時步控制誤差的關聯函數；

步驟4：計算基于上述關聯函數的鍋爐控制系統輸出；

作為本發明的進一步改進，所述步驟1中的鍋爐壓力調節控制系統，主要由可調節風量的鼓風機，燃料進氣管，燃燒室，鍋爐室，壓力反饋機構，蒸汽輸出管組成。其中，壓力反饋機構基于壓電傳感器電信號經放大器產生壓力值，實時獲取鍋爐的壓力值P，并通過電路將壓力值上傳到上位機。整個鍋爐控制系統，通過調控鼓風機的風量u，改變燃料進氣管的燃料進給速率，從而控制鍋爐產生的蒸汽壓力。

作為本發明的進一步改進，所述步驟2中使用GRU算法為門控循環單元算法，GRU算法模型預測鍋爐壓力的步驟是，

步驟2.1從上位機中提取出當前時刻t前T時間內的鼓風機風量和鍋爐壓力值，作為GRU算法的輸入原始時間序列

式中，表示k時刻的鼓風機風量和鍋爐壓力值組成的向量。

步驟2.2對歸一化處理，即對中每一個元素中計算得出歸一化后的值，

式中，P_k,u_k表示歸一化后k時刻的鍋爐壓力和鼓風機風量，分別表示GRU算法訓練時的歸一化處理訓練集的鍋爐壓力和鼓風機風量的最大值和最小值。則歸一化后的時間序列可表示為X＝[x_t-T+1,...x_k,...,x_t]，簡化下標格式為X＝[x₁,...x_k,...,x_T]，作為GRU每個單元的輸入節點。