摘#8195;要 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展和進(jìn)步，我國(guó)工業(yè)的城市發(fā)展不斷加快，鍋爐已經(jīng)在我們的生產(chǎn)生活中得到了廣泛的使用，但是鍋爐由于長(zhǎng)時(shí)間的使用，會(huì)導(dǎo)致溫度快速增加，如果超出了鍋爐承受溫度的限制就會(huì)造成鋼材的蠕變，從而大大降低了鍋爐的使用壽命，本文對(duì)鍋爐溫度的控制方法進(jìn)行了分析和研究，并提出了一些可行性建議。

關(guān)鍵詞 鍋爐；溫度控制；策略分析

中圖分類號(hào) TK 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)031-0165-01

衡量鍋爐是否正常運(yùn)行的重要指標(biāo)是過熱蒸汽溫度。如果過熱蒸汽的溫度超過了蒸汽管道、過熱器管、閥門、葉片或者汽輪機(jī)的噴嘴等設(shè)備部件允許工作溫度的時(shí)候，就會(huì)使鋼材加速蠕變，從而降低了鍋爐的使用壽命。如果出現(xiàn)嚴(yán)重超溫的情況還有可能發(fā)生爆破的危險(xiǎn)。反之溫度過低會(huì)引起熱耗上升，汽輪機(jī)末級(jí)蒸汽濕度增加，進(jìn)而導(dǎo)致汽輪機(jī)的內(nèi)效率較低，加劇了對(duì)葉片的侵蝕。所以在鍋爐的使用中，一定要保持其在一個(gè)穩(wěn)定的規(guī)定值運(yùn)行。

1 鍋爐溫度控制方案的設(shè)計(jì)

改善大慣性、純滯后系統(tǒng)調(diào)節(jié)質(zhì)量的最有效的方法是使用串級(jí)調(diào)節(jié)，所以在設(shè)計(jì)溫度控制設(shè)計(jì)方案的時(shí)候要采用串級(jí)模糊控制系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1

圖1中：F是減溫水流量調(diào)節(jié)閥；P是副調(diào)節(jié)器，使用比例調(diào)節(jié)；FC是主調(diào)節(jié)器，使用混合模糊控制器，就是一個(gè)二維模糊控制器以及常規(guī)的PI調(diào)節(jié)器并聯(lián)而形成的，除了可以快速消除副環(huán)外的擾動(dòng)外還能夠校正汽溫的偏差，保證汽溫控制的準(zhǔn)確程度。由減溫器以及過熱器共同組成汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象，減溫水流量是對(duì)象調(diào)節(jié)通道的輸入信號(hào)，過熱器出口氣溫為輸出信號(hào)。為了使調(diào)節(jié)品質(zhì)得到改善，系統(tǒng)使用減溫器出口處汽溫θ1作為導(dǎo)前汽溫信號(hào)。在調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的噴水量發(fā)生變化以后，導(dǎo)前汽溫信號(hào)θ1的反應(yīng)要比被調(diào)量信號(hào)θ2早很多。因?yàn)閺恼{(diào)節(jié)對(duì)象中引出了θ1信號(hào)，對(duì)象調(diào)節(jié)通道的動(dòng)態(tài)特征是由兩部分構(gòu)成：1）以減溫水的流量Wj作為輸入信號(hào)，減溫器出口位置汽溫θ1當(dāng)作輸出信號(hào)的通道，這樣的調(diào)節(jié)通道稱作導(dǎo)前區(qū)。2）減溫器出口位置θ1作為輸入信號(hào)，而過熱器的出口汽溫θ2作為輸出信號(hào)的途徑，通常這部分調(diào)節(jié)通道是惰性區(qū)。導(dǎo)前區(qū)的延遲以及慣性明顯要比惰性區(qū)小很多。

在副回路內(nèi)發(fā)生擾動(dòng)，比如在減溫水流量發(fā)生自發(fā)性波動(dòng)現(xiàn)象，因?yàn)楦被芈返拇嬖?，其?dǎo)前區(qū)的慣性比較小，副調(diào)節(jié)器能夠及時(shí)地做出反應(yīng)動(dòng)作，可以快速地消除其自發(fā)性波動(dòng)，進(jìn)而使得過熱汽溫保持基本不變的狀態(tài)。在副回路以外發(fā)生擾動(dòng)造成過熱汽溫偏離了給定值的時(shí)候，串級(jí)系統(tǒng)先在主調(diào)節(jié)器快速改變它的輸出校正信號(hào)，通過副調(diào)節(jié)回路來改變減溫水的流量，使得過熱汽溫恢復(fù)到給定值區(qū)域。因?yàn)橹髡{(diào)節(jié)器的慣性和延遲都比較小，所以其反應(yīng)速度比較快。

所以在串級(jí)模糊蒸汽溫度的控制系統(tǒng)中，其副回路的主要任務(wù)是要盡快消除減溫水的流量自發(fā)性擾動(dòng)以及其他進(jìn)入到副回路的擾動(dòng)，其主要對(duì)過熱汽溫的穩(wěn)定其粗調(diào)的作用。而住調(diào)節(jié)器的任務(wù)是讓過熱汽溫保持在給定值區(qū)域內(nèi)。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)主控制器上把模糊控制和常規(guī)的調(diào)節(jié)器相互結(jié)合，使得控制系統(tǒng)不但有模糊控制相應(yīng)快速以及適應(yīng)強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，還有控制精度很高的特點(diǎn)。

2 模糊控制器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

2.1 模糊控制器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

此系統(tǒng)把過熱蒸汽的實(shí)際溫度和設(shè)定值之間的出差以及誤差的變化當(dāng)做輸入語(yǔ)言的變量，系統(tǒng)的控制值U是輸出語(yǔ)言變量，從而形成一個(gè)二維模糊控制器。其具體的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

其中Ku代表模糊控制器的比例因子，其他的位量化因子。Ke是在確定輸入量化等級(jí)以后，在算法中改變誤差輸入論域大小，Ke的增大就代表縮小誤差的基本論域，主要起到增大誤差變量的控制作用。如果Ke的選擇比較大，那么上升的時(shí)間就會(huì)縮短，但是會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)纏身很大的超調(diào)，進(jìn)而導(dǎo)致過渡的過程延長(zhǎng)；如果Ke非常小，那么系統(tǒng)上升會(huì)比較慢，而且其快速性比較差。與此同時(shí)其還對(duì)模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)品質(zhì)造成直接影響。

在Kec的比例選擇比較大的時(shí)候，超調(diào)量會(huì)減小，但是系統(tǒng)的相應(yīng)速度會(huì)減慢，Kec對(duì)超調(diào)的抑制作用會(huì)十分明顯。但是在Kec、Ke以及Ku之間，系統(tǒng)對(duì)Kec的變化敏感性最小，通常Kec可以調(diào)整的范圍比較寬，而且其魯棒性能比較好，可以給實(shí)際的調(diào)試帶來很大的方便。

2.2 確定模糊規(guī)則

模糊決策通常都使用“選擇從屬度大”的規(guī)則，在調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度的過程中，在系統(tǒng)的偏差比較大的時(shí)候，系統(tǒng)的快速性成為主要矛盾，當(dāng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制精度是次要的時(shí)候，這時(shí)候就要減小系統(tǒng)快速的偏差；在當(dāng)系統(tǒng)的偏差比較小的時(shí)候，就要求主要保證系統(tǒng)的控制精度以及穩(wěn)定性。所以就要遵循模糊控制的規(guī)律：若果過熱汽溫上升的速度比較快而且汽溫比較高的時(shí)候就要控制汽溫向下浮動(dòng)；在過熱汽溫下降比較快的時(shí)候且氣溫比較低，就需要控制汽溫向上浮動(dòng)。

3 系統(tǒng)的仿真

為了證明串級(jí)模糊控制系統(tǒng)在鍋爐過熱的時(shí)候，其對(duì)過熱蒸汽溫度的控制有比較好的調(diào)節(jié)效果，搭建了具有導(dǎo)前微分信號(hào)控制系統(tǒng)以及串級(jí)模糊控制系統(tǒng)的仿真框架。在輸入信號(hào)相同的條件下沒設(shè)置的參數(shù)也相同，這樣十分有利于比較。在比較中可以得出，串級(jí)模糊控制系統(tǒng)在鍋爐過熱蒸汽溫度控制上可以獲得更好的的控制效果。前者的控制系統(tǒng)仿真曲線有超調(diào)、振蕩、誤差大以及動(dòng)態(tài)過渡時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。而后者的仿真曲線基本沒有出現(xiàn)振蕩和超調(diào)，而且其過渡時(shí)間比較短，出現(xiàn)的誤差比較小。

4 結(jié)束語(yǔ)

由此可知，使用串級(jí)模糊控制系統(tǒng)能夠有效地控制鍋爐的蒸汽溫度，其能保持著響應(yīng)速度快、無靜差以及無超調(diào)的良好性能，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和魯棒性。所以該方案用在鍋爐溫度控制中會(huì)起到十分好的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]張秀瀅，劉強(qiáng).熱水鍋爐溫度控制的模糊PID參數(shù)自整定方法[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊)，2010，09.

[2]王巍巍，張志華，武延坤.模糊PID控制器在電鍋爐溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].儀器儀表用戶，2009，04.