智能PID設(shè)計與其在鍋爐主汽溫控制的應(yīng)用

　　摘 要：提出了智能PID設(shè)計與其在鍋爐主汽溫控制的應(yīng)用，對象模型的變化體現(xiàn)在增益、時間常數(shù)和階次三個方面。增益變化對調(diào)節(jié)系統(tǒng)品質(zhì)影響最大，時間常數(shù)次之，階次通?？梢哉J為不變。若能確定調(diào)節(jié)對象模型中增益和時間常數(shù)對指導(dǎo)信號的函數(shù)關(guān)系，這種函數(shù)關(guān)系可用于確定PID調(diào)節(jié)器參數(shù)，從而實現(xiàn)帶指導(dǎo)信號的PID調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器可保持調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能指標在變工況下近似不變。這種方法通過擴展線性控制理論來解決非線性控制問題，且方便使用。與模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制相比，這種方法更容易應(yīng)用于工程實踐。?
　　關(guān)鍵詞：智能PID調(diào)節(jié)器；主氣溫；控制，設(shè)計? 
　　
　　1 引入指導(dǎo)信號的必要性?
　　
　　PID調(diào)節(jié)器對調(diào)節(jié)對象進行調(diào)節(jié)所采用的信號為誤差信號、誤差微分信號和誤差積分信號，通常對這三個信號的定義域沒有限定。當(dāng)調(diào)節(jié)對象數(shù)學(xué)模型發(fā)生變化時（比如增益變化），對于相同數(shù)值的誤差信號、誤差微分信號和誤差積分信號，PID調(diào)節(jié)器無法分辨出對象數(shù)學(xué)模型的變化。即從誤差信號、誤差微分信號和誤差積分信號無法分辨出變化的原因是由干擾引起的還是由對象模型變化共同引起的。因此對誤差信號、誤差微分信號和誤差積分信號進行的任何再加工和處理都無法獲得關(guān)于對象模型變化的信息，也就無法設(shè)計出具有對象模型變化適應(yīng)能力的調(diào)節(jié)器。?
　　設(shè)計具有對象模型變化適應(yīng)能力的調(diào)節(jié)器所需要的信息要比設(shè)計針對固定模型的調(diào)節(jié)器所需要的信息要多，需要引入新變量，利用新變量來識別調(diào)節(jié)對象模型的變化。?
　　對象模型的變化體現(xiàn)在增益、時間常數(shù)和階次三個方面。增益變化對調(diào)節(jié)系統(tǒng)品質(zhì)影響最大，時間常數(shù)次之，階次通常可以認為不變。若能確定調(diào)節(jié)對象模型中增益和時間常數(shù)對指導(dǎo)信號的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)調(diào)節(jié)器工程整定方法就可確定PID調(diào)節(jié)器參數(shù)與指導(dǎo)信號的函數(shù)關(guān)系，從而實現(xiàn)帶指導(dǎo)信號的PID調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器可保持調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能指標在變工況下近似不變。?
　　
　　2 PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的確定方法?
　　
　　
　　3 應(yīng)用示例?
　　
　　（1）火電廠主汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)。?
　　火電廠主汽溫調(diào)節(jié)對象是大慣性熱工對象，階次高。為了提高火電機組的經(jīng)濟性和安全性，通常對主汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)提出較高的性能指標，比如亞臨界鍋爐要求暫態(tài)偏差不能超過±8℃，穩(wěn)態(tài)偏差不能超過±2℃。?
　　帶指導(dǎo)信號的主汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖1所示。內(nèi)回路采用P調(diào)節(jié)器，外回路采用PID調(diào)節(jié)器，G02（s）為導(dǎo)前區(qū)傳遞函數(shù)，G01（s）為惰性區(qū)傳遞函數(shù)，? 
  

對于某超臨界600WM機組的鍋爐過熱器在4個特定工況下汽溫對噴水?dāng)_動的動態(tài)特性如表1所示：?
　　
　　2 仿真結(jié)果?
　　
　　對主汽溫在典型工況下的動態(tài)特性進行了仿真。在仿真試驗中，內(nèi)回路采用P調(diào)節(jié)器，衰減率取為ψ＝0.75，使內(nèi)回路具有較強的克服擾動的能力。對于外回路，為了減少主汽溫的波動，取衰減率為ψ＝0.90。因為δ0.9＝1.6δ0.75，Ti0.9≈0.8Ti0.75。仿真結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看出：采用帶指導(dǎo)信號的PID調(diào)節(jié)器，能夠在機組負荷變化時，修正調(diào)節(jié)器參數(shù)，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)品質(zhì)指標基本保持不變。?
　　
　　4 小結(jié)?
　　
　　設(shè)計具有對象模型變化適應(yīng)能力的調(diào)節(jié)器所需要的信息要比設(shè)計針對固定模型的調(diào)節(jié)器所需要的信息要多。根據(jù)誤差信號及其導(dǎo)數(shù)信號無法識別熱工對象模型變化，需要引入指導(dǎo)信號，利用指導(dǎo)信號來識別調(diào)節(jié)對象模型的變化。導(dǎo)出了帶指導(dǎo)信號的PID調(diào)節(jié)器參數(shù)計算公式，并通過舉例進行了驗證。?
　　對于大慣性、高階次、變模型參數(shù)熱工對象，可以通過實驗測定若干典型工況下熱工對象的階躍響應(yīng)曲線，擬合模型參數(shù)隨工況的變化的函數(shù)關(guān)系，然后可根據(jù)文中所述方法設(shè)計出變參數(shù)PID調(diào)節(jié)器，使變工況下調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)指標近似不變。?
　　在常規(guī)熱工對象模型參數(shù)中引入指導(dǎo)信號，利用常規(guī)PID調(diào)節(jié)器整定理論可以處理變模型熱工對象的控制問題，提出了通過線性控制理論擴展來處理非線性控制理論的新方法。這方法有嚴格的理論基礎(chǔ)，簡捷實用。