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1  前言

    工業燃煤鍋爐是一種多變量系統，鍋爐燃燒過程具有明顯的純滯后特性和非線性特性，被控變量時變性大、影響因素多、內部關聯強、外部擾動頻繁，建立準確的實用數學模型非常困難。主汽溫是鍋爐運行中要監視的一個重要參數，維持正常的主汽濕度，對機組的安全經濟運行具有重要意義。主汽溫過高，會危及機組循環熱效率，嚴重時可能會危及機組設備的安全。而影響主汽溫的因素很多。

    (1)  給水溫度：給水溫度上升或下降，則主汽溫下降或上升。例如：汽機高加投入和解列時會引起給水溫度的變化。

    (2)  受熱面的污染：爐膛受熱面的結垢或積灰，則主汽溫升高。過熱器本身的結垢或積灰將導致主汽溫下降。

    (3)  過量空氣系數：過量空氣系數增大或減少，則主汽溫升高或下降。

    (4)  鍋爐負荷：鍋爐負荷升高(或下降)，主汽溫亦隨之上升(或下降)。

    (5)  燃煤：煤粉變粗、水分增大或灰分增加，都會使主汽溫升高。

    (6)  燃燒器的運行方式：擺動燃燒器噴嘴向上傾斜，會因火焰中心提高而使過熱汽溫升高。

    (7)  主汽壓：主汽壓升高，主汽溫升高。反之，主汽溫下降。

    所以，鍋爐主蒸汽溫度的控制要涉及很多干擾因素。國產420t/h電站鍋爐主蒸汽溫度是通過減溫水量來控制的，該鍋爐設有兩級噴水減溫裝置，第一級位于低溫過熱器和屏式過熱器之間，第二級位于屏式過熱器和高溫過熱器之間，每一級減溫水又分為兩側，兩側減溫水控制方案相同。由于主汽溫度屬純時間滯后系統，而純滯后的存在一方面使被調量不能及時反映控制作用的變化，控制作用只有在延遲τ后才能反映到被調量，另一方面當對象受到干擾而引起被調量改變，控制器產生的控制作用不能立即對干擾產生控制作用，存在較大的超調量和較長的調節時間。因此，基于傳統的串級控制系統已不能滿足控制要求。

圖1  主蒸汽溫度模糊控制結構圖

        (1)  模糊化過程：測量輸入變量主蒸汽溫度t，計算t與主汽溫定值ts的誤差E及誤差變化dE，并將計算結果映射到相應的論域中，然后轉換成通常用語言表示的一個模糊子集。總結專家和熟練操作人員的經驗，可以得出誤差E、誤差變化dE這兩個語言變量各模糊子集用矢量方法表示的隸屬度函數。

        設輸入量量化等級為13級，即x,y=[-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3, 4,5,6]，輸出量量化等級為9級，即z=[-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4]。主汽溫誤差變化范圍為[-E_L,+E_L]，誤差E的論域為[-10,10]，則比例因子：k₁=6/10=0.6；誤差變化率的變化范圍為[-dE_L，+dE_L]，誤差變化率dE的論域為[-20,20]，則比例因子：k₂=6/20 =0.3；輸出U的變化范圍為[-U_L,+U_L]，論域為[-30,30]，則比例因子：k₃=30/4=7.5。輸入量轉換為：X＝INT（k₁?E+0.5），Y＝INT（k₂?dE+0.5），INT為取整運算。輸出量轉換為：U＝k₃?Z。誤差E和誤差變化率dE均劃分成“負大（NB）”、“負小（NS）”、“零（ZE）”、“正小（PS）”、“正大（PB）”五個等級。

        (2)  模糊控制規則的建立：模糊控制規則是將專家和熟練操作人員的控制經驗加以總結，從而得出模糊條件語句的集合，但必須保證控制器的輸出能夠使系統輸出響應的動靜態特性達到最佳。模糊控制器的中心工作是依據語言規則進行模糊推理。模糊邏輯推理的依據是模糊控制規則庫。規則的形式可用條件語句IF THEN來表示。其基本形式為：

        IF  x  IS  E  and  y  IS  dE  ,  THEN  z  IS  U

        其中IF部分的“x  IS  E  and  y  IS  dE”稱為條件部。THEN部分“z IS U”稱為結論部。x，y是輸入變量，z是推理結果。E、dE、U是模糊集，它們用隸屬度函數來表示。

        (3)  求模糊控制表：利用模糊控制規則表對模糊化后的模糊子集E和dE，按照模糊推理公式：U=（E×dE）оR，采用Mamdani極大極小推理法，離線計算出每一個狀態的模糊控制輸出U，最終生成一張模糊控制表。

3  系統的投運

        北京和利時公司自行開發的分散控制系統HS2000系統具有模糊控制功能，本項目就是基于該DCS來完成的。利用帶模糊控制的控制模塊，很容易實現主汽溫度的模糊控制功能。由于機組投入自動發電控制（AGC），機組負荷變化比較頻繁，鍋爐燃燒調整要及時跟隨負荷的變化，協調控制系統（CCS）基本滿足了負荷迅速變化的控制要求，但主蒸汽溫度純延遲的影響，導致主汽溫不能及時跟隨負荷的變化。引入模糊控制技術可以很好地解決主汽溫調節傳統方法中無法處理的問題，取得了較好的效果。由AGC變負荷擾動時主汽溫度的調節過程如圖2（負荷從79.85MW上升至89.78MW）、圖3（負荷從94.51MW下降至75.56MW）所示。主蒸汽溫度在自動狀態下基本上能控制在535~545℃范圍內（主蒸汽溫度設定值為540℃），誤差在-10~5℃之內。從試驗曲線可以看出，控制效果比原控制系統有所改善。

4  結束語

    模糊控制規則是建立在專家和熟練操作人員經驗的基礎上，因而帶有一定的主觀性。該項目設計中量化等級小，論域劃分較少的幾檔，使得調節較粗糙；減溫水調節閥漏，輸出特性變成非線性，也影響了調節的結果。所以，在沒有對主蒸汽溫度減溫水系統進行改造的情況下，選用模糊控制技術來實施主汽溫控制，不失為一種嘗試。