自动化技术的发展及其在火电厂中的应用

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第6期 韩 璞,等:自动化技术的发展及其在火电厂中的应用95

概念,从而形成了现代控制理论。

随着计算机的诞生和发展,涌现出一批新型的控制策略,这些控制策略结构复杂,不借助于计算机根本无法实现。这些控制策略有些已经成为自动控制理论的重要分支。例如,自适应控制、预测控制、智能控制、鲁棒控制、最优控制等。当使用这些控制策略对系统进行控制时,所面临的设计和校正的任务就是根据希望的系统性能指标,研究、设计这些控制策略的结构和参数了。把这一时期的控制理论称为超现代控制理论。

另一方面随着控制理论应用范围的扩大,从个别小系统的控制,发展到若干个相互关联的子系统组成的大系统进行整体控制,人们开始了对大系统理论的研究。我们把该理论也归结为超现代控制理论的研究范畴。

一种新型的多变量模糊控制算法;文献[6]针对球磨机系统中的温度和负压采用专家模糊控制,既能保证系统的安全性,又能提高经济性。

虽然自适应控制、预测控制、智能控制等在电厂中取得了一定的应用,但是这些研究仅停留在实验阶段,远远不能得到大规模推广。PID以其原理简单、适应性强、鲁棒性强等优势在电厂热工控制系统中居主导地位。

PID控制律依赖于参数模型,因此,热工系统得建模问题显得尤为重要。传递函数是描述火电厂热工对象动态特性的一种常用模型,在控制系统设计、调试、检验及参数优化中起着重要的作用。如何根据现场操作信号直接求得热工对象传递函数一直是控制领域研究的重要课题之一。最早应用于建模的算法是经典的最小二乘法,由于其实验困难,并没有在实际应用中得到广泛重视。飞升曲线法以其简单、易操作等特点为工程人员所采用。实验得到的飞升曲线完全反映了对象的动态特性,从飞升曲线上可以求取某些特征参数,并且可以将飞升曲线转化为容易处理的传递函数形式,得到系统参数模型。

求得系统的参数模型之后,需要进行控制器的参数优化。优化方法很多,最早采用理论计算,如根轨迹法、频率特性法,但是在过程控制系统中,由于对象数学模型的近似性,理论计算求得的参数并不很可靠。随后又产生了以单纯性法为代表的经典优化方法。近些年,智能优化算法已经得到充分的关注,以遗传算法、蚁群算法等为代表的群体智能算法对模型要求不高,并且搜索效率很高,已经逐步应用于热工系统控制器参数优化之中。

2 控制理论在火电厂热工过程控制

中的应用

在生产过程自动控制的发展历程中,PID控制是历史最久、生命力最强的基本控制方式。特别是在火电厂中,由于电力生产过程安全性以及经济性的需要,几乎百分百的控制系统使用PID控制。

自适应控制与预测控制已经是控制论的一个重要分支,许多学者在该方向上进行了深入的理论和工程应用研究,已经是较为成熟的理论。部分学者在火电厂主汽温系统、给水系统中研究并应用了自适应控制和预测控制,取得了一定的进展。文献[2]将自适应算法应用于火电厂的汽包锅炉主汽温系统中,为自适应控制技术在火电厂中的实际应用进行了尝试;文献[3]将预测控制应用于汽包水位非自衡系统,针对锅炉汽包系统这种非自衡系统,研究了一种适用于积分过程的动态矩阵(DMC)算法。

近年来,以人工神经网络(ANN)、模糊控制(FuzzyControl)、专家系统(ExpertSystem)为代表的智能控制逐渐兴起并取得了突破性的成就。文献[4]等采用人工神经网络解决电厂中常见热工系统的建模问题,具有重要的实用价值;文献[5]提出了模糊控制在球磨机中的应用,3 模拟控制仪表的产生和发展[7]

20世纪60年代初,以电子管作基本电子器件的DDZ-I型电动单元组合仪表试制成功。DDZ-I仪表存在着许多缺点,例如由于采用电流传输制,在每个单元内增设功率放大级,这不但使仪表体积增大,同时也使热耗增加;另外,结构上的功能分离,使构成一个复杂系统要采用很多个单元,那会带来许多不便,如仪表盘面过大,操作整定麻烦,盘后接线杂乱等。

随着半导体器件生产技术的显著进展,1965

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