引言

在智能控制領(lǐng)域中，仿人智能控制占有重要地位。它的基本思想就是利用智能儀表來模擬人的控制行為，對(duì)復(fù)雜對(duì)象達(dá)到較高精度的控制，提高自動(dòng)化水平。由于這種控制方法只研究和模擬有豐富經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)行操作人員的操作程序和規(guī)律，并加以整理、歸納、總結(jié)，以軟件控制程序代替人工的操作，并不依賴和涉及對(duì)象的精確的數(shù)學(xué)模型，故而對(duì)系統(tǒng)的時(shí)變性、非線性等有較好的魯棒性。
電站鍋爐配置的風(fēng)扇磨直吹式系統(tǒng)，由于無中間貯煤粉倉，只能通過調(diào)節(jié)給煤量來保持鍋爐主蒸汽壓力。從給煤量的增減到主汽壓力的變化，要經(jīng)歷磨煤機(jī)磨煤，一次風(fēng)攜帶煤粉入爐膛，煤粉燃燒等多種物理的、化學(xué)的轉(zhuǎn)換過程。這類對(duì)象屬于多容性，大慣性及變參數(shù)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，很難建立較理想的數(shù)學(xué)模型，不適于用常規(guī)的PID調(diào)節(jié)方案。本文針對(duì)以上特點(diǎn)，用可編程調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)了仿人智能控制策略，對(duì)原主汽壓力控制方案進(jìn)行了改進(jìn)，獲得了較高的控制精度。

1仿人智能控制及控制方案

在人參與的控制過程中，經(jīng)驗(yàn)豐富的操作者并不是依據(jù)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行控制的，而是根據(jù)過去積累的經(jīng)驗(yàn)，如對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)信息特征的定性認(rèn)識(shí)，進(jìn)行直覺推理，在線確定或變換控制策略，之后，控制輸出使之與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)偏差及偏差變化率等有關(guān)特征量呈現(xiàn)一定的定量關(guān)系。圖1為典型的二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線。

圖1典型二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線
通常采用系統(tǒng)偏差與其變化率的乘積e*de／dt作為特征量，反映系統(tǒng)誤差的變化趨勢(shì)。在AB段，或CD段等，e*de／dt＞0，說明誤差正在增大；在BC段，或DE段等，e*de／dt＜0，表示誤差正在減小。在PID控制中利用該特征變量，可以使積分作用更加符合人的控制特征。實(shí)際上，控制系統(tǒng)中引入積分作用是減少系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的重要途徑，但這種積分控制作用也存在以下缺點(diǎn)：其一，積分控制作用針對(duì)性不強(qiáng)，甚至有時(shí)不符合控制系統(tǒng)的客觀需要；其二，只要有誤差存在就一直不斷進(jìn)行積分，導(dǎo)致“積分飽和”，降低系統(tǒng)的快速性；其三，積分參數(shù)不易選擇，而選擇不當(dāng)往往導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。人的記憶功能一般來說具有某種選擇性，而常規(guī)PID控制的積分作用對(duì)誤差信號(hào)的記憶中也包括了對(duì)控制不利的信息，缺乏智能性。造成積分控制作用不佳的原因在于這種積分作用沒有很好地體現(xiàn)出有經(jīng)驗(yàn)的操作人員的控制決策思想。圖1中，在AB段或CD段等，e*de／dt＞0，說明誤差正在增大，可考慮控制器實(shí)施PID作用，以使誤差絕對(duì)值朝減小方向變化，迅速減小誤差的絕對(duì)值。在BC或DE段，e*de／dt＜0，說明誤差絕對(duì)值正在減小，可將PID控制器中積分作用去掉，停止積分，以利于系統(tǒng)借助于慣性向穩(wěn)態(tài)過渡。在時(shí)刻a，c，e等，雖然e＝0，但e*de／dt≠0，說明系統(tǒng)誤差在某一時(shí)刻雖為零，但很快將變?yōu)椴黄胶鉅顟B(tài)，此時(shí)若停止積分作用，則調(diào)節(jié)器控制作用削弱，不利于系統(tǒng)及時(shí)消除誤差。在f到g時(shí)刻，de／dt＝0，但｜e｜≠0，說明這段時(shí)間里系統(tǒng)偏差固定不變，也必須加上積分作用，盡快消除偏差。當(dāng)e＝de／dt＝0時(shí)，分離積分作用。

另外，電站鍋爐風(fēng)扇磨直吹式系統(tǒng)由于慣性大、遲延時(shí)間長(zhǎng)，控制器輸出指令uB常常處于飽和點(diǎn)。例如，汽壓低于設(shè)定值時(shí)，控制器輸出指令uB要求增加燃料量，由于遲延等因素的存在，往往使uB出現(xiàn)100％飽和。當(dāng)壓力回升時(shí)，指令uB仍在100％，只有當(dāng)壓力超過設(shè)定值時(shí)，輸出才從100％開始下降。由于存在熱慣性，汽壓仍然上升，輸出指令uB從100％減到最小飽和點(diǎn)。經(jīng)歷若干時(shí)間，壓力才開始下降，一旦低于設(shè)定值，又開始一個(gè)新的動(dòng)作周期，使壓力在較大范圍內(nèi)波動(dòng)。解決辦法是在線監(jiān)測(cè)偏差變化率de／dt，根據(jù)de／dt的符號(hào)，在一個(gè)有限域內(nèi)決定設(shè)定值的跟蹤方向。調(diào)節(jié)系統(tǒng)在汽壓狀態(tài)變化后，即發(fā)生控制作用，不完全依據(jù)設(shè)定值與被調(diào)量的偏差e來決定uB的增／減，就會(huì)取得一種較為合理的超前控制效果。例如，當(dāng)de／dt＞0時(shí)，設(shè)定值切到有限域的下限，再加上PID，使uB盡快減小；反之，de／dt＜0時(shí)，設(shè)定值切到上限，uB盡快增大。

綜上，控制策略分?jǐn)⑷缦隆?

a．仿人智能控制部分

①e*de／dt＜0時(shí)，積分作用分離；
②e*de／dt＞0時(shí)，積分作用保留；
③e＝de／dt＝0時(shí)，積分作用分離；
④e和de／dt有一個(gè)為0，另一個(gè)不為0時(shí)，積分不分離。

b．設(shè)定值SV切換部分

設(shè)正常定值為SV0；有限域上、下限為SVmax，SVmin；汽壓為pT，則有：

①｜pT－SV0｜≤M（M為事先設(shè)定好的偏差范圍）且de／dt＜0≤N（N為事先設(shè)好的偏差變化率限制值），則SV＝SV0，進(jìn)行仿人智能定值PID調(diào)節(jié)。
②｜pT－SV0｜＞M或｜de／dt｜＞N時(shí)，SV根據(jù)de／dt的符號(hào)，切到SVmax或SVmin，進(jìn)行仿人智能控制變定值調(diào)節(jié)。

2可編程調(diào)節(jié)器控制策略的實(shí)現(xiàn)

從以上分析可知，實(shí)現(xiàn)本文的控制策略需用微分、乘法、比較、開關(guān)、與、或等等運(yùn)算功能塊，再加上PID控制功能塊即可。使用可編程調(diào)節(jié)器把上述控制策略組態(tài)后存入EPROM中，插到調(diào)節(jié)器上即可工作，其控制流程圖如圖2所示。

圖2仿人智能控制流程圖
3應(yīng)用效果分析

本控制方案自1996年10月在鍋爐主汽壓力自動(dòng)系統(tǒng)上投運(yùn)以來，一直效果良好。以前調(diào)節(jié)指標(biāo)較差，穩(wěn)態(tài)誤差在±0．2MPa左右，穩(wěn)態(tài)值常隨工況變化而改變，且控制輸出動(dòng)作頻繁，對(duì)系統(tǒng)本身也產(chǎn)生擾動(dòng)（見圖3）。改進(jìn)后，機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)，最大誤差可達(dá)±0．1MPa以下，控制輸出變化正常。即使機(jī)組負(fù)荷變化10％，即20MW時(shí)主汽壓力也能很快回復(fù)到正常值范圍，性能指標(biāo)符合要求，見圖4及圖5。實(shí)踐證明，用仿人智能控制方案實(shí)現(xiàn)的控制策略，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，魯棒性強(qiáng)，并且系統(tǒng)具有較高的控制精度。

圖3改進(jìn)前控制輸出動(dòng)作頻繁

圖4改進(jìn)后誤差在±0．1MPa以下

圖5改進(jìn)后控制輸出UB變化正常
4結(jié)論

①仿人智能控制系統(tǒng)的參數(shù)整定較容易，方法可參考常規(guī)的PID控制。
②利用仿人智能控制策略，實(shí)現(xiàn)了鍋爐汽壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)，既提高了汽壓控制精度，又達(dá)到節(jié)約燃料的目的。
③仿人智能控制理論的應(yīng)用，有利于推動(dòng)這門新興學(xué)科的發(fā)展，同時(shí)對(duì)提高自動(dòng)化水平，減輕運(yùn)行值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度意義重大。(end)