信自与控制1991年第2期 现代控制理论在火电厂热工过程 控制中的应用 刘一福 安装电力这验研充所，合匙) 要论和计算机技术的发展。大大配进了过程腔解技术的高 ,现代校制论正在火电厂热工 过程控制中得到实际应用。本文概述了殿优挖制、页剥控材。状态反被控制，不确定性腔制等在火电厂热工 过程控制中的研究和应用现伏，并对今后的发展方向作了简单的颜测， 关健问：玩代校制理论，过程控刚，优化粒副，预侧控制，非线性控制。智能控，热工过程 【 火力发电机组控制的中心问题是 一方面要求机组山力迅速地聚踪电网负荷的变化 另一方面在负荷变化时要保证机组的稳定运行，特别是保持主要参数（生汽压力，主汽温 度、汽包水位等)的波动不超出运行规程规定的限值.电厂动力装置是一个高度复杂，慢 时变和不确定的多变量控制对象，传统的控制方式主要是常规PD调节，并以它固有的 简单性、通用性和鲁棒性等性能，始终在电厂过程中占首要地位.如何针对电厂热工过程 的特殊性， 将现代控制理论应用到过程系 统中， 是目前研充的热点 主要讨论现代控 制理论在火电厂热工过程控制中的应用现状。并对今后的发展方向作了简单的预测， 2燃烧过程优化控制 电厂每年因机组的低燃烧效率受到相当的经济损失，环境也因而避到污染，所以提高 燃烧效率、降低发电成本成了人们重视的问题. 日前，世界上现存的机组燃烧控制基本上仍是传统控制仪表的控制方案。 一般是根据 不同的负荷命令给出事先准备好的风燃比设定值，然后根据烟气中的含氧、 一氧化碳或可 燃物等中的某一或若干个测量值，跟踪并保持在风燃比设定值上.这些方案既不能跟随机 组燃烧系统的动态变化，也不能保证有最经济的燃烧效率， 美国Baiy控制公司近年推山一种提高燃烧效率的控制方案1”，并已付诸实施】 经济效益相当可观。基本原理见图1，此方案是将烟气的温度和氧气含量作为 热风损失因 素，将烟气 的氧化碳和可燃物作为燃料损尖因素，利用最小损失优化通近算法，控制火 力发电机组在不同负荷时的最佳风燃比.最小损失优化算法的原理见图2和图3. 日本苫东厚真电站600MW直流炉机组(2机)，白从商业运行以来共使用过18种 煤，每次换煤种都要求燃烧过程的自动周背系统黄新调整，因此北海道电1公司开发山一 种可燃各种煤的燃烧过程白适应调 节系统，当煤种改变时便白动地使燃烧调节系统 的参数调整到最佳状态，在优化过程中也考虑了对NOx物排放昼的限制婴求，松岛火电 站燃用0种煤，煤种混合后达几百种之多.为掌捉燃料的燃烧特性，实现高效燃烧，于 收期：190一11一27
信 息 与控 制 1991年 第 2期 现 代控 制娌 论 在 火 电厂热 工 过 程 控制 中的应用 刘 一福 f安徽电 力试验 研究 所，合 肥) 捕要 控 树理 论和 计算 机技术 的发 展 ，太太 促进 了过 程控制 技术 的 提高， 现代 控制理 论正 在^ 电厂 热工 过程 控 翩 中得 到实 际应 用．奉文 概述 了盛 优牲翩 、 预测控 剧、 状态反 馈 控剧 ，不确 定性 控 树等在^ 电厂热 工 过程控树中的研究和应用现状，并对夸后的发展方向作了简单的预刮． 美整词 ：现 代 控制理 沧，过 程控制 ．优化 控 树．预测控 树 ．非 线性 控 嗣．智 能控制 ，热工 过程 1 前 言 火 力发 电机组 控制 的中心问题是，一方 面要 求机组 出力迅速地跟 踪电 网负荷 的变化 ， 另一方 面在 负荷变 化时要保证 机组 的稳定运行 ，特别是保持 主要参数(主汽压力 、主汽温 度 汽包 水位 等)的波 动不 超 出运 行规程 规定 的限值．电厂动 力装置是一 个高度 复杂 ，慢 时变 和不确定 的多 变量 控 制对 象，传 统的控制方式 主要是常规 PID 调节 ．并 以 它固有的 简单性 、通 用性 和鲁棒性等 性能 ．始 终在 电厂 过程 中 占首要 地位．如何 针对 电厂热工 过程 的特殊性 。将现代控制理论应用 到过程系统 中。是 目前研究 的热点．本 文主要讨 论现代控 制理论在火 电厂 热工 过程控 制中的应用 现状 ，并对今后 的发展方 向作 了简 单的预测． 2 燃烧 过程优 化控 制 电厂每年 因机组 的低燃烧效率 受到相 当的经 济损 失，环境 也因而遭到 污染 ，所以提高 燃烧 效率、 降低发 电成本成 了人们 重视 的问题 ． 目前，世界上 现存 的机组燃烧 控 基本上仍是传统控 制仪 表的控制方案 ．一 般是 根据 不同的负荷命令给 出事先 准备好 的风燃 比没定值 。然后根 据烟气 中的含氧、一氧 化碳 或可 燃物等 中的某一 或若干个测量值 。跟踪并保 持在风燃 比设定值上 ．这些方 案既不 能跟 随机 组燃烧 系统 的动态变化，也不能保证有最经济 的燃烧效率 ． 美 国 Bailey控 制 公 司近 年推 出一 种 提高燃烧 效率 的控 制方案 “．2 ，并 已付诸 实施 ， 经济效益相 当可观 ，基 本原理 见 图 1．此方 案是 将烟气 的温度 和氧气 含量作 为热风损失 因 素，将烟 气 中的氧化碳和可燃物作为燃料损失因素，利用摄小损 失优 化逼 近算法 ，控 制火 力发 电机组在不 同负荷时的最佳风燃 比．摄 小损失优 化算 法的原理 见图 2和 图 3． 日本 苫东 厚真 电站 600MW 直 流炉 机组 (2机)。 自从 商 业运 行 以来 共 使 用过 18种 煤，每次抉煤种都要 求燃烧过程的 自动 调节系统重新调整．因此 北海道 电力 公司开发 出一 种可燃用各种煤 的燃烧 过程 自适 应调节系 统 ” ， 当煤 种改 变时便 自动地使燃烧 调节系统 的参数 调整到 最佳 状态．在优化 过程 中也考虑 了对 NOx物排放量 的限制要求 ．松 岛火 电 站燃 用 2O种煤 ，煤种 混合后 达几 百种之多 ．为掌握燃料 的燃 烧 特性 ，实 现高效燃烧 ，于 收祷 日期 ：199O— l_一 27 维普资讯 http://www.cqvip.com
34 信息与控精1991年第2期 1984年研究开发出指导运行人员的燃烧管理系统0， 国内在燃烧过程的优化控制研究方面刚刚起步，如[5]针对燃烧过程模型参数的不确 定性，讨论了低敏感性最优调节器的应用问题，该方法是为解决系统响应对参数的敏感性 题而产生的，仿真表明其行之行效，对门提高锅炉的运行效率具实际意义 「 始1非9网1 图2报失一风线 图子负荷一风登设定曲线 热风相失 下烟气强度 0烟气合氧量 一氧化碳 图1优化方案泛辑图 3预测控制 由于在实际过程中，燃料、运行工况等的变化。热工对象的模型很难精确得到，就是 得到了也往往是时变、非线性的.预测控制具有对过程模型要求低、实施方便、鲁棒性弥 等独特的优点，因此国外许多学者用预测控制的成果、来开发新醒的锅炉一光轮机机组的 控制系统。取得了一些成就.日本日立公司几年前已开发出用于锅炉主汽温控制的新型预 测控制系统,其采用Kalman滤波器估计输人输出状态值，再用预测模型预测主汽温 度，然后根据预测涵度和给定褪度之 差进 比例积分作用。我国走河等电厂的引进机组采 用了主汽温预测系统，取得了较好的控制效果.国内也有人开履了预测控制算法应用于火 电厂控制的工作，如7]针对国产20万机组磨煤机给煤非线性、对象大纯滞后特性，探讨 了模型算法控制(MAC)应用于磨煤机出口温度控制，并在大同电厂实际试验运行.文8]采 广泽到器o心©方共国生汽一片提热的0的热在美然行边》 意义的仿真数值结果 有人认为，是 于非参数模型的预测控制的进一步发展，有可能根本改变门前过程控制 停滞不前的局面().如在对象时变时，如何进行在线校正，使控制算法具有自适应的功 能：非线性系统知何得到一个类似的算法等， 4 采用过程观测器的状态反馈控制 .瑞士苏尔寿公：日本三菱公司分别开发广究选的蒸汽湿旋拉装宠控的 状态反偾控制夫 利用 某种方法得到过程的内部状态信息， 并用于控 ,采用过 程观测器的状态反傻。在我国成套引进机组中也有应用，绍构如图4所示。 系统状态由外部受热的过热器管路的温度分布决定，所需的中间变量信息，通过观测 感过我动态毯灵迹统校拉让的中圆玩值在赞牢安州安的实 程变量是否一致， 从控制技术应用的角度来说不是主 楚地区分开外界对过程的扰动和它自己对于过程输出的控制作刀. 上述结构的控制系统能够反映过程扰动，产生有力而准确的校正作用，而又不危及控 制回路的稳定性.我国热控人员根锯风扇磨直吹式锅炉生汽正对象是一个大惯性的动力系
34 信息 与控 崩 1991年 第 2期 1984年研究开发 出指导运行人员 的燃烧管理系统 ． 国 内在 燃烧 过程 的优 化控 制研究 方面 刚刚起 步。 如『5]针对燃 烧过程 模 型参数 的不 确 定性 ，讨 论 了低敏感性 最优调节器 的应用 问题 ．该方 法是为解决系统 响应 对参数 的敏 感性 问题而 产生 的，仿真 表明其行 之有 效，对 1：提 高锅炉 的运行效率具 有实际意 义． 蛤风 措々 圉 l 优化 方案逻辑 国 l* ＼ — — ／ ／ ／热甩 戋 ～ ～ ～ 0 一 一 ＼ H * 任 地甩 ^ } 负荷 措々 围 2 损 失一凡量 曲线 图 3 负荷一风 量设 定 曲线 T 烟气 堀 度 HC：埘气 可燃物 量 O ：烟气旮 氧量 CO：烟 气古 一氧 化碳 量 3 预 测控 制 由于在 实际过程 中．燃料、运 行工况等 的变化，热工对象 的模 型很难精确得 到，就是 得到 了也往往 是时变 、非线性 的．预测控 制具 有对 过程模型要求低 、实施 方便 、鲁棒性 强 等 独特的优点 ．因此 国外 许多学者用 预测控 制 的成果 。来开发新型 的锅炉一汽轮 机机 组的 控 制系统。取得 了一些成 就．日本 日立公 司几 年前 已开发 出用于锅炉 主汽温控制 的新 型预 测控 制系统 其采用 Kalman滤波器估计 输入 输出状态值．再用 预测模 型 预测 主汽温 度 ，然后 根据预测温度 和给定 温度之差进行 比例积分作 用．我 国陡河等 电厂 的引进机 组采 用了主汽温预测系统 ．取得 了较好 的控制效果 ．国 内也有人开展 了预测 控制算法应用 于火 电厂控 制 的工作 ，~N[7I针对国产 20万机组磨煤机 给煤 非线性 、对象大纯滞 后特性 ，探讨 了模型 算法控 ~J(M AC)应用于磨煤机 出12温度控制，并在大同 电厂实际试验运行 ．文『8]采 用广义 预测控 ~J(GPc)方 法对国产带汽一汽换热器 的 20万机组 的过热汽温系统进 行 自动控 制。得 到了有意义 的仿真数值结果． 有人认 为。基于非参数模型 的预测控制 的进一步发展，有 可能根本改变 日前 过程 控制 停滞 不前 的局面 0 ．如在对 象时变时，如何进行 在线 校正 ，使 控制算法具 有 自适应 的功 能：非线性 系统如何得到一个类似的算法等． 4 采用过程观测 器的状态反馈控 制 状态反馈控制是利用某种方法得到过程的内部状态信息，并用于拉翩，提高控制的性 能．瑞 士苏尔寿公 司、 日本三 菱公 司分别开发 了先进 的蒸汽温度 控制装置 “ “ ．采用过 程观测 器的状态反馈，在我 国成套引进机组 中也有应用．结构如 图 4所示 ． 系统状态 由外部受热的过热 器管路的温度分布决定．所需的 中问变量信 息，通过观测 器过程动态模 型连续模 拟得 出．计算求得的 中问 变量值 ，在静 态和动态 中与相应的实际过 程变量是否一致 ，从控 制技术应 用的角度来 说不是主要的 ．主要的是 过程 变量控制 器能 清 楚地区分开外界对过程 的扰 动和它 自己对于过程输 出的控 制作用 ． 上 述结 掏的控 制系统能 够反 映过程扰 动．产生有力而准确 的校正作用 ．而又不危及控 制回路 的稳定性 ．我 国热控人员根据风扇磨直吹式锅 炉主汽压对象是一个大 惯性 的动力 系 维普资讯 http://www.cqvip.com
现代控制理论在火电厂热工过程粹动中的应用 统这一动态特性，研究开发了一种采用状 态反馈的主汽压自动调节系统四 ，!1↓具如热意代论 在河北微水电厂投人运行，主汽压动态偏 差小于1%，优于规程规定要求. 显然，状态控制过程具有利用过程观 R 测模型所产生的全部过程信息的优点，只 是信良的质骨化示的稍 由于可控性 能改善 观测器的状态变量反馈 水 制与P肛控制器结合，有可能得到更好的控 图4采用多熏状态反被的汽祖系统 制效果 5不确定系统的控制 由于火电厂热力过程模型的不确定性，研究不确定系统的控制设计应该具有：①对于 模型不确定性的鲁棒性；②对于 系纷 动 杰特性缓慢变化的适应性 51自适应控制 目前，国外已有电厂主要过程系统，如燃烧过程、主汽温度等，成功地实施了自适应 控制，如F5s!等人捉出了一种具有递推辨识和LQ多步控制准则的自适应控制器 1983,1985年在捷克的200MW单元机组的亚临界汽包炉上第一次通过验证1,2).所证 多步自校正控制器是按多变盘输程单输人单输出控制器 系统中把自校正控制器(STC)接 入模拟式串级控制回路，且代替主PD控制器.结构如图5. 电厂和模拟试验结果证明，用多步控 制准则的LQ STC能改善过热汽温控制效 果，解决了内环动态特性和非望性特性及 人汽湿度丸流 采样周期的选择等问题 为了解决现代控制理论应用于实际过 「执行系统一水机注格 程存在的问题，日本学者研究开发了一种 用于变压锅炉的模型参考自适应控制系统 控制器 RACS)1D，自应放信号由几个 图5适空级过视制系统 简化的闭环回路综合获得 ,MRACS结 框图见图6. 色整排人十 在系统中，被控过程传递函数采用具 有相关度"d”的能观测性正则形式，对未知 的时变参数过程来说，MRACS采用隐式 算法， 具有快速收敛特性的时变最小方差 估计法用作自适应辨识器，由于系统易于 白 实施。对于电厂锅炉控制有实际意义 另外，由于汽轮机在启运过程中，其 特性不易确定，而且在升速过程中参数变 文15对自适应控制应用于国产 图6 隐式M又ACS结构框图 汽轮机启动过程的闭环控制进行了研究，采用信号综合自适应的并联适应模型跟踪控制系
现代控靠4理论在火电厂热工过程柠击9中的应用 统这一 动态 特性 ，研究 开发 了一种采 用状 态反馈 的 主汽压 自动调 节 系统 “ ，并 已 在河北 微水 电厂投 入运行 ， 主汽压动 态偏 差小于 1％ ，优于规程规 定要 求． 显然 ，状 态控 制过程 具有 利用过 程观 测模型所 产 生 的全部 过程信 息 的优点 ，只 是信 息 的质 量 比实 际的稍 差．由于可控 性 能改善 ，将 带有观 测器 的状 态变 量反馈控 制与 PI控 制器结合 ，有可能得到 更好 的控 制效 果． s 不 确定系统的控制 图 4 采用多 重状 态反馈 的汽 温 系统 由于火 电厂热 力过程模 型的不确定性 ，研究 不确定系统 的控 制设计 应该具有 ：①对 于 模型不 确定 性的鲁棒性；②对于 系统 动态特性缓慢变化 的适应性 ． 5．1 自适应控 制 目前 ，国外 已有电厂主要过程系统，如燃 烧过程、主汽温度 等，成功地实施 了 自适应 控 制．如 Fessl等人 提 出 了一 种 具 有 递 推 辨 识 和 LQ 多 步 控 制 准则 的 自适 应 控 制器 ． 1983， 1985年在捷克 的 200MW 单元机组 的亚 临界 汽包炉上第 一次通 过验 证 Cl3,237．所谓 多步 自校正控 制器是按 多变量编程 单输入单输 出控 制器 ．系统 中把 自校正 控制 器(STC)接 A模拟式 串级控制回路，且代替主 PID控制器．结构如图 5． 电厂 和模拟 试验 结果证 明 ，用多步 控 制准 则 的 LQSTC能 改善过 热汽温控 制效 果 ，解 决 了 内环动 态特性 和非线性 特性及 采样周期 的选择等 问题． 为 了解决 现代控 制理 论应用 于实 际过 程存 在 的 问题 ， 日本学 者研 究开发 了一种 用于变压 锅 炉 的模 型参考 自适应控 制 系统 (M RACS)‘14)，其 自适应 前馈信 号由几个 简 化 的闭 环 回路 综 合获 得 ．M RACS结 构 框 图见 图 6． 在系 统 中，被控 过程 传递 函数采 用具 有相 关度 d 的能观 测性正 则形 式．对 未知 的时 变参 数过程 来说 ，MRACS采 用隐式 算法，具有快速收敛特性的时变最小方差 估计 法 用作 自适应 辨识 器．由于 系统 易于 实旋 ，对于电厂锅炉控 制有实际意义． 另外 ， 由于汽轮 机 在启运过 程 中，其 特性 不易 确定 ，而且 在升速过程 中参数 变 燕械 崖 图 5 自适 应 申级 过 汽 温控 制系境 前馈控 制 化很大 ， 文 [15l埘 自适应 控 制应 用于 国产 图6 隐式MRACS结栲框图 汽轮 机启 动过程 的闭环控制进行 了研究 ，采用 信号综台 自适应 的并联适 应模 型跟踪控制系 维普资讯 http://www.cqvip.com
36 信息与控制1991年第2别 统 基于ARMAX辨识模型的多变量白校正解祸算法和白校正PD轻制器在机炉协调控 制系统中的应用，6,1作了一些有益的探讨，还有待于进一步改进和 实际试验运行 对于不确定系统 自适应控制在捉高控制品质与鲁棒性方面是有效方法，日前自应 控制的研究仅限于对象模型结构已知（阶次、时延及有关扰动特性等），对结构未知、不确 定系统具有不可测输出干扰时，采用通常的白适应柱制方法往往会出现不稳定现象，G, C.Goodwin等人认为其根本原因在于现存的白适应算法都没有从鲁棒轻制器山发.因 此，目前自适应控制之热点是寻找不确定系统的鲁棒性白话应算法，以及在系统动态特性 慢变化特定条件下提高控制系统的性能， 非线性控制 非线性系统稳定性不仅与系统的内部结利有关，而且与系统的初态和扰动的性质有 关，这些正是常规控制方式难以处理的，总体评价法)是处理非线性系统的一种新方 法，它是通过一张总体评价图和总体评价表来揭示非线性系统的各种内在特点，已川于汽 轮发电机机组的非线性控制系统的研究 模(Fy控制方法对非线性系统具有很好的鲁棒性.现在已有人开始用这种方式 研究火电厂过程控制，【1S)也讨论了Fuzy控制应用于（轮机府动过程中的闭环控制的问 题，其效果低于自适应控制。主要是在初始段有振荡现象，但仍优于常规控制规仆.电厂 磨煤机采用Fuzy控制方法)，可克服负荷测量信号的非线性、慢时变性，使其负荷在 很大变化范围内都可得到较好的控制.该Fy控制系统的成功应用将为在火电厂其它较 太 较复杂的过程中实行Fy控制积累经验】 利用人工智能原理，再结合控制理论解决控制问题，是日前控制理论研究的前沿.这 类智能控制方法可以不掌握被控对象的内在特性而去直接研究控制器，因此它对解决不确 定系统的控制问题有特别的效果。 采用智能控制给改普电厂运行条件 家知以 提高发电机组的可川率和可常性捉供了更 多的方法，近年来，国外已开发了不少电 厂用的专家系数〔19,20) ,主要以设各，切 器诊断型为主，也有于性能评估和运千 过程检测控制的专家系统， 大都 处于知识库体系的建立阶段， 一部分已于 始实用化和商业化.白校正控制器不采刀 固定参数调节已知过程或整制回路，它本 图7PID数 的设定参数会不断地随被控对象的特性 面变化 制最优 因此 它特别适用丁机炉协调控制 专家系统实现PID 参数自校正的过程，框图如图7所示，工作过程见图8.文2极出一种专家自适应PD 控制器，并对锅炉串级三冲量给水控制系统作了仿真研究.这种控制器根据误差模式拼识 出来的波形的超调量、衰诚率、衰减振荡周期决定波形模式，然后根据这种波形模式在知 识库中找到对象的控制策略，经过白适应轻制，使系统反应被形还近于某 个性能指标
36 信息与控制 1991年 第 2期 统 ． 基于 ARMAX辨 识模 型的多变量 自校 正解 祸算法和 自校正 PID 控 制器 在机炉协调控 制系统中 的应用，rI6， I71作 了一些有 益的探讨 ，还 有待 于进 一步改进和实 际试 验运 行 ． 对于不确定 系统， 自适应控制 在提高控制 品质与鲁棒性 方面是有效方 法 ．目前 自适应 控制 的研 究仅限 于对 象模 型结 构已知(阶次 、时延及有关 扰动特性 等)，对 结构 未知、不确 定系统 具有 不可 测输 出 干扰时 ，采用通 常 的 自适应控 制方 法往往 会 出现不 稳定现 象．G． C．Goodwin等 人认 为 其根 本 原 因在 于现 存 的 自适应 算法 都 没有 从 鲁棒 控 制器 出发 ．因 此， 日前 自适应控 制之 热点是 寻找不确定 系统的鲁棒性 自适应算 法 ，以及 在 系统 动态特性 慢变化特定条件下提 高控 制系统 的性 能． 5．2 非线性控 制 非线性 系 统稳定 性不 仅与 系统 的内部结构有 关， 而且 与 系统 的初 态 和扰动 的性 质有 关 ，这些 正是 常规控 制方 式难 以处理 的 ．总体评 价法 “ 是处理 非线 性系 统 的一 种 新方 法，它是通 过一 张总体评 价图和总体评 价表来揭示非线性 系统 的各种 内在特点， 已，兀于 汽 轮发电机机组的非线性控制系统的研究． 模糊 (Fuzzy)控制方 法 对非线 性 系统具有 很好 的鲁 棒性 ．现 在 已有人开 始用这 种方 式 研究火 电厂过程控 制，【】5llg~-,t论了 Fuzzy控 制应用 于汽轮机启动过程 中 的闭 环控 制的例 题，其效果低于 自适 应控制 ，主要是 在初始 段有振荡现象 ，但仍 优于常规控 制规 律．电厂 窘煤机采用 Fuzzy控 方法 ，可克服 负荷测量信号 的非线性、慢时变性 ，使其 负荷在 很大变 化范 围内都 可得 到较好 的控 制．该 Fuzzy控 制系统 的成功应用将 为在火 电厂其 它较 大、较复杂 的过程 中实行 Fuzzy控 制积 累经验． 5．3 智能控 制 利用人工智 能原理 ，再结台控制理 论解决控 静』问题，是 目前 控制理 论研究 的前 沿．这 类智能控制方法可 以不掌握被控对 象的内在 特性而去直接研究控 静J器， 因此 它列 解决不确 定系统 的控 翩问题有 特别 的效 果． 采用 智 能 控 静J给改 善 电 厂 运行 条 件 、 提高 发 电机组 的可 ．f『1率和可 靠性 提 供 了更 多的 方法 ．近 年来 ，国外 已开发 了不少 电 厂用的专家系统 “,203，主要以设备 、机 器诊 断型 为主 ，也有用 于性能 评估和 运行 指 导 、过 程检 测控 耐 的专家 系统，大 部分 处于知识库体系的建立阶段，一部分 已开 始实 用化 和 商业 化 ．自校 正控制 器不 采 ．fⅡ 固定参 数调 节 已知过程 或控制 回路 ，它 本 圈7 PID参数自校正专家系统框图 身 的 没定参 数会不 断地 随被控 对象 的特性 而变化，从而可 使过程控 制摄优 ，因此 ，它特 适用 丁机炉 协调控 静J．专家系统 实现 PID 参数 自校正 的过程 ，框 图如 图 7所示， 工作过程见 圈 8．文【21]挺 出一种 专家 自适应 PID 控制器，并对 锅炉 串级 三 冲量给水控 制系统 作 了仿真研究 ．这种控制 器根 据误差模式辩 讽 出来 的波形 的超调量、衰减率 、衰减振荡周期决定波形模式，然后 根据这种 波形 模式 在知 识库 中找到对象 的控 静J策略，经过 自适应控 制，使系统反应波形逼 近于某一 个性 能指标下 维普资讯 http://www.cqvip.com
视代控制理论在火巾厂热工过程控制中的应用 37 的日标波形 虽然智能控制是目前控制领域中的一个极为活跃的方面，然而可以说，智能控制的理 论框架还没有充分形成.真正的智能控制还必须解决以下主要问题2”： ()如何针对过程系统特点，将过程的“深层”与“浅层“知识合理地结合起来，以构成 智能控制的知识库： (②)如何将过程专家的操作经验归纳和总结起来，以构成能自学习、自推理的智能决 策系统 6结束语 尽管现代控制理论有了很大的发展， 但是在实际过程中坏未能得到钙村用 N 其重要原因在于实施困难，计算机技术的 迅速发展和分散控制系统在火电厂的应 「制坐被名a 用，使现代控制理论卯于热工过程变得易 于实现.当然，这还需要广大热控人员坚 持不解的努力。 [彩划分 以上介绍的情况表明。现代控制技术 在电厂的应用研究潜力很大，特别是优刊 包 控制、自适应控制和智能控制等的应用会 使电厂自动控制达到一个新的水准.必须 在上述研究基酣上进一步改进和完善系 推理机构工作过程流 统，但是它们不能完全取代原有的控制系统。许多成功的应用往往是新老控制系统的互 结合 由于对象特性难以在线识别，过程数学摸型的建立过于复杂，所以在90年代国内外 还很难实现整个发电机组的最优控制，但会实现一些局部的最优控制。预期在过热燕汽湿 度、燃烧过程周带克服妆种变化等影响).机协周整制尤其是有战炉密)第顶口中 局部采用 代控制理论进行控制 可望收到好的效果 目前我国电厂热工过程自动控制水平还很低，更需要加快研究先进的控制系统的步 伐，以提高我回电力工业的自动化水平. 参考文献 I Mortensen L Sotter G.Instrumentation Helps Optimize Pulverized Coa]Combustion.Power Engincering.1989 930米33-36 2陈根明，现代发巴机组的燃烧效率证高方案。火电厂热工月动化，1990：2上29-3】 3板西近莎.燃用各的锅炉的自近应调节系统的、火力了力发电，198940653-62 4菊地智.燃煤民护地烧管理系统火力子力发电.1937：322341 5照家试，张正方.钢如燃烧控倒系统的位敏盛性城优调节择，自动化与仪器夜表，1990(3让37一41 6杨平，莉思义.大型发地厂新型控制系统研究动然.国外自动化。985：5-9 7刘军，李藏长，国产20力机组制粉系统数机自动粒制研究.也力技术，1990：(3牡33-35
现代 控制理 |仑盎A 屯厂热工 心 程控 树 中的应 用 37 的目标 波形 ． 虽 然智 能控 制是 目前控制 领域中的一个 极为活跃 的方面．然而可 以说．智能控 制的理 论框架还 没有 充分 形成 ．真 正的智能控制还必须解决 以下 主要 问题 0 ： (1)如何 针对过程 系统特点 ．将过程的 深层 与。浅层 知识合理 地结合起来 ． 以构成 智能 控制的知识库 ； (2)如何将 过程专 家的操作经 验归纳和总结起来 ， 以构成 能 自学习、 自推理 的智能 决 策系统 ． 6 结束语 尽 管现 代 控 制理 论 有 了很 大 的发展 ， 但是 在实 际过 程 中还 未能得 到广 泛应 用 ． 其重要 原 因 在于 实施 困难 ．计 算 机技术 的 迅 速 发 展 和 分 敝控 制 系 统 在 火 电厂 的 应 用，使 现 代控 制理论 用于热 工过程 变得 易 于实 现 ．当然 ，这 还需要 广大 热控 人员 坚 持不懈 的努力 ． 、 以上 介绍 的情况 表 明．现代控 制技 术 在电厂 的应 用研究潜 力很 大 ，特 别是优 化 控制 、 自适 应控 制和 智能控 制等 的应 用会 使电 厂 自动控 制达到一 个新 的水 准 ．必 须 在 上 述 研 究 基 础 上进 一 步 改 进 和 完 善 系 图8 推理机构工作过程漉 统，但是它们不能完全取代原有的控制系统．许多成功的应用往往是新老控制系统的互相 结合 ． 由于对 象特性难 以在线识别 ．过程 数学模 型的建立过于复 杂 ，所 以在 90年代 国 内外 还很难 实现整个发 电机组 的最优 控制，但 会实现一些局部 的最 优控 制．预期在过 热蒸 汽温 度、燃烧 过 程调 节(克服煤 种 变化等影 响)、机 协调 控 制(尤 其是直 流炉控 制)等 项 口中， 局部 采用现代控 制理 仑进行 控制．可望收到好 的效 果． 目前 我国 电厂热 工过 程 自动控 制水平 还很低 ，更 需要加 快研 究先进 的 控翩 系统 的步 伐 ，以提 高我国 电力工业 的 自动化水平 ． 参 考 文 献 M ortcnsen k SolterO．]nsIrumcntation HeI~sOplimiz~PulverL~clCoalCombustion．PowerEn nccrJn~，1989； 93(3)：33-36 阵 根明．现代 教甩 机蛆 的燃烧技 率提高 方 寨．火 屯厂热工 自动化， 1990；(2)：29-31 坂 西 进等 蜊 用 各种焯 的锅 舻 的 自适应 调 节系境的 玎f制 火力 于力 篮电 ． 1989；4O(6)：53—62 菊地智等．燃璐锅炉燃烧管理系统．火力娘子力发电，198)；38(2)：23-41 陈裳棋．张正方 锅炉燃烧控制系统的低破感性最优调节器．自动化与仪器仪表，1990~(3)：37-4I 扬 平， 翁思 义．大 型发 电 厂新 型 制系 统研究 动态．同 外 自动化， I985：(1)：5-9 刘 军 ．孝 簋基，圈产2O 机组 涮村系统 微 机 自动控 制 f究 ．电力技术 ． I990；(8)：33—35 维普资讯 http://www.cqvip.com
38 行息与控剑191年第2期 8B到虹等.大范闲测轻别在过程控都中的应用群究，葫力工程学会月控七委会第三所学术交汽会，上满，1y0 9夏题世。齐城过程控制的发娱与.化工日动化及仪表，1990.71-4 r on Sup民 healer Tempera dure Contro]System.SULZER BROTHERS LIMITED,1986 11三变重工M1DAS-8000控制系使技术究名，1986 12徐书藝等，材粉系统为风扇磨直吹制的锅炉主汽匹自控系铁的究.中闲电机工程学报。190：104：61-66 3 Fessl J.The Cascade Control of Superheat Stcam Temperature wth LQ Self-Tuning,IFAC Symp on 4内田主干等.变压锅的模型参考自适位城锁控.火力了力发电.198实40565-74 15徐基像，金水.汽轮机自升速过程的自话立粒制.黑龙江目动化技术与应用，。1990：9(2：20-24 6刻一辆等，多变盘月校正解耦控制器在火九厂协河炉制中的应用研究。全国挖制理论及式应用年会论文果Lh西 安，1989 7建.多变星校正端PD控制器及其在协控到中的应用。中国电机工程学报。198：945- 13张铺一，礼轮机非线性控制系统的总体评价法.动力工程学会第三m学术会。上海99 19 Smith D J.Artilicial Iniclligence-Today's New Design and Diagnostic Tool.Power Engineering,1989:93(1 26-30 20 Armor A F.Expert Syst 商雪平，、专白适应PD整制在热工过配制中的位用。力工程学合第三丽学术会。上海。1990 ·何文光 1笋机控制系统的有能化老势.算机应用，1990：100) APPLICATIONS OF THE MODERN CONTROL THEORY TO THERMAL PROCESS CONTROL LIU Yifu Abstract The development of control thcory and com ss.This paper surveys the status that optimizing control,predictive control,state feedback undetermined system control are applied to actual plants.and foreeasts the prospect of thermal proccss control. ontrol.predictive control.nonlinca control,intelligence control,thermal proccs
38 信 丘l与控制 1991年 第 2期 8 吕剑虹等 ，大 葩 尉徊捌 拄{Ii在 过程控 村 中的应 用研究 ．动力 工挫学 台 自控 专 蚕会 第三同 学术 交 会 ， 上海 ．1990 9 夏 圈世 ．邬齐 斌，过程 控制的 发展 与展望 ．化 工 自动 化及仪 表， I990； 170)：卜 4 10 H erzogR ．K og[U ．O1)crationalExperiencewith a SLaicVariableControllcrw ith O bserveroR SuperheaterTem pera· l咐 tContro]System．SULZER BROTH ERSLIM ITED ．1986 I1三菱 重 TMIDAS—g000控制 系统技 术资粘 I986 12 棣书菘 等 ，制 粉系境 为风崩 磨直 吹制 的锅炉 主汽压 自拉 系统的 日}究．中 国电 L工程学 报 1990； 10f4)：6l一66 13 FesslJ．TheCascade ControlofSuperheatSteam Temperaturewith LQ Self-TuningController，lFAC Symp0n ldentificatiortandSystem PzrameterEstimatlon．198S l4 内田主 干等．变压锅 炉的模 型 参考 自适 应前 馈控 制 火力 r力 发 电． 1989；40175)：65—74 15棣基豫．盆永样 汽轮机 自升建立【程的自适应控制．黑龙江 自动化技术与应用．1990；9【2)：20-24 l6 刘一 福等 ，多变 篮 白拉 正懈 耦控 制器 在 火 电厂协调 控制 中的应 用研 究 ．全 国控 制 理 沦及其 应用 年会 论文集 )， 安 ， j989 17 曹建 亭．多变 盆 自校正前馈 PID控 耐器 及 在 调 控 制 中的应用，中 国电机工程 学报 ． 1989；9fll：48-55 18张镇 等．汽轮机非线性控树系统的总体评价法．动力工程学台第三届学术会．上海．1990 l9 Smith D J ArLificia]Intciligcncr Today’s New Dcdgn and DiagnoslicToo]，PowerEngineering．1989；9](1)： 26—3O 29 ArmorA F．ExpertSystemsforPowerPlants：theFloodgatesarcOpening PowerEngineering．1989；93177)：29—33 2I高雷 平 ．谢戢 阁，专 家 自适 应 PlD控{ljI在热工廿 程 控制 中的应用 ，动力工 程学会 第三届学 术会 ，上 海． 1990 丑 王广 ．伺文光，讣算机控制系缆的智能化始毋， 算机应用．1990；to(t) 23 Fc圳 J，AnAp01icationofMu]tivariabl~Sc]f-TIIningRegulatorstoD rum BoilerContro1．AutomBtica。1986；22 ) APPLTC ATIo N S oF TH E M o D ERN Co N TRo L TH Eo RY To TH ER M A L pRo CESS C0 NTR 0L LIU Yi． fu (AnhaiE1cctricPowerInstiture) Abstract Thc dcvelopmcnt ofcontroithcory and com putcrtechnology prom otcsgreatly the [m provcmcntof W occsscontrolleve1．Thcm odern controlthcroyiscom ingintouscin actualapplicationsto thcrmalpro· ∞ ss．Thispapersurveysthcstatusthatoptim izing control，prcdicfivcControl，statefccdback controland undeterm ined system controlarc applicd to actual01ants，and forecaststhe prospectofthcrm alprocess co ntro1． Keywords： m odcrncontrolthcory．proccsscontrol，optimizingcontrol，predictivecontro1．nonlincar control，intelligcncucontrol，thermalprocess 维普资讯 http://www.cqvip.com