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CN108180462B - 一种基于改进mfac算法的锅炉汽包水位控制系统 - Google Patents

一种基于改进mfac算法的锅炉汽包水位控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于改进MFAC算法的锅炉汽包水位控制系统，其中所述蒸汽流量前馈控制器根据检测到的蒸汽流量的变化对上水流量进行计算以确定前馈信号，所述汽包水位控制器根据前馈信号对检测到的锅炉汽包水位进行修正；所述上水流量控制器根据修正的结果调节上水流量以控制所述锅炉汽包水位。汽包水位控制器当被控量的值与设定值的差值较大时，不加入MFAC算法，令输入值保持为一个定值，使得输出能迅速跟踪所述定值；当被控量的值与设定值接近时，加入MFAC算法。本发明不仅能使汽包水位始终处于安全范围，还能更好地投入实际生产中，提高生产效率。

Description

一种基于改进MFAC算法的锅炉汽包水位控制系统
技术领域
本发明涉及锅炉控制技术领域，特别是涉及一种基于改进MFAC算法的锅炉汽包水位控制系统。
背景技术
锅炉汽包是自然循环锅炉的关键部件，它能否正常工作直接关系到锅炉内水循环的安全和输出蒸汽的品质。而汽包水位作为锅炉重要的运行控制目标之一，是一个反映锅炉内能量和工质平衡的关键参数，对锅炉的安全运行造成了严重的影响。若汽包水位过高则会使蒸汽产生带水现象，不仅降低蒸汽的产量和质量，而且会使过热器结垢，影响运行的安全性与经济型；当水位过低时，轻则影响水汽平衡，重则烧干锅炉，严重时导致锅炉爆炸。
为了控制锅炉汽包的水位，相关技术中提出基于无模型自适应控制算法(MFAC)的锅炉汽包水位控制系统，但是系统开始运行时就启动无模型自适应控制器，这样虽然能保证系统的输出能准确地跟踪系统的设定值，但是也会造成系统响应速度变慢，调节时间变长，使系统输出在较长时间内仍不能达到稳定状态。这在实际生产中会造成生产效率低下，成本增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于改进MFAC算法的锅炉汽包水位控制系统，能够提高响应速度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于改进MFAC算法的锅炉汽包水位控制系统，采用串级加前馈的控制策略，将上水流量和汽包水位组成串级，蒸汽流量作为前馈量，包括：包含汽包水位的锅炉；检测所述锅炉汽包水位的水位变送器；检测所述锅炉汽包产生的蒸汽流量的蒸汽流量变送器；检测进入所述锅炉汽包的上水流量的上水流量变送器；所述水位变送器连接汽包水位控制器，所述蒸汽流量变送器连接蒸汽流量前馈控制器，所述上水流量变送器连接上水流量控制器；所述蒸汽流量前馈控制器根据所述蒸汽流量变送器检测到的蒸汽流量的变化对上水流量进行计算以确定前馈信号，所述汽包水位控制器根据所述前馈信号对所述水位变送器检测到的锅炉汽包水位进行修正；所述上水流量控制器通过上水流量控制阀与所述锅炉汽包连接，根据修正的结果调节上水流量以控制所述锅炉汽包水位。
所述汽包水位控制器为主控制器，采用改进的MFAC算法，具体为：当被控量的值与设定值的差值大于阈值时，不加入MFAC算法，即不启动无模型自适应控制器，并且在此时令输入值保持为一个定值，使得输出能迅速跟踪所述定值；当被控量的值与设定值的差值变小且小于阈值时，加入MFAC算法，此时能保证系统控制精度。
所述汽包水位控制器首先根据具体情况设定阈值α，并且α＞0，接着定义设定定值为rin(k)，当输出为yout(k)时，偏差值为|error(k)|，当|error(k)|>α时，令输入值保持在一个定值，加快输出的响应速度；当|error(k)|<α时，采用MFAC算法控制，保证系统的控制精度。
所述上水流量控制器为副控制器，采用PID控制算法。
所述蒸汽流量前馈控制器采用PI控制算法。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明不仅能使汽包水位始终处于安全范围，还能更好地投入实际生产中，提高生产效率。
附图说明
图1是本发明实施方式所提供的锅炉汽包液位控制系统结构示意图图；
图2是本发明实施方式所提供的改进MFAC算法流程图；
图3是本发明实施方式所提供的基本MFAC算法实现图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种基于改进MFAC算法的锅炉汽包水位控制系统，采用串级加前馈的控制策略，将上水流量和汽包水位组成串级，蒸汽流量作为前馈量，如图1所示，包括：包含汽包水位的锅炉；检测所述锅炉汽包水位的水位变送器；检测所述锅炉汽包产生的蒸汽流量的蒸汽流量变送器；检测进入所述锅炉汽包的上水流量的上水流量变送器；所述水位变送器连接汽包水位控制器，所述蒸汽流量变送器连接蒸汽流量前馈控制器，所述上水流量变送器连接上水流量控制器；所述蒸汽流量前馈控制器根据所述蒸汽流量变送器检测到的蒸汽流量的变化对上水流量进行计算以确定前馈信号，所述汽包水位控制器根据所述前馈信号对所述水位变送器检测到的锅炉汽包水位进行修正；所述上水流量控制器通过上水流量控制阀与所述锅炉汽包连接，根据修正的结果调节上水流量以控制所述锅炉汽包水位。
三种控制器中，汽包水位控制器为主控制器，采用改进的MFAC算法；上水流量控制器为副控制器，采用PID控制算法；蒸汽流量前馈控制器采用PID控制算法。
用于汽包水位控制器的改进的MFAC算法，其基本思路是：当被控量的值与设定值的偏差较大时，不加入通用MFAC算法，即不启动无模型自适应控制器，以免所述通用MFAC算法的加入使得系统响应速度变慢，并且在此时令输入值保持在一个合适的定值，使得输出能迅速跟踪设定值；当被控量的值接近设定值时，加入所述的通用MFAC算法，此时能保证系统控制精度，具体实现步骤为：
1)根据具体情况人为设定阈值α，并且α＞0；
2)定义设定值为rin(k)，输出为yout(k)，偏差值为|error(k)|，当|error(k)|>α时，令输入值保持在一个合适的定值，加快输出的响应速度；
3)当|error(k)|<α时，采用通用MFAC算法控制，保证系统的控制精度。
改进MFAC的程序流程图如图2所示，首先，将各个参数进行初始化，并采入设定值与系统输出值，将两者作差，得到偏差值；其次判断偏差值与阈值的大小，若偏差值与阈值大，则令系统输入信号保证在一个定值；若偏差值比阈值小，则启动通用MFAC控制器。
所述的通用的MAFC控制器的设计分为以下四个步骤：
A)非线性系统的系统化。将一个非常复杂的非线性系统转化成一个带有单参数线性时变系统，其泛模型可以表示为
Δy(k+1)＝φ(k)Δu(k) (1)
式中，Δu(k)＝u(k)-u(k-1)，表示系统k时刻较于上一时刻的输入增量；Δy(k+1)＝y(k+1)-y(k)，表示系统k+1时刻较于上一时刻的输出增量；φ(k)为特征参量。
B)控制率算法。
式中，y(k)和u(k)分别表示系统在k时刻输出与输入，ρk为步长序列；λ为权重因子。
C)伪偏导数估计算法
式中，ηk为步长序列；μ为权重因子。
D)辨识与控制。通用MAFC控制算法就是基于泛模型的控制算法式(2)和偏导数估计算法式(3)在线交互轮流进行计算而组成的。当经过系统的I/O数据估计特征参量后，即可应用控制律算法对系统进行反馈控制，控制结果为一组新的观测数据，在已有的数据中添加这一组新的数据，再用伪偏导数估计算法估计下一个时刻的特征参数，如此循环，从而实现整个控制过程。为了便于直观理解给出MFAC结构框图，如图3所示。
所述上水流量控制器所采用的PID控制器，如本领域技术人员所熟悉的，也叫比例-积分-微分控制器，是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。PID控制器的工作原理如下：PID控制器具有数据收集端以及控制端，PID控制器通过数据收集端收集系统的特定数据，然后将收集到的数据与参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输出值，PID控制器根据这个新的输出值由控制端发送控制命令以对系统进行调整以使特定数据达到或者保持在参考值。
不难发现，本发明所涉及的上述锅炉汽包水位控制系统，针对MFAC算法应用于汽包水位所导致的响应速度慢，实际生产效率低下，投入成本高等问题，提供了一种解决方案，不但使汽包水位始终处于安全范围，还能更好地投入实际生产中，提高生产效率。

Claims (4)

1.一种基于改进MFAC算法的锅炉汽包水位控制系统，其特征在于，采用串级加前馈的控制策略，将上水流量和汽包水位组成串级，蒸汽流量作为前馈量，包括：包含汽包水位的锅炉；检测所述锅炉汽包水位的水位变送器；检测所述锅炉汽包产生的蒸汽流量的蒸汽流量变送器；检测进入所述锅炉汽包的上水流量的上水流量变送器；所述水位变送器连接汽包水位控制器，所述蒸汽流量变送器连接蒸汽流量前馈控制器，所述上水流量变送器连接上水流量控制器；所述蒸汽流量前馈控制器根据所述蒸汽流量变送器检测到的蒸汽流量的变化对上水流量进行计算以确定前馈信号，所述汽包水位控制器根据所述前馈信号对所述水位变送器检测到的锅炉汽包水位进行修正；所述上水流量控制器通过上水流量控制阀与所述锅炉汽包连接，根据修正的结果调节上水流量以控制所述锅炉汽包水位；所述汽包水位控制器为主控制器，采用改进的MFAC算法，具体为：当被控量的值与设定值的差值大于阈值时，不加入MFAC算法，即不启动无模型自适应控制器，并且在此时令输入值保持为一个定值，使得输出能迅速跟踪所述定值；当被控量的值与设定值的差值变小且小于阈值时，加入MFAC算法，此时能保证系统控制精度。
2.根据权利要求1所述的基于改进MFAC算法的锅炉汽包水位控制系统，其特征在于，所述汽包水位控制器首先根据具体情况设定阈值α，并且α＞0，接着定义设定定值为rin(k)，当输出为yout(k)时，偏差值为|error(k)|，当|error(k)|>α时，令输入值保持在一个定值，加快输出的响应速度；当|error(k)|<α时，采用MFAC算法控制，保证系统的控制精度。
3.根据权利要求1所述的基于改进MFAC算法的锅炉汽包水位控制系统，其特征在于，所述上水流量控制器为副控制器，采用PID控制算法。
4.根据权利要求1所述的基于改进MFAC算法的锅炉汽包水位控制系统，其特征在于，所述蒸汽流量前馈控制器采用PI控制算法。
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