燃?xì)鉅t窯爐膛壓力計(jì)算機(jī)智能模糊控制節(jié)能方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于工業(yè)爐窯自動(dòng)化過(guò)程控制中的智能控制領(lǐng)域，具體屬于計(jì)算機(jī)智能模 糊控制技術(shù)。具體涉及燃?xì)鉅t窯爐膛壓力計(jì)算機(jī)智能模糊控制節(jié)能方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，燃?xì)鉅t窯所采用的節(jié)能技術(shù)如下：
[0003] 1.采用空氣、煤氣換熱器及蓄熱式燃燒技術(shù)等實(shí)現(xiàn)高溫?zé)煔獾挠酂峄厥眨?br>[0004] 2.采用隔熱、輕質(zhì)、耐火保溫的爐襯材料，通常選用節(jié)能的硅酸鋁纖維棉；
[0005] 3.采用節(jié)能型燃燒器技術(shù)，即選用節(jié)能燒嘴；
[0006] 4.采用紅外輻射涂料技術(shù)可提高傳熱速度；
[0007] 5.通過(guò)空氣過(guò)剩系數(shù)對(duì)空燃比進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證燃?xì)獬浞秩紵?br>[0008] 6.采用計(jì)算機(jī)集散控制方式提高系統(tǒng)控制精度。
[0009] 上述節(jié)能技術(shù)相對(duì)成熟，被廣泛應(yīng)用于燃?xì)鉅t窯的現(xiàn)代化改造項(xiàng)目中，并且取得 了較好的節(jié)能效果。在以上節(jié)能技術(shù)單獨(dú)使用或組合使用后，對(duì)燃?xì)鉅t窯的爐膛壓力控制 算法進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件對(duì)燃?xì)鉅t窯的爐膛壓力實(shí)施控制，使?fàn)t膛壓力P始終保持 在所允許的正偏差：pie范圍內(nèi)，通過(guò)提高爐膛的平均壓力來(lái)增大爐內(nèi)高溫?zé)煔獾钠骄芏?P，從而加快高溫?zé)煔馀c工件之間的對(duì)流傳熱和輻射傳熱速度，可進(jìn)一步降低燃?xì)鉅t窯的能 耗。
[0010] 傳統(tǒng)爐膛壓力控制示意圖如圖1所示，為了防止執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁動(dòng)作，傳統(tǒng)的爐膛 壓力控制算法通常減弱或去掉微分環(huán)節(jié)而采用PI控制算法，該算法屬于滯后性控制，爐膛 壓力在平衡點(diǎn)附近容易出現(xiàn)來(lái)回震蕩現(xiàn)象，因此，當(dāng)爐膛壓力設(shè)定值為〇仏時(shí)，容易出現(xiàn)爐 膛負(fù)壓狀態(tài)，爐膛負(fù)壓狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致冷空氣被吸入爐膛內(nèi)而降低爐溫，浪費(fèi)能源，同時(shí)，由于 爐膛內(nèi)處于負(fù)壓狀態(tài)，因此爐膛內(nèi)的高溫?zé)煔饷芏认鄬?duì)較小，降低了高溫?zé)煔馀c工件之間 的熱交換速度，一部分熱量來(lái)不及與工件進(jìn)行熱交換就從煙道被抽走，降低了燃?xì)鉅t窯的 熱效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的是為了在單獨(dú)使用或組合使用上述節(jié)能技術(shù)之后，通過(guò)改進(jìn)燃?xì)?爐窯的爐膛壓力控制算法，進(jìn)一步降低燃?xì)鉅t窯的能耗，而提供一種燃?xì)鉅t窯爐膛壓力計(jì) 算機(jī)智能模糊控制節(jié)能方法。本發(fā)明通過(guò)溫度智能模糊控制算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)爐膛溫度的精確 控制；通過(guò)設(shè)計(jì)壓力超前智能模糊控制算法不僅提高了爐膛壓力控制的穩(wěn)定性，而且可使 爐膛壓力P始終保持在所允許的正偏差pie范圍內(nèi)，通過(guò)提高爐膛的平均壓力來(lái)增大爐內(nèi) 高溫?zé)煔獾钠骄芏萈，從而加快高溫?zé)煔馀c工件之間的對(duì)流傳熱和輻射傳熱速度，可進(jìn)一 步降低燃?xì)鉅t窯的能耗，其理論依據(jù)是：根據(jù)對(duì)流傳熱及輻射傳熱理論，當(dāng)其它條件相同的 情況下，熱流體密度越小，熱流體與工件之間的傳熱速度越慢，熱流體密度越大，熱流體與 工件之間的傳熱速度越快。
[0012] 本發(fā)明技術(shù)方案：
[0013] 燃?xì)鉅t窯爐膛壓力計(jì)算機(jī)智能模糊控制節(jié)能方法，其特征是按以下步驟進(jìn)行：首 先是將溫度偏差和溫度偏差變化模糊化后，通過(guò)溫度智能模糊控制算法得出控制量的模糊 量值，對(duì)控制量的模糊量值解模糊也就是清晰化處理得到溫度控制輸出值，將溫度控制輸 出值以PWM方式進(jìn)行輸出，直接作用于被控制對(duì)象，被控對(duì)象為燃?xì)鉅t窯各控溫點(diǎn)所對(duì)應(yīng) 的大燃?xì)忾y和小燃?xì)忾y，然后對(duì)所有控制點(diǎn)的溫度控制輸出值之和求平均值，將該平均值 與壓力偏差模糊化后，通過(guò)壓力超前智能模糊控制算法得出壓力控制量的模糊量值，對(duì)壓 力控制量的模糊量值解模糊也就是清晰化處理得到壓力控制輸出值，壓力控制輸出值經(jīng)過(guò) D/A轉(zhuǎn)換后輸出4~20mA位置控制信號(hào)，將位置控制信號(hào)與位置反饋信號(hào)相比較，最后輸出 正、反轉(zhuǎn)控制信號(hào)作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為燃?xì)鉅t窯的電動(dòng)執(zhí)行器。
[0014] 所述的溫度智能模糊控制算法包括基于控制規(guī)則自調(diào)整的模糊算法和智能積分 兩部分，其表達(dá)式為：U=α E-(l-a E，其中，E為偏差，EC為偏差變化，U為控制 量的模糊量值，E、EC、U e[-6,6]，α為自尋優(yōu)權(quán)值，其取值規(guī)則如下：設(shè)基本權(quán)值α1 = (|Ε|+6)/12,修正權(quán)值a2=((|E|+6)/12+|E|A|E| + |EC|))/2,當(dāng)|E|+|EC|= 0 時(shí)：α =0· 5;當(dāng)|E| + |EC|乒0時(shí)：如果|EC|>|E|并且|EC-E|增大或不變，那么α=Min(aρ a2)，否則如果|EC|〈|E|并且|EC-E|增大或不變，那么aa2)，否則a= (a1+a 2) /2,其中Min、Max分別為取最小值和取最大值函數(shù)，IE I、I EC I分別為E和EC的絕 對(duì)值，α取值不同，則可得到不同的控制規(guī)則，以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制規(guī)則的自調(diào)整，&為智能積分 系數(shù)，積分條件為：當(dāng)|E| >2時(shí)停止積分；當(dāng)|E| <2且|E|增大或不變時(shí)積分，否則停止 積分，該智能積分方式可進(jìn)一步縮短系統(tǒng)的穩(wěn)定時(shí)間，通過(guò)上述智能模糊控制算法，使系統(tǒng) 具備了良好的動(dòng)靜態(tài)特性。
[0015] 所述的壓力超前智能模糊控制算法包括基于控制規(guī)則自調(diào)整的模糊控制算法和 智能積分兩部分，其表達(dá)式為：
分別為壓力偏差、所有控制點(diǎn)的溫度控制輸出值之和的平均值和控制量的模糊量值，Ep、UpG [-6,6], Ι? 6 [Ο；：6] ，U = KVi X (11丄+ :11.2 + U多+ …+ + .U《g-4) .+ un ) /η Ku為模糊化系數(shù)，un為各點(diǎn)溫度控制輸出值，unG[0, 1]，n為控制點(diǎn)數(shù)，ap為 自尋優(yōu)權(quán)值，其取值規(guī)則如下：設(shè)基本權(quán)值apl=(|Ep|+6)/12,修正權(quán)值
|Ep| + |?|矣0時(shí)：如果ΕρjmEp增大，如果Π增大或不變，那么ap=Max(apl， αp2)，否則αp=(αpl+αp2)/2;如果Ep>?并且Ep不變，如果?增大，那么αP=Max(αpl，〇|52)，如果〇不變，那么<1|：)=((1|：)1+(1 |：)2)/2，否則（1|：)=]\^11((1|：)1，（1|：)2) ;如果￡{12 1]并 且 小，如果Π增大，那么ap=(apl+ap2)/2,否則ap=Min(apl，ap2);如果Ep<U 并且Ep增大，如果〇增大或不變，那么ap=Min(apl，ap2)，否則ap=(apl+ap2)/2;如 果Ερ<??并且Ep不變，如果iJ增大，那么ap=Min(aρ1，αρ2)，如果U不變，那么αρ = (αΡι+αΡ2)/2,否則ap=Max(aρ1，αρ2);如果Ερ<U并且Ε,小，如果u增大，那么αρ =(%1+%2)/2，否則€[|5=|&?(€[|51，€ [|52)，其中組11、1&?分別為取最小值和取最大值函 數(shù)，|Ej、|H|分別為匕和0的絕對(duì)值，％取值不同，則可得到不同的控制規(guī)則，以實(shí)現(xiàn)對(duì)控 制規(guī)則的自調(diào)整，心為智能積分系數(shù)，積分條件為：當(dāng)壓力控制輸出值大于零并且|EP|增大 或不變時(shí)，如果Ep>0并且壓力控制輸出值減小或不變或者Ep〈0并且壓力控制輸出值增大或 不變時(shí)積分，否則停止積分。
[0016] 本發(fā)明技術(shù)效果：
[0017]L采用壓力超前智能模糊控制算法所得爐膛壓力控制的理論效果
[0018] 設(shè)爐膛壓力最大允許誤差為e，當(dāng)爐膛壓力設(shè)定值為（0土e)Pjt，圖2為傳統(tǒng)方案 所得爐膛壓力控制理論效果圖，控制算法選擇PI調(diào)節(jié)，爐膛壓力控制范圍為（_e~e)Pa，圖 3為本方案所得爐膛壓力控制理論效果圖，爐膛壓力控制范圍為（0~e)Pa。
[0019] 2.采用壓力超前智能模糊控制算法所得爐膛壓力控制的實(shí)際效果
[0020] 當(dāng)爐膛壓力設(shè)定值為（5±5)匕時(shí)，圖4為傳統(tǒng)方案所得爐膛壓力控制實(shí)際效果 圖，控制算法選擇PI調(diào)節(jié)，爐膛壓力實(shí)際控制范圍為（0~10)Pa，圖5為本方案所得爐膛壓 力控制實(shí)際效果圖，爐膛壓力實(shí)際控制范圍為（5~10)Pa。由圖4、圖5比較得出：壓力超 前智能模糊控制算法不僅提高了爐膛壓力控制的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，而且在爐內(nèi)溫度偏差e 減小的過(guò)程中，爐膛