燃气炉窑炉膛压力计算机智能模糊控制节能方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于工业炉窑自动化过程控制中的智能控制领域，具体属于计算机智能模 糊控制技术。具体涉及燃气炉窑炉膛压力计算机智能模糊控制节能方法。
【背景技术】
[0002] 目前，燃气炉窑所采用的节能技术如下：
[0003] 1.采用空气、煤气换热器及蓄热式燃烧技术等实现高温烟气的余热回收；
[0004] 2.采用隔热、轻质、耐火保温的炉衬材料，通常选用节能的硅酸铝纤维棉；
[0005] 3.采用节能型燃烧器技术，即选用节能烧嘴；
[0006] 4.采用红外辐射涂料技术可提高传热速度；
[0007] 5.通过空气过剩系数对空燃比进行自动调节，保证燃气充分燃烧；
[0008] 6.采用计算机集散控制方式提高系统控制精度。
[0009] 上述节能技术相对成熟，被广泛应用于燃气炉窑的现代化改造项目中，并且取得 了较好的节能效果。在以上节能技术单独使用或组合使用后，对燃气炉窑的炉膛压力控制 算法进行改进，通过计算机软件对燃气炉窑的炉膛压力实施控制，使炉膛压力P始终保持 在所允许的正偏差：pie范围内，通过提高炉膛的平均压力来增大炉内高温烟气的平均密度 P，从而加快高温烟气与工件之间的对流传热和辐射传热速度，可进一步降低燃气炉窑的能 耗。
[0010] 传统炉膛压力控制示意图如图1所示，为了防止执行机构频繁动作，传统的炉膛 压力控制算法通常减弱或去掉微分环节而采用PI控制算法，该算法属于滞后性控制，炉膛 压力在平衡点附近容易出现来回震荡现象，因此，当炉膛压力设定值为〇仏时，容易出现炉 膛负压状态，炉膛负压状态会导致冷空气被吸入炉膛内而降低炉温，浪费能源，同时，由于 炉膛内处于负压状态，因此炉膛内的高温烟气密度相对较小，降低了高温烟气与工件之间 的热交换速度，一部分热量来不及与工件进行热交换就从烟道被抽走，降低了燃气炉窑的 热效率。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的是为了在单独使用或组合使用上述节能技术之后，通过改进燃气 炉窑的炉膛压力控制算法，进一步降低燃气炉窑的能耗，而提供一种燃气炉窑炉膛压力计 算机智能模糊控制节能方法。本发明通过温度智能模糊控制算法实现了对炉膛温度的精确 控制；通过设计压力超前智能模糊控制算法不仅提高了炉膛压力控制的稳定性，而且可使 炉膛压力P始终保持在所允许的正偏差pie范围内，通过提高炉膛的平均压力来增大炉内 高温烟气的平均密度P，从而加快高温烟气与工件之间的对流传热和辐射传热速度，可进一 步降低燃气炉窑的能耗，其理论依据是：根据对流传热及辐射传热理论，当其它条件相同的 情况下，热流体密度越小，热流体与工件之间的传热速度越慢，热流体密度越大，热流体与 工件之间的传热速度越快。
[0012] 本发明技术方案：
[0013] 燃气炉窑炉膛压力计算机智能模糊控制节能方法，其特征是按以下步骤进行：首 先是将温度偏差和温度偏差变化模糊化后，通过温度智能模糊控制算法得出控制量的模糊 量值，对控制量的模糊量值解模糊也就是清晰化处理得到温度控制输出值，将温度控制输 出值以PWM方式进行输出，直接作用于被控制对象，被控对象为燃气炉窑各控温点所对应 的大燃气阀和小燃气阀，然后对所有控制点的温度控制输出值之和求平均值，将该平均值 与压力偏差模糊化后，通过压力超前智能模糊控制算法得出压力控制量的模糊量值，对压 力控制量的模糊量值解模糊也就是清晰化处理得到压力控制输出值，压力控制输出值经过 D/A转换后输出4~20mA位置控制信号，将位置控制信号与位置反馈信号相比较，最后输出 正、反转控制信号作用于执行机构，执行机构为燃气炉窑的电动执行器。
[0014] 所述的温度智能模糊控制算法包括基于控制规则自调整的模糊算法和智能积分 两部分，其表达式为：U=α E-(l-a E，其中，E为偏差，EC为偏差变化，U为控制 量的模糊量值，E、EC、U e[-6,6]，α为自寻优权值，其取值规则如下：设基本权值α1 = (|Ε|+6)/12,修正权值a2=((|E|+6)/12+|E|A|E| + |EC|))/2,当|E|+|EC|= 0 时：α =0· 5;当|E| + |EC|乒0时：如果|EC|>|E|并且|EC-E|增大或不变，那么α=Min(aρ a2)，否则如果|EC|〈|E|并且|EC-E|增大或不变，那么aa2)，否则a= (a1+a 2) /2,其中Min、Max分别为取最小值和取最大值函数，IE I、I EC I分别为E和EC的绝 对值，α取值不同，则可得到不同的控制规则，以实现对控制规则的自调整，&为智能积分 系数，积分条件为：当|E| >2时停止积分；当|E| <2且|E|增大或不变时积分，否则停止 积分，该智能积分方式可进一步缩短系统的稳定时间，通过上述智能模糊控制算法，使系统 具备了良好的动静态特性。
[0015] 所述的压力超前智能模糊控制算法包括基于控制规则自调整的模糊控制算法和 智能积分两部分，其表达式为：
分别为压力偏差、所有控制点的温度控制输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为模糊化系数，un为各点温度控制输出值，unG[0, 1]，n为控制点数，ap为 自寻优权值，其取值规则如下：设基本权值apl=(|Ep|+6)/12,修正权值
|Ep| + |?|矣0时：如果ΕρjmEp增大，如果Π增大或不变，那么ap=Max(apl， αp2)，否则αp=(αpl+αp2)/2;如果Ep>?并且Ep不变，如果?增大，那么αP=Max(αpl，〇|52)，如果〇不变，那么<1|：)=((1|：)1+(1 |：)2)/2，否则（1|：)=]\^11((1|：)1，（1|：)2) ;如果￡{12 1]并 且 小，如果Π增大，那么ap=(apl+ap2)/2,否则ap=Min(apl，ap2);如果Ep<U 并且Ep增大，如果〇增大或不变，那么ap=Min(apl，ap2)，否则ap=(apl+ap2)/2;如 果Ερ<??并且Ep不变，如果iJ增大，那么ap=Min(aρ1，αρ2)，如果U不变，那么αρ = (αΡι+αΡ2)/2,否则ap=Max(aρ1，αρ2);如果Ερ<U并且Ε,小，如果u增大，那么αρ =(%1+%2)/2，否则€[|5=|&?(€[|51，€ [|52)，其中組11、1&?分别为取最小值和取最大值函 数，|Ej、|H|分别为匕和0的绝对值，％取值不同，则可得到不同的控制规则，以实现对控 制规则的自调整，心为智能积分系数，积分条件为：当压力控制输出值大于零并且|EP|增大 或不变时，如果Ep>0并且压力控制输出值减小或不变或者Ep〈0并且压力控制输出值增大或 不变时积分，否则停止积分。
[0016] 本发明技术效果：
[0017]L采用压力超前智能模糊控制算法所得炉膛压力控制的理论效果
[0018] 设炉膛压力最大允许误差为e，当炉膛压力设定值为（0土e)Pjt，图2为传统方案 所得炉膛压力控制理论效果图，控制算法选择PI调节，炉膛压力控制范围为（_e~e)Pa，图 3为本方案所得炉膛压力控制理论效果图，炉膛压力控制范围为（0~e)Pa。
[0019] 2.采用压力超前智能模糊控制算法所得炉膛压力控制的实际效果
[0020] 当炉膛压力设定值为（5±5)匕时，图4为传统方案所得炉膛压力控制实际效果 图，控制算法选择PI调节，炉膛压力实际控制范围为（0~10)Pa，图5为本方案所得炉膛压 力控制实际效果图，炉膛压力实际控制范围为（5~10)Pa。由图4、图5比较得出：压力超 前智能模糊控制算法不仅提高了炉膛压力控制的稳定性和准确性，而且在炉内温度偏差e 减小的过程中，炉膛