专利名称：采用基于特征模型的预测函数控制器的工业锅炉燃烧控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工业锅炉燃烧控制系统。
背景技术：
目前工业锅炉，尤其是35t/h以下的工业锅炉，控制方案通常都采用 PID控制，因此对于工况变化剧烈的燃烧过程来讲，这类控制方案是不 能实现很好的控制。
工业锅炉控制系统要完成的任务主要有
1) 蒸汽量要适应负荷的变化；
2) 蒸汽压力保持在一定的范围内；
3) 过热蒸汽温度保持一定(发电时)；
4) 汽包中的水位保持在一定的范围内； 5 ) 保持燃烧的经济性和安全性，
6) 炉膛保持一定的负压。
对于锅炉燃烧过程来说，主要有三个控制回路来实现l)维持蒸汽 压力恒定；2)保证燃烧过程的经济性；3)保证炉膛负压。具体为通过 调节引风量的炉膛负压控制回路；通过调节给煤量的蒸汽压力控制回 路；以及通过调节送风量的烟气含氧量控制回路。
对于蒸汽压力过程的特性，主要受燃料量和用汽负荷变化等扰动。 这些扰动使过程的数学模型在有自衡与无自衡之间改变，这使得传统的
4控制方法很难有效的控制。同样，为了保持燃烧过程的经济性，应在实 现充分燃烧的同时减少烟气带走的热损失。因此，选择合适的过剩空气
系数《 (或选择最佳烟气含氧量02)显得十分关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构合理，工作效果好的采用基于特征 模型的预测函数控制器的工业锅炉燃烧控制系统。 本发明的技术解决方案是
一种采用基于特征模型的预测函数控制器的工业锅炉燃烧控制系 统，包括通过调节引风量的炉膛负压控制回路、通过调节给煤量的蒸汽 压力控制回路、通过调节送风量的烟气含氧量控制回路，其特征是调 节给煤量的蒸汽压力控制回路采用基于特征模型的预测函数控制器，所 述基于特征模型的预测函数控制器是用式(3)或式(4)来描述其预测 模型
式3:
<formula>formula see original document page 5</formula>
通过调节引风量的炉膛负压控制回路包括一个接收炉膛负压设定信号和实际炉膛负压信号的第一减法器，第一减法器与引风控制器连接， 引风控制器与向炉膛输出引风量的第一加法器连接，第一加法器还与接 收送风量信号的第一前馈控制器连接。
调节送风量的烟气含氧量控制回路包括一个接收烟气含氧量设定 信号和实际炉膛烟气含氧量信号的第二减法器，第二减法器与烟气寻优 模块连接，烟气寻优模块与向炉膛输出送风量的第二加法器连接，第二 加法器还与接收蒸汽流量信号的第二前馈控制器连接，烟气寻优模块还 接收炉膛温度信号。
特征模型是根据被控对象动力学特征和控制性能的要求相结合建立 起来的，在满足一定采样周期"的条件(即满足采样定理、连续系统离 散化后保持原系统能控及控制精度要求)下，对要实现位置保持或位置 跟踪控制要求时，高阶模型(包括一些非线性模型)的有关信息都压縮
到几个特征参数中，并用一个二阶慢时变差分方程来描述<formula>formula see original document page 6</formula>
特征模型的特点表现在
1) 在同样输入控制作用下，对象特征模型和实际对象在输出上是等 价的(即在动态能保持在允许的误差内，在稳态下，两者的输出相等)。
2) 特征模型的形式和阶次除了考虑对象特征外，主要取决于控制性 能要求。
3) 特征模型的形式简单、易于工程实现。
特征模型与高阶系统的降阶模型不同，它是把高阶模型的有关信息 都压縮到几个特征参数之中，并不丢失信息。而对于传统的预测函数控制，其预测模型通常选为
将特征模型引入预测函数控制算法，实际是将特征模型作为预测模 型，即
l ^+1)=y; ((w+/2 ("ym —1)+g。 (w"(^—&)+g, & -1) (3) 在一些情况下，特征模型可以表示为多模型的形式
+1) = /j(A:) + — 1) + g。w(A: - 。 + & "H 1) ( 4 )
其中
/2e[/2_,/2+]。 go e [go ，go ]
本发明结构合理，工作效果好。尤其对于锅炉燃烧控制来讲，由于 蒸汽压力过程的特性，受燃料量和用汽负荷变化等扰动的影响，其数学 模型变化较大，这样必须选用时变模型，或多模型来描述。因此，采用 基于特征模型的预测函数控制器可以很好地解决锅炉燃烧控制问题。
本发明产品的另一个优点，通过测量烟气中的含氧量与炉膛温度， 借助于人工智能的方法，来确定最佳的送风量，从而确保锅炉燃烧的经 济性。本发明产品是用于工业锅炉燃烧控制。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 图1是本发明一个实施例的结构示图。
具体实施例方式
一种采用基于特征模型的预测函数控制器的工业锅炉燃烧控制系统，包括通过调节引风量的炉膛负压控制回路、通过调节给煤量的蒸汽 压力控制回路、通过调节送风量的烟气含氧量控制回路，调节给煤量的 蒸汽压力控制回路采用基于特征模型的预测函数控制器1(可以采用现
有技术，如中国专利ZL200820030801.2)，所述基于特征模型的预测函 数控制器是用式(3)或式(4)来描述其预测模型 式3:
凡+1) = 乂 (" + /2 — 1) + g。
— &) + & (W"(A — & -1)
式4:
:K6+1) = + /2>#—1) + g。"(A—&)+"o -1)
其中
/2e[/2-，/2+] go e[go_,"]
基于特征模型的预测函数控制器1的输出与接收蒸汽流量信号的第
三前馈控制器11的输出通过第三加法器12后产生所需的给煤量。
通过调节引风量的炉膛负压控制回路包括一个接收炉膛负压设定信 号和实际炉膛负压信号的第一减法器2，第一减法器与引风控制器3连 接，引风控制器与向炉膛4输出引风量的第一加法器5连接，第一加法 器还与接收送风量信号的第一前馈控制器6连接。
调节送风量的烟气含氧量控制回路包括一个接收烟气含氧量设定 信号和实际炉膛烟气含氧量信号的第二减法器7，第二减法器与烟气寻 优模块8连接，烟气寻优模块与向炉膛输出送风量的第二加法器9连接，第二加法器还与接收蒸汽流量信号的第二前馈控制器io连接，烟气寻 优模块还接收炉膛温度信号。
权利要求
1、一种采用基于特征模型的预测函数控制器的工业锅炉燃烧控制系统，包括通过调节引风量的炉膛负压控制回路、通过调节给煤量的蒸汽压力控制回路、通过调节送风量的烟气含氧量控制回路，其特征是调节给煤量的蒸汽压力控制回路采用基于特征模型的预测函数控制器，所述基于特征模型的预测函数控制器是用式(3)或式(4)来描述其预测模型式3ym(k+1)＝f1(k)ym(k)+f2(k)ym(k-1)+g0(k)u(k-k0)+g1(k)u(k-k0-1)式4y(k+1)＝f1y(k)+f2y(k-1)+g0u(k-k0)+g1u(k-k0-1)其中<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>f</mi> <mn>1</mn></msub><mo>∈</mo><mo>[</mo><msubsup> <mi>f</mi> <mn>1</mn> <mo>-</mo></msubsup><mo>,</mo><msubsup> <mi>f</mi> <mn>1</mn> <mo>+</mo></msubsup><mo>]</mo> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>f</mi> <mn>2</mn></msub><mo>∈</mo><mo>[</mo><msubsup> <mi>f</mi> <mn>2</mn> <mo>-</mo></msubsup><mo>,</mo><msubsup> <mi>f</mi> <mn>2</mn> <mo>+</mo></msubsup><mo>]</mo> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>g</mi> <mn>0</mn></msub><mo>∈</mo><mo>[</mo><msubsup> <mi>g</mi> <mn>0</mn> <mo>-</mo></msubsup><mo>,</mo><msubsup> <mi>g</mi> <mn>0</mn> <mo>+</mo></msubsup><mo>]</mo> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>g</mi> <mn>1</mn></msub><mo>∈</mo><mo>[</mo><msubsup> <mi>g</mi> <mn>1</mn> <mo>-</mo></msubsup><mo>,</mo><msubsup> <mi>g</mi> <mn>1</mn> <mo>+</mo></msubsup><mo>]</mo><mo>.</mo> </mrow>]]></math></maths>
2、 根据权利要求1所述的采用基于特征模型的预测函数控制器的工 业锅炉燃烧控制系统，其特征是通过调节引风量的炉膛负压控制回路 包括一个接收炉膛负压设定信号和实际炉膛负压信号的第一减法器，第 一减法器与弓f风控制器连接，弓(风控制器与向炉膛输出引风量的第一加 法器连接，第一加法器还与接收送风量信号的第一前馈控制器连接。
3、 根据权利要求1或2所述的采用基于特征模型的预测函数控制器 的工业锅炉燃烧控制系统，其特征是调节送风量的烟气含氧量控制回路包括一个接收烟气含氧量设定信号和实际炉膛烟气含氧量信号的第 二减法器，第二减法器与烟气寻优模块连接，烟气寻优模块与向炉膛输 出送风量的第二加法器连接，第二加法器还与接收蒸汽流量信号的第二 前馈控制器连接，烟气寻优模块还接收炉膛温度信号。
全文摘要
本发明公开了一种采用基于特征模型的预测函数控制器的工业锅炉燃烧控制系统，包括通过调节引风量的炉膛负压控制回路、通过调节给煤量的蒸汽压力控制回路、通过调节送风量的烟气含氧量控制回路，调节给煤量的蒸汽压力控制回路采用基于特征模型的预测函数控制器。本发明结构合理，工作效果好。尤其对于锅炉燃烧控制来讲，由于蒸汽压力过程的特性，受燃料量和用汽负荷变化等扰动的影响，其数学模型变化较大，这样必须选用时变模型，或多模型来描述。因此，采用基于特征模型的预测函数控制器可以很好地解决锅炉燃烧控制问题。
文档编号F23N5/00GK101581454SQ20091003226
公开日2009年11月18日 申请日期2009年6月9日 优先权日2009年6月9日
发明者吴建国, 堃 张, 张培建, 施广仁, 巍 肖 申请人:南通大学