壓力模糊pid控制系統(tǒng)設(shè)計

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1、壓力模糊PID控制系統(tǒng)設(shè)計第一章工程設(shè)計概述1.1論文設(shè)計的背景1.1.1國內(nèi)外工廠主蒸汽壓力控制的簡介及現(xiàn)狀隨著工廠鍋爐機組越來越向著高參數(shù)、大容量的方向發(fā)展，對熱工自動控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)的要求也越來越高。從30年代起，鍋爐控制中就采用了PID控制器。目前，國內(nèi)的鍋爐燃燒控制仍然大多采用常規(guī)PID控制器，或者為了改善控制效果，加一些前饋控制。控制方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外的控制技術(shù)，尤其是北歐國家和德國。鍋爐是經(jīng)濟(jì)發(fā)展時代不可缺少的商品，未來將如何發(fā)展，是非常值得研究的。而這一切都離不開對壓力控制系統(tǒng)的研究。而國外一些發(fā)達(dá)國家在控制系統(tǒng)這方面的研究更是非常的重視，而且在

2、高科技技術(shù)的背景下，更是取得了相當(dāng)大的成果。在國內(nèi)無論是燃燒過程自動控制系統(tǒng)、汽包水位自動控制系統(tǒng)，還是主蒸汽壓力自動控制系統(tǒng)等，主要都是采用各種類型的常規(guī)PID控制策略，也就是說PID控制在化工廠的大大小小的控制系統(tǒng)中仍占著主導(dǎo)地位。多年來，雖然PID控制在化工廠熱工過程控制中發(fā)揮了很大作用，在一些機組的某些控制系統(tǒng)上也有令人滿意的控制效果，但是，由于PID算法本身的限制，在某些復(fù)雜對象上應(yīng)用時，控制效果很不理想，甚至無法實現(xiàn)自動控制。究其原因，主要是因為PID控制實施有效的前提是要有準(zhǔn)確的被控對象模型。當(dāng)實際被控對象模型發(fā)生變化時，按照原被控對象模型進(jìn)行參數(shù)整

3、定的PID控制器的控制效果就很難保證了。而且在實際的工程應(yīng)用中，被控對象的模型往往是不精確的、時變的，有時甚至根本無法獲得，這時采用常規(guī)的PID控制就很難達(dá)到理想的控制效果。也就是說面對越來越復(fù)雜的被控對象，常規(guī)PID控制己束手無策，要想獲得好的控制效果，必須采用其它的控制策略。英國科學(xué)家馬丹尼E.HMamdani首先應(yīng)用模糊控制方法來控制用于試驗的鍋爐和汽輪機；美國德克薩斯州的某化工廠工業(yè)鍋爐及所有蒸汽回路都采用了EXACT，蒸汽消費量減少了15%；在燃油鍋爐上應(yīng)用最優(yōu)控制，自適應(yīng)控制等現(xiàn)代控制技術(shù)的例子也有多次報道[1]。1.1.2工業(yè)反應(yīng)爐壓力控制的重要性工

4、廠反應(yīng)爐壓力，主要是鍋爐主蒸汽壓力，是指從汽包出來的飽和蒸汽經(jīng)過布置在鍋爐煙道中的各種形式的過熱器與高溫?zé)煔膺M(jìn)行熱交換后，最后在過熱器出口所得到的蒸汽的壓力。它是工廠生產(chǎn)過程中的一個非常重要的監(jiān)測和控制參數(shù)，過高或過低都會影響到生產(chǎn)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。主蒸汽壓力過高，可能使過熱器管道和汽輪機高壓缸等設(shè)備產(chǎn)生變形而被損壞；主蒸汽壓力過低，會導(dǎo)致機組效率降低。因此，一般要求主蒸汽壓力基本上維持在額定值(即給定值)附近。壓力是鍋爐控制系統(tǒng)的一個重要的參數(shù)，因為熱工廠是靠蒸汽推動汽輪機轉(zhuǎn)動，汽輪機是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)化為機械功的旋轉(zhuǎn)式動力機械，又稱蒸汽透平。蒸汽的壓力會影響后面

5、的整個工序，如果蒸汽的壓力不夠的話將是汽輪機無法正常工作。勢必會影響到蒸汽機的壽命和廠子的效益。壓力過高將可能導(dǎo)致鍋爐超壓運行。動力鍋爐主要為煉油裝置提供生產(chǎn)用蒸汽，若裝置因緊急情況而突然減少或切斷進(jìn)汽，鍋爐便會出現(xiàn)瞬時超壓情況。在鍋爐生產(chǎn)過程中，過熱蒸汽溫度是整個汽水通道中最高的溫度。過熱器溫度過高將導(dǎo)致過熱器損壞，同時還會危及汽輪機的安全進(jìn)行，甚至出現(xiàn)爆炸等極端的事故。1.2工廠生產(chǎn)工藝介紹1.2.1化工反應(yīng)爐簡介反應(yīng)爐即通常所說的鍋爐裝備，由鍋和爐兩部分組成鍋（汽水系統(tǒng)）：由省煤器、汽包（汽水分離器）、下降管、聯(lián)箱、水冷壁，過熱器和再熱器等設(shè)備及其連接管道和

6、閥門組成。爐（燃燒系統(tǒng)）：由爐膛、燃燒器、點火裝置、空氣預(yù)熱器、煙風(fēng)道及爐墻，構(gòu)架等組成.鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的重要動力設(shè)備。它通過煤、油、天然氣的燃燒釋放出的化學(xué)能，通過傳熱過程把能量傳遞給水，使水變成水蒸氣。這種高壓蒸汽即可以作為蒸餾、化學(xué)反應(yīng)、干燥和蒸發(fā)過程的能源，又可以作為風(fēng)機、壓縮機、大型泵類的驅(qū)動透平的動力源。隨著石油化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)過程不斷強化，生產(chǎn)設(shè)備的不斷更新，作為全廠動力和熱源的鍋爐，亦向著高效率，大容量發(fā)展。為確保安全，穩(wěn)定生產(chǎn)，對鍋爐設(shè)備的自動控制就顯得十分重要由于主蒸汽壓力被控對象總是存在著一定的遲延，而且隨著機組

7、容量的增加和參數(shù)的提高，鍋爐過熱器管路長度和受熱面面積增加，主蒸汽壓力的遲延也會增大，而被控對象遲延越大，控制難度也越大，所以主蒸汽壓力的控制已成為工廠各個控制系統(tǒng)中的一個控制難點。在機組運行工況波動比較大時，許多工廠只好由運行人員手動進(jìn)行主蒸汽壓力的控制[6]。通過對一些大型工廠主蒸汽壓力控制情況的調(diào)研了解到：目前工廠的主蒸汽壓力控制普遍采用串級PID控制策略(個別小型工廠的主蒸汽壓力控制因遲延現(xiàn)象不是很嚴(yán)重仍采用單回路PID控制)。主蒸汽壓力串級PID控制系統(tǒng)包括主回路和副回路兩個回路。副回路包括副調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機構(gòu)、主蒸汽壓力被控對象的導(dǎo)前區(qū)和測量導(dǎo)前壓力的壓

8、力變送器。