电厂热工过程控制中智能PID控制器的应用

电厂热工过程控制中智能PID控制器的应用

高泽星

包头东华热电有限公司 内蒙古包头市 014040

摘要：现阶段，PID 在电厂的热工控制系统中得到了广泛的运用，保障了电厂安全稳定的运行，提高了相关企业的经济效益，推动了企业持续健康的发展。从电厂热工过程控制的实践操作来看，一般PID 控制器无法应对电厂复杂的动力结构，建构出精准而完善的数学模型，实现对各个动力系统的有效控制，因此在实际应用中具有很大的局限性，无法适应当前日趋复杂的电厂内部结构，因此必须对一般 PID 控制器进行优化，从而拓宽该技术的应用领域。一般 PID 控制器本身的参数整定方法具有局限性，因此无法适应多元化的动力工况，为解决这一问题，必须对 PID 控制器的性能进行研究。

关键词：PID 控制器；智能控制；应用

智能 PID 控制器是智能控制技术与常规 PID 控制器相结合的产物，该文对近年来模糊控制、神经网络和遗传算法与常规 PID 控制器相结合的主要研究成果进行了总结，对智能 PID 控制器在电厂主要热工过程控制系统中的应用研究情况进行了回顾，理论研究结果和实际应用情况表明，智能 PID 控制器在电厂热工过程控制中的应用是有效的和可行的，有着广阔的发展前景。

一、PID在电厂热工控制系统的优点

在电厂热工控制系统中有效运用PID ，能够极大的增强发电机组的数据搜集以及分析能力，对生产过程以及逻辑进行高效控制，同时还能对生产过程进行全面实时的监督，如果存在异常情况，就可以及时发出警报并进行联锁和保护。这能让工作人员的操作管理更加方便高效，正因为诸多的优点，PID 在电厂热工控制系统中得到了越来越广泛的应用。

1、有着较强的兼容性。电厂机组在运行的时候，需要多个控制系统的同时运行。控制的对象具有较高的复杂性，且数量较多。各个对象之间存在较大的区别，被控的对象往往会呈现出延迟较高、干扰因素较多以及控制参数复杂的特点，这些对象通常都是依据干扰源以及控制参数得以确认的，控制起来非常困难，要求自动控制系统具有较强的兼容性。而PID控制系统可以将各种复杂的控制算法进行有效简化处理，这能够有效提高电厂机组的自动控制性能。PID 控制系统可以通过多种算法，实现对不同对象的有效控制，极大的提高了机组的控制水平，为电厂机组安全稳定的运行打下了坚实的基础。

2、做到远程智能 I/0。目前，远程智能 I/0 在许多电厂已经得到了应用，远程智能 I/0 是由适配器、智能前端以及现场通信总线等构成的。智能前端通常被用以进行电阻的测量，这种测控装置有着较高的精度。此外，智能前端还能够进行 AD 和 DA 的转换。适配器的主要目的就是对网络进行综合性的管理，确保网络的畅通和协调，对主控系统的信息进行快速准确的转换。现场通信总线的工作模式是比较丰富多样的，包括广播以及点对点等。远程智能 I/0 可以有效提高PID 系统的安全性和稳定性，同时还能够和现场通信总线完美兼容。

3、实现全程化的监控模式。电厂工程具有较高的复杂性，包含了众多的内容和因素，在这样的背景下，PID 技术就发挥了重要的作用，通过PID 大屏幕显示技术的有效运用，人机界面的性能会更加突出，对监控人员的依赖程度也随之降低，减少了人力成本投入，有效提高了电厂的经济效益，为电厂不断保持自身行业竞争力起到了推动作用。

二、模糊控制与普通 PID 控制结合

模糊控制和普通 PID 控制两者优点的结合，可有效解决控制器整定不良和控制系统性能低下的问题，保证大规模工业生产的需要。

1、模糊 PID 控制器。模糊 PID 控制器通过知识库和模糊推理作用推出控制信号，具有一系列的提示规则组成和普通 PID 控制器在结构上相同，都是先输入最后输出，控制器的结构在相同的控制器上是相同的，他们也有着相同的非线性特征。PD 型模糊控制器、PI 型模糊控制器和模糊 PID控制器都属于模糊 PID 控制器，只是他们的输入输出方式不尽相同，下面主要介绍 PD 型模糊控制器。PD 型模糊控制器输入程序为系统误差 e 和误差变化率δ，输出为控制量 u，它的主要优点是迅速获得一定的动态响应，缺点是在稳定状态的情况下会出现误差或者数据震荡，通过积分的运用和比例积分的运用可以有效改变这样的局面。

2、神经网络与普通 PID 控制结合。神经网络的参数自适应 PID 控制器参数自适应 PID 控制器指的是在神经网络系统中进行控制信号的各种调试，反复切换测试，直到找到最为合适的 P，I，D 之间的参数转换。模糊 － 神经建模方式可以鉴定给定增益、相位裕度和 PID 控制器参数存在的联系，根据给定增益和相位裕度的模糊神经网络的变化进行PID 控制器参数的调试，运用的数学逻辑是函数映射能力，它的适用范围主要是多变量控制系统。它的神经元输入程序为误差、误差累加和误差变化率，PID 控制器的比例、积分、微分增益与权系数一一对照。随着控制对象和周围环境的变化，我们要遵从控制系统的性能指标、学习算法，对神经网络控制器的权系数进行相应的改变。神经网络自适应 PID 控制器属于单神经元自适应 PID 控制器，它通过和预测控制的配合使用，大大增强自身的适应性和抗干扰能力，完成纯滞后系统的自适应控制。

三、电厂热工过程控制中智能P ID控制器的应用

1、过热汽温系统.在智能PID控制器运行过程中，过热汽温系统的动态特性也会随着控制器运行状态的变化，而发生改变，过热汽温系统具有惯性和时间滞后性，在控制器的辅助下，过热汽温系统的性能和控制能力会有所提升，同时使控制器能够更好的适应系统运转。采用模糊控制和专家自整定串级PID控制相结合的方式，来对二级减温水进行调整和控制。如果主汽温偏差很大，就根据实际情况进行相应的调整，基于一定的控制量进行模糊控制，尽可能减少其他因素对系统的干扰，增强系统的灵敏性，实现快速响应；如果主汽温偏差较小，专家会自行调整和确定PID，通过检测检查噪音的范围来确定PID参数，有效提高控制器运行的稳定性和控制精确度，适应当前生产需求，这种模糊控制系统通常被应用在DCS软件组态上。

2、单元机组负荷控制系统。单元机组负荷控制系统的有几个重要特征，分别是时变性、非线性和不确定性，该系统具有较多的变量，因此难以确定和建立合理的数学模型，如果应用普通PID控制器，不会对其性能产生明显的效果，甚至会难以融合。基于神经元的学习特征和火电单元机组负荷控制系统所控制的对象的特性，研究发明出两种适应性较好的控制系统：炉跟机和机跟炉。这两种负荷控制系统能够自动适应神经元模型。通过实验能够证明，学习参数能够快速收敛至平衡值，其控制能力较高。将神经元控制与数学模型和设置PID参数的方式，并不会有效解决锅炉水位系统的缺陷，在机组运行状态发生变化的时候，不能及时调整，难以达到很好的效果。智能PID控制器，基于模糊规则对锅炉水位参数进行调整，通过将智能PID控制器在循环流化床锅炉中进行试验应用，发现其在汽包水位控制上的效果很理想。

智能PID控制器，是通过人工操作，来达到自动控制和决策的目的。智能PID控制器在普通PID控制器全部功能的基础上，能实现对自己学习能力的自动控制，以及自我能力拓展，对系统运行中的各种突发情况能够及时解决。因此，智能PID控制器具有极高的应用价值和意义，应该加强对其的研究和试验，以扩大智能PID控制器的投产规模，促进企业生产力的持续提升。

参考文献：

［1］刘毅男，李述清，张胜修，周帅伟． 航空发动机闭环增益成形 PID 控制器设计研究［J］． 电光与控制，2019，11

［2］郝超，徐志成． GLBest － PSO 算法在热力工程过程模型参数辨识中的应用［J］． 电工电能新技术，2019，2