二模态过热蒸汽温度控制策略在DCS中的应用研究

　　火电厂过热蒸汽温度是热工过程控制的主要参数之一。各种扰动作用下过热蒸汽温度具有大迟延、大惯性、时变性和非线性的动态特性，这一特性在超临界机组中尤为突出。采用常规PID控制过热蒸汽温度，难以在被控对象特性变化时保证控制品质[1]。因此，许多研究将模糊控制、神经网络、预测控制等先进控制策略应用于过热蒸汽温度控制，但是先进的控制策略往往结构复杂，计算时间长，且大部分仍处于试验室仿真阶段[2]。对此，本文提出了一种利用DCS资源且简单实用的二模态串级过热蒸汽温度控制方案，并在上海新华控制技术有限公司生产的XDPS-400 DCS 平台上进行了控制系统组态。基于VDPU的负荷扰动试验表明，该控制策略具有较强的自适应能力和鲁棒性，其控制品质优于常规PID控制。

　　一、二模态串级过热蒸汽温度控制系统

　　多数锅炉过热蒸汽温度控制系统均采用串级控制系统(图1)。　　

　　图1中，θ1，θ2分别为导前蒸汽温度和过热蒸汽温度;WT1(S), WT2(S)分别为主、副控制器;W01(S), W02(s)分别为对象模型导前区和惰性区的传递函数;WH1(s)，WH2(S)分别为导前蒸汽温度和过热蒸汽温度的测量单元。WT2(S), W01(S)和WH1(S)组成内回路，以消除来自减温水的扰动;WT1,(s)、内回路、w02(s)以及WH2 (S)组成外回路，对过热蒸汽温度进行校正，使过热蒸汽温度等于其设定值。

　　二模态是指控制器在不同偏差情况下分别采用模糊控制和PI控制。模糊控制具有人工智能化、不需要精确数学模型、对过程参数变化适应性较高等特点，非常适合于对大惯性、大滞后的非线性被控对象的控制。但是，由于模糊控制将偏差和偏差变化率作为二维输入，并根据偏差和偏差变化率的趋势决定控制输出，反应了非线性比例加微分的控制规律，因此其动态性能好而静态性能不理想。PI控制器是一种非常简单有效且在过程控制中应用最广泛的基本控制方法。二模态控制策略综合了模糊和PI控制的优点，将整个动态过程分段进行控制，每段根据被控对象的实际特点引入不同的控制策略，以保证系统的快速响应能力，降低超调和保持良好的稳态性能。当扰动发生时，采用模糊控制，可提高系统的阻尼性能，最大程度地抑制动态偏差，使系统过渡过程缩短;当系统接近稳态时，偏差及其变化率在模糊集合上的投影为零，模糊控制器停止调节。由于模糊控制中语言变量的语言值为零(ZE)时，其绝对偏差实际上并不一定为零，此时采用PI控制，根据绝对偏差及其变化趋势改变积分器的控制作用，可改善稳态性能。根据预先确定的偏差阀值，可对2种控制方式进行切换。为了保持过热蒸汽温度串级控制系统的优点，维持副回路的P调节器不变，而主回路的控制器则采用FUZZY-PI的二模态分段控制策略。采用二模态串级过热蒸汽温度控制系统的结构如图2所示。