[发明专利]一种层燃锅炉的多变量控制与实时优化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种层燃锅炉的多变量控制与实时优化的方法。

背景技术

由于历史原因，层燃锅炉是目前我国民间和工业界应用最为广泛的锅炉类型之一。然而，该类锅炉不仅燃烧效率低，而且对环境影响特别恶劣。近些年来，随着原材价格不断高升，以及我国在低碳环保方面的要求也越来越严苛，如何提高层燃锅炉的燃烧效率，已成为社会各界广为关注的问题之一。目前我国层燃锅炉的燃烧效率远低于国际平均水平。其主要原因是，目前层燃锅炉的燃烧熄灭界限还主要依靠人工通过裸眼观测手动完成。然而熄灭界限的误差将直接关系到层燃锅炉的燃烧效率。一来，如果熄灭点离炉膛前端太近，会造成燃料燃烧不充分，而且大大降低了锅炉的有效燃烧面积，使得炉膛温度很难达到预定设定值。为了保证足够的热源，锅炉不得不延长运行时间，结果造成进一步的能源浪费；另一方面，如果熄灭界限离炉膛后端太近，不仅燃料无法充分燃烧；而且，温度过高的燃料层在离开炉排末端时，不仅会严重损坏炉排末端设备，而且过高温度的炉渣在进入渣槽后遇水会产生大量的酸性气体。挥发后的酸性气体会直接腐蚀炉膛内部机构，从而大大降低了锅炉的使用寿命。因此，本专利提出了一种锅炉控制系统，它可以使炉膛燃烧熄灭界线始终稳定工作在最佳区域，便于充分利用炉膛内燃料，减少酸性气体的产生，保护炉膛内部设备。同时，在确保供暖品质的同时，使得燃料处于最合理、最节省的供给工况。

层燃锅炉系统是一个存在大时延、非线性、强耦合的系统，经线性化处理后，系统易体现出高阶、非最小相位特性。为了提高层燃锅炉的实时控制效果，目前业界比较推崇的控制方法为：基于多变量MPC(Model Predictive Control，模型预测控制)算法的APC(Advanced Process Control，先进过程控制)技术。然而，目前MPC在实际工程应用中存在诸多问题，比如锅炉的大时延问题、强非线性问题、输入/输出强耦合问题、关键参数难确定(如熄灭界限)等。该发明专利提供了一套高效、智能、应用广泛的层燃锅炉多变量控制与实时优化策略，以解决目前存在的诸多问题。

发明内容

本发明所要解决主要技术问题是提供一种层燃锅炉的多变量控制与实时优化的方法，控制过程迅速、稳定、抗干扰性强。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种层燃锅炉的多变量控制与实时优化的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将层燃锅炉的控制转化为3变量输入和4变量输出的多变量控制问题；所述3变量输入包括引风转速u₁、鼓风转速u₂、炉排速度u₃；所述4变量输出包括炉膛温度y₁、炉膛负压y₂、含氧量y₃、火焰熄灭位置y₄；

2)将所述多变量控制问题拆分为两个带前馈反馈功能的多变量控制器相互耦合的控制问题；其中，第一控制器的反馈控制变量在第二控制器中以前馈预测变量的形式出现；第二控制器的反馈控制变量在第一控制器中以前馈预测变量的形式出现；对所述两个带前反馈功能的多变量控制问题分别进行状态空间升阶转换，将当前时刻输入信号的增量作为新的输入信号进行控制；

3)对经过状态空间转换后的两个带前馈反馈功能的多变量控制问题基于 当前时刻拆分成过去和将来作用两部分，并转化为求带有约束条件的二次规划最优解问题；

4)通过锅炉排速度区间，划分不同的层燃锅炉模型组，通过模型组自动切换解决层燃锅炉的强非线性问题。

在一较佳实施例中：所述3变量输入和4变量输出的多变量控制问题具体表达为：

g_ij表示第j个操控变量与第i个被控变量间的传递函数模型；由于炉排速度u3对炉膛负压y2、含氧量y3的影响小，因此g₂₃、g₃₃这里取值为0，即：

在一较佳实施例中：所述两个带前馈反馈功能的多变量控制器控制问题具体表达为：

即：Y₁＝G₁U₁+G_d1D₁(4)

即：Y₂＝G₂U₂+G_d2D₂(6)