[发明专利]多变量广义预测控制优化的循环流化床锅炉燃烧过程控制方法

说明书

技术领域

本发明属于锅炉燃烧过程控制技术领域，涉及一种多变量广义预测控制优化的循环流化床锅炉燃烧过程多变量比例积分微分(PID)控制方法，尤其是一种多变量广义预测控制优化的循环流化床锅炉燃烧过程控制方法。

背景技术

循环流化床锅炉(CFBB)具有燃料适应性广、低污染燃烧、负荷调节能力强等优点，近年来在发电、供热、炼钢、化工等行业中得到越来越广泛的应用。燃烧过程是循环流化床锅炉的一个主要系统，燃烧过程的控制品质直接影响到循环流化床锅炉运行的安全性与经济性。

目前循环流化床锅炉燃烧过程的控制方法基本采用传统多变量比例积分微分(PID)控制，PID控制具有实施方便、模型依赖性低、原理简单等优点，但由于燃烧过程具有强耦合、多变量、慢时变、大滞后等复杂特性，传统多变量PID的控制质量不高，导致锅炉燃烧效率低、磨损严重和厂用电高等问题，很难适应节能减排以及环境保护的需求。

广义预测控制(GPC)是一种先进的计算机控制技术，适用于难以建立精确的数学模型且动态过程复杂的工业生产过程。循环流化床锅炉燃烧过程是一个典型的多变量、强耦合、非线性、动态过程复杂的控制系统，同样难以建立精确的数学模型。中国专利“一种循环流化床锅炉燃烧过程多变量控制方法”，申请号CN201110422623.4，公开了一种循环流化床锅炉燃烧过程多变量广义预测控制方法，这种单纯的多变量广义预测控制方法虽然在理论上能够提高燃烧过程控制品质，但由于该控制方法建立在约束优化问题描述和求解的基础上，对计算机的环境和培训维护成本较高，不如多变量PID控制器形式简洁、易于理解和掌握，实施难度大，难于实际应用到循环流化床锅炉燃烧过程控制中。

发明内容

本发明的目的是针对多变量广义预测控制方法的应用不足之处，提供一种多变量广义预测控制优化的循环流化床锅炉燃烧过程控制方法，该方法将多变量广义预测控制和多变量PID控制技术结合，控制品质高、形式简单、实现方便，尤其适用于具有强耦合、多变量、慢时变、大滞后等复杂特性的循环流化床锅炉燃烧过程的控制。

为解决现有技术的上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种多变量广义预测控制优化的循环流化床锅炉燃烧过程多变量PID控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤1、初始化循环流化床锅炉燃烧过程控制器设计参数：床温、主蒸汽压力和炉膛出口烟气含氧量预测步数P₁、P₂、P₃，床温、主蒸汽压力和炉膛出口烟气含氧量控制加权系数r₁、r₂、r₃，床温、主蒸汽压力和炉膛出口烟气含氧量参考轨迹系数β₁、β₂、β₃，多变量渐消记忆递推最小二乘法辨识初值P(0)，遗忘因子μ；

步骤2、根据采集的循环流化床锅炉燃烧过程的过程变量数据，通过多变量渐消记忆递推最小二乘法辨识建立燃烧过程的模型；

步骤3、根据多变量广义预测控制的特性对PID₁、PID₂、PID₃控制器参数进行优化整定，并将整定结果解耦；

步骤4、根据步骤3得到的PID₁、PID₂、PID₃控制器参数，分别构成控制量控制给煤量、一次风量和二次风量，进而控制床温、主蒸汽压力和炉膛出口烟气含氧量；

步骤5、进入下一个时刻，返回步骤2，重复进行步骤2到步骤5的过程。

上述的步骤3的具体过程为：

3-a、根据丢番图方程组计算后移算子q^-1的多项式

3-b、建立循环流化床锅炉燃烧过程k+j时刻床温预测值y_1p(k+j)、k+j时刻主蒸汽压力预测值y_2p(k+j)和k+j时刻炉膛出口烟气含氧量预测值y_3p(k+j)；

3-c、建立床温多步预测值Y₁，主蒸汽压力多步预测值Y₂，炉膛出口烟气含氧量多步预测值Y₃；