[发明专利]一种锅炉汽包水位PID参数的整定方法

说明书

一种锅炉汽包水位PID参数的整定方法，包括以下步骤：a.对于已知的给水流量对汽包水位的传递函数模型和PID控制器的传递函数模型，首先确定采样时间与采样次数，然后将传递函数进行Z变换，得到传递函数的差分方程形式；b.选择可以衡量PID调节参数是否最佳的适应度函数；c.初始化PID控制器的三个参数以及改进引力搜索算法的相关参数；d.运用改进引力搜索算法整定锅炉汽包水位PID控制器参数。本发明采用改进引力搜索算法来整定锅炉汽包水位的PID控制器参数，通过仿真研究证明，本方法优于工程整定方法和采用遗传算法优化PID参数的方法，具有更高的全局搜索能力，可使锅炉汽包水位控制效果更好，鲁棒性更强。

技术领域

本发明涉及一种基于改进引力搜索算法的锅炉汽包水位PID参数的整定方法，属于控制技术领域。

背景技术

随着科学技术的不断发展，我国的工业自动化水平越来越高，计算机智能控制系统在社会中的各行各业得到了广泛地应用，计算机控制系统的主要任务是对工业对象的主要被控量进行自动控制，让工业对象保持在所要求的良好工况下运行。

对于带有汽包的锅炉，其汽包水位是锅炉安全运行的重要参数，是一个非常重要的被控变量。将汽包水位维持在一定范围内是保障锅炉安全运行的首要条件，水位过高会导致蒸汽带水进入过热器并在过热器管内结垢，影响传热效率，严重的还会引起过热器爆管；水位过低将会破坏部分水冷壁的水循环，引起水冷壁局部过热而爆管。同时，汽包水位还是衡量锅炉汽水系统物质是否平衡的标志。因此对锅炉汽包水位进行合理地控制是必须的。但由于锅炉的水位调节过程具有时滞性、假水位现象等特点，给锅炉汽包的水位控制增加了难度。

由于控制锅炉系统的难点主要集中在其复杂系统中的一个分支上--即水位的调控。所以很多学者已经进行了很多相关的探索和研究，也达到了较好的控制效果。目前研究比较热门的方法是采用智能算法优化PID参数，先用工程整定法得到初始参数，再用各种智能算法作进一步优化。把优化得到的参数设置到锅炉汽包水位PID控制器系统中，其控制效果优于工程中常用的工程整定方法。当然，还有学者采用智能算法与其他智能系统相结合的方法整定PID参数，但达到的精度都不是很高，且算法流程复杂。

综上所述，虽然许多学者进行了大量的研究，但至今仍未找到一种全面的智能算法，可以让控制系统达到更高的精度和更好的鲁棒性，致使锅炉汽包水位的控制精度不高，系统的抗干扰性不强。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种锅炉汽包水位PID参数的整定方法，以提高锅炉汽包水位的控制精度和系统的抗干扰性。

本发明所述问题是以下述技术方案解决的：

一种锅炉汽包水位PID参数的整定方法，所述方法包括以下步骤：

a.对于已知的给水流量对汽包水位的传递函数模型和PID控制器的传递函数模型，首先确定采样时间与采样次数，然后将传递函数进行Z变换，得到传递函数的差分方程形式；

b.选择可以衡量PID调节参数是否最佳的适应度函数：

其中，β为一常数，J为优化目标函数：

其中，J(0)＝w₃t_u,w₁,w₂,w₃,w₄，为权值，且w₄＞＞w₁，t_u为系统的上升时间，e(k)为系统的偏差，u(k)为控制器的输出，eh(k)＝h(k)-h(k-1)，h(k)为被控对象输出；

c.初始化PID控制器的三个参数以及改进引力搜索算法的相关参数

改进引力搜索算法的核心迭代方程如下：