智能PID控制器在电厂热工过程控制中的应用前景

魏建全

通辽热电有限责任公司 内蒙古通辽市 028000

摘要：随着大容量、高参数火电机组的蓬勃发展，热力设备和热工过程越来越复杂，控制要求不断提高。PID控制算法原理简单，适用范围广且逻辑组态方便易行。对于热工系统控制的研究，尤其是工程应用性强的PID控制策略的研究十分必要。因此本文就电厂热工过程控制中智能PID控制器的应用进行研究。
关键词：电厂热工；智能PID控制器；应用

1、智能PID控制器在电厂热工过程控制中应用的必要性分析

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。另外，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。对PID控制器的研究历时已久，很多研究人员在对一般PID控制器的性能进行优化时，逐渐产生规则整定法、闭环搜索法、间接自整定等一些多样化的参数整定方法，但是这些方法普遍都需要遵循较多的运行规则，同时还要对多样化的特征参数进行辨识，因此只适用于一些工况比较简单的电厂，无法应用于复杂的工况过程控制，而部分研究人员通过改进PID算法的方式对PID控制器进行优化，并产生选择性控制算法、非线性控制算法、自适应性控制算法等先进算法，并且综合应用智能控制技术，对学习算法、直觉推理规则、启发式直观判断、专家经验等方法进行有效利用，从而形成智能PID控制器，使电厂热工过程控制水平有显著提升。

2、智能PID控制器的应用原理分析

2.1模糊PID控制器

模糊PID控制器对智能控制系统的应用主要包括两个方面，一是模糊推理功能，二是知识库功能，通过这两种功能发出过程控制信号，然后在遵循各种系统运行规则的基础上，形成一种与一般PID控制器相同的结构，并体现出同样的非线性特征。模糊PID控制器主要有以下几种类型，分别是PI模糊控制器、PD模糊控制器和PID模糊控制器，这三种模糊控制器都采用先输入、后输出的结构，但是输入和输出的手段存在差异。以PD模糊控制器为例，这种控制器的优势在于能够动态获取系统响应，而且速度极快，但是会产生一些数据误差，因此输入程序由系统误差、系统误差的变化率构成，而输出程序为控制量。为了减少误差产生的影响，可以利用比例积分方式进行改善。

2.2模糊-PID复合控制

模糊-PID复合控制是由多种结构组成的，其中主要包括P控制器信号结构、I控制器信号结构、PI控制器信号结构、PID控制器信号结构和Mamdani模糊控制器。在电厂热工过程控制中，由于动力系统在运行中会产生一些偏差，因此必须对多种控制器的功能进行综合利用，从而使控制器的性能得到优化，实现对电厂热工规程的多功能控制。在实际应用过程中，需要对逻辑电路进行合理设计，着重解决电路在切换时产生的串扰现象，为此可以采用切换逻辑、模糊控制器与PID控制器并列串联的模式完成输入和输出的过程。

2.3神经网络-PID控制

将神经网络与PID控制器综合利用就是在神经网络中对控制器的参数进行调试，从而实现最精准的转换。利用神经网络-PID控制可以使数学建模的效率和质量得到显著提升，从而应对更加复杂的控制系统。例如神经网络自适应PID控制器能够对系统的运行状态进行预测，并且根据预测的结果对自身状态进行针对性的调整，从而提高控制器的自适应水平，使复杂过程控制的能力得到提升。

3、智能PID控制器在热力工程过程控制中的应用

3.1过热汽温系统

控制器运行状态的变化会直接导致过热汽温系统动态特性的改变，在实际的研究中发现，PID控制器有利于增强过热汽温控制系统的综合性能与控制能力，很好地增强了控制系统的适应性。通常情况下模糊控制和专家自整定串级PID控制的方法如下：在主汽温偏差大的状态下，技术工作者能够在较短的时间内采取模糊控制的方式来抑制干扰，进而提升系统反应速度，保障系统的正常工作；而在面对主汽温偏差小的状况时，技术工作者则需要整定相应的PID，根据偏差噪音来确定PID值，不断地提升控制器的控制可靠性与精准度。与此同时，相关技术专家的研究结果显示，再热汽温模糊控制方式可以很好地适应生产要求，具有精准度高和反应速度快的显著特点，在DCS软件组态上得到了广泛运用。

3.2单元机组负荷控制系统

时变性、非线性和不确定性是单元机组负荷控制系统的显著特点，而且有着很多的变量，不利于建立科学合理的数学模型，若是运用普通PID控制器，在性能方面不会产生显著的效果，还有可能出现难以融合的问题。根据单元机组负荷控制系统控制对象的特点和神经元的学习特点，相关专家研究出了两种适应能力很强的控制系统，也即是机跟炉和炉跟机，具有很强的自动适应能力，有关研究结果表明，当学习参数快速收敛至平衡值时，具有很强的控制能力，若是把非模型控制的模糊逻辑算法和神经元控制有机融合，那么系统的适应性将得到大大增强，很好地提升了电厂热工过程控制能力。

3.3锅炉水位系统

在系统运行的过程中锅炉水位系统并不会保持一直不变，而且有着延迟性的特点，甚至会出现行业内所说的“虚假水位”情况。一般的三冲量控制系统采取建立科学数学模式与设置PID参数的方法来控制锅炉水位系统，但是这样的方式方法也不能很好地解决锅炉水位系统的弊端问题，若是在机组运行状态产生一些改变时，很难取得良好的控制效果。在智能PID控制器中，会利用模糊规则的原理科学化地调整锅炉水位的相关参数，而且智能PID控制器在循环流化床锅炉的运用，有着很好的汽包水位控制质量。针对智能PID控制器的研究一直处理仿真和试验阶段，并没有在电力热工控制系统中得到良好的发展与运用，但是可以确定的是智能PID控制器有着很强的控制能力与技术实力，在促进热工控制系统数字化、信息化和自动化发展方面有着很好的前景，部分电厂已经把智能PID控制器和自身的生产实际相结合，而且取得了良好的效果。
结语：综上所述，针对智能PID控制器在电厂热工过程控制应用的探究是非常必要的。随着科学技术的发展，智能控制技术在各领域得到有效利用，极大提升工作效率和质量。在电厂热工过程控制中应用智能控制技术能够有效优化一般PID控制器的性能，对单元机组负荷控制系统、过热气温系统和锅炉水位系统进行智能控制。希望本文能够为研究智能PID控制器在电厂热工过程控制应用的相关人员提供参考。
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