燃氣爐窯爐膛壓力計算機智能模糊控制節能方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于工業爐窯自動化過程控制中的智能控制領域，具體屬于計算機智能模 糊控制技術。具體涉及燃氣爐窯爐膛壓力計算機智能模糊控制節能方法。
【背景技術】
[0002] 目前，燃氣爐窯所采用的節能技術如下：
[0003] 1.采用空氣、煤氣換熱器及蓄熱式燃燒技術等實現高溫煙氣的余熱回收；
[0004] 2.采用隔熱、輕質、耐火保溫的爐襯材料，通常選用節能的硅酸鋁纖維棉；
[0005] 3.采用節能型燃燒器技術，即選用節能燒嘴；
[0006] 4.采用紅外輻射涂料技術可提高傳熱速度；
[0007] 5.通過空氣過剩系數對空燃比進行自動調節，保證燃氣充分燃燒；
[0008] 6.采用計算機集散控制方式提高系統控制精度。
[0009] 上述節能技術相對成熟，被廣泛應用于燃氣爐窯的現代化改造項目中，并且取得 了較好的節能效果。在以上節能技術單獨使用或組合使用后，對燃氣爐窯的爐膛壓力控制 算法進行改進，通過計算機軟件對燃氣爐窯的爐膛壓力實施控制，使爐膛壓力P始終保持 在所允許的正偏差：pie范圍內，通過提高爐膛的平均壓力來增大爐內高溫煙氣的平均密度 P，從而加快高溫煙氣與工件之間的對流傳熱和輻射傳熱速度，可進一步降低燃氣爐窯的能 耗。
[0010] 傳統爐膛壓力控制示意圖如圖1所示，為了防止執行機構頻繁動作，傳統的爐膛 壓力控制算法通常減弱或去掉微分環節而采用PI控制算法，該算法屬于滯后性控制，爐膛 壓力在平衡點附近容易出現來回震蕩現象，因此，當爐膛壓力設定值為〇仏時，容易出現爐 膛負壓狀態，爐膛負壓狀態會導致冷空氣被吸入爐膛內而降低爐溫，浪費能源，同時，由于 爐膛內處于負壓狀態，因此爐膛內的高溫煙氣密度相對較小，降低了高溫煙氣與工件之間 的熱交換速度，一部分熱量來不及與工件進行熱交換就從煙道被抽走，降低了燃氣爐窯的 熱效率。

【發明內容】

[0011] 本發明的目的是為了在單獨使用或組合使用上述節能技術之后，通過改進燃氣 爐窯的爐膛壓力控制算法，進一步降低燃氣爐窯的能耗，而提供一種燃氣爐窯爐膛壓力計 算機智能模糊控制節能方法。本發明通過溫度智能模糊控制算法實現了對爐膛溫度的精確 控制；通過設計壓力超前智能模糊控制算法不僅提高了爐膛壓力控制的穩定性，而且可使 爐膛壓力P始終保持在所允許的正偏差pie范圍內，通過提高爐膛的平均壓力來增大爐內 高溫煙氣的平均密度P，從而加快高溫煙氣與工件之間的對流傳熱和輻射傳熱速度，可進一 步降低燃氣爐窯的能耗，其理論依據是：根據對流傳熱及輻射傳熱理論，當其它條件相同的 情況下，熱流體密度越小，熱流體與工件之間的傳熱速度越慢，熱流體密度越大，熱流體與 工件之間的傳熱速度越快。
[0012] 本發明技術方案：
[0013] 燃氣爐窯爐膛壓力計算機智能模糊控制節能方法，其特征是按以下步驟進行：首 先是將溫度偏差和溫度偏差變化模糊化后，通過溫度智能模糊控制算法得出控制量的模糊 量值，對控制量的模糊量值解模糊也就是清晰化處理得到溫度控制輸出值，將溫度控制輸 出值以PWM方式進行輸出，直接作用于被控制對象，被控對象為燃氣爐窯各控溫點所對應 的大燃氣閥和小燃氣閥，然后對所有控制點的溫度控制輸出值之和求平均值，將該平均值 與壓力偏差模糊化后，通過壓力超前智能模糊控制算法得出壓力控制量的模糊量值，對壓 力控制量的模糊量值解模糊也就是清晰化處理得到壓力控制輸出值，壓力控制輸出值經過 D/A轉換后輸出4~20mA位置控制信號，將位置控制信號與位置反饋信號相比較，最后輸出 正、反轉控制信號作用于執行機構，執行機構為燃氣爐窯的電動執行器。
[0014] 所述的溫度智能模糊控制算法包括基于控制規則自調整的模糊算法和智能積分 兩部分，其表達式為：U=α E-(l-a E，其中，E為偏差，EC為偏差變化，U為控制 量的模糊量值，E、EC、U e[-6,6]，α為自尋優權值，其取值規則如下：設基本權值α1 = (|Ε|+6)/12,修正權值a2=((|E|+6)/12+|E|A|E| + |EC|))/2,當|E|+|EC|= 0 時：α =0· 5;當|E| + |EC|乒0時：如果|EC|>|E|并且|EC-E|增大或不變，那么α=Min(aρ a2)，否則如果|EC|〈|E|并且|EC-E|增大或不變，那么aa2)，否則a= (a1+a 2) /2,其中Min、Max分別為取最小值和取最大值函數，IE I、I EC I分別為E和EC的絕 對值，α取值不同，則可得到不同的控制規則，以實現對控制規則的自調整，&為智能積分 系數，積分條件為：當|E| >2時停止積分；當|E| <2且|E|增大或不變時積分，否則停止 積分，該智能積分方式可進一步縮短系統的穩定時間，通過上述智能模糊控制算法，使系統 具備了良好的動靜態特性。
[0015] 所述的壓力超前智能模糊控制算法包括基于控制規則自調整的模糊控制算法和 智能積分兩部分，其表達式為：
分別為壓力偏差、所有控制點的溫度控制輸出值之和的平均值和控制量的模糊量值，Ep、UpG [-6,6], Ι? 6 [Ο；：6] ，U = KVi X (11丄+ :11.2 + U多+ …+ + .U《g-4) .+ un ) /η Ku為模糊化系數，un為各點溫度控制輸出值，unG[0, 1]，n為控制點數，ap為 自尋優權值，其取值規則如下：設基本權值apl=(|Ep|+6)/12,修正權值
|Ep| + |?|矣0時：如果ΕρjmEp增大，如果Π增大或不變，那么ap=Max(apl， αp2)，否則αp=(αpl+αp2)/2;如果Ep>?并且Ep不變，如果?增大，那么αP=Max(αpl，〇|52)，如果〇不變，那么<1|：)=((1|：)1+(1 |：)2)/2，否則（1|：)=]\^11((1|：)1，（1|：)2) ;如果￡{12 1]并 且 小，如果Π增大，那么ap=(apl+ap2)/2,否則ap=Min(apl，ap2);如果Ep<U 并且Ep增大，如果〇增大或不變，那么ap=Min(apl，ap2)，否則ap=(apl+ap2)/2;如 果Ερ<??并且Ep不變，如果iJ增大，那么ap=Min(aρ1，αρ2)，如果U不變，那么αρ = (αΡι+αΡ2)/2,否則ap=Max(aρ1，αρ2);如果Ερ<U并且Ε,小，如果u增大，那么αρ =(%1+%2)/2，否則€[|5=|&?(€[|51，€ [|52)，其中組11、1&?分別為取最小值和取最大值函 數，|Ej、|H|分別為匕和0的絕對值，％取值不同，則可得到不同的控制規則，以實現對控 制規則的自調整，心為智能積分系數，積分條件為：當壓力控制輸出值大于零并且|EP|增大 或不變時，如果Ep>0并且壓力控制輸出值減小或不變或者Ep〈0并且壓力控制輸出值增大或 不變時積分，否則停止積分。
[0016] 本發明技術效果：
[0017]L采用壓力超前智能模糊控制算法所得爐膛壓力控制的理論效果
[0018] 設爐膛壓力最大允許誤差為e，當爐膛壓力設定值為（0土e)Pjt，圖2為傳統方案 所得爐膛壓力控制理論效果圖，控制算法選擇PI調節，爐膛壓力控制范圍為（_e~e)Pa，圖 3為本方案所得爐膛壓力控制理論效果圖，爐膛壓力控制范圍為（0~e)Pa。
[0019] 2.采用壓力超前智能模糊控制算法所得爐膛壓力控制的實際效果
[0020] 當爐膛壓力設定值為（5±5)匕時，圖4為傳統方案所得爐膛壓力控制實際效果 圖，控制算法選擇PI調節，爐膛壓力實際控制范圍為（0~10)Pa，圖5為本方案所得爐膛壓 力控制實際效果圖，爐膛壓力實際控制范圍為（5~10)Pa。由圖4、圖5比較得出：壓力超 前智能模糊控制算法不僅提高了爐膛壓力控制的穩定性和準確性，而且在爐內溫度偏差e 減小的過程中，爐膛