引言

在智能控制領域中，仿人智能控制占有重要地位。它的基本思想就是利用智能儀表來模擬人的控制行為，對復雜對象達到較高精度的控制，提高自動化水平。由于這種控制方法只研究和模擬有豐富經驗的運行操作人員的操作程序和規律，并加以整理、歸納、總結，以軟件控制程序代替人工的操作，并不依賴和涉及對象的精確的數學模型，故而對系統的時變性、非線性等有較好的魯棒性。
電站鍋爐配置的風扇磨直吹式系統，由于無中間貯煤粉倉，只能通過調節給煤量來保持鍋爐主蒸汽壓力。從給煤量的增減到主汽壓力的變化，要經歷磨煤機磨煤，一次風攜帶煤粉入爐膛，煤粉燃燒等多種物理的、化學的轉換過程。這類對象屬于多容性，大慣性及變參數的動態系統，很難建立較理想的數學模型，不適于用常規的PID調節方案。本文針對以上特點，用可編程調節器實現了仿人智能控制策略，對原主汽壓力控制方案進行了改進，獲得了較高的控制精度。

1仿人智能控制及控制方案

在人參與的控制過程中，經驗豐富的操作者并不是依據數學模型進行控制的，而是根據過去積累的經驗，如對系統動態信息特征的定性認識，進行直覺推理，在線確定或變換控制策略，之后，控制輸出使之與系統動態響應偏差及偏差變化率等有關特征量呈現一定的定量關系。圖1為典型的二階系統單位階躍響應曲線。

圖1典型二階系統單位階躍響應曲線
通常采用系統偏差與其變化率的乘積e*de／dt作為特征量，反映系統誤差的變化趨勢。在AB段，或CD段等，e*de／dt＞0，說明誤差正在增大；在BC段，或DE段等，e*de／dt＜0，表示誤差正在減小。在PID控制中利用該特征變量，可以使積分作用更加符合人的控制特征。實際上，控制系統中引入積分作用是減少系統穩態誤差的重要途徑，但這種積分控制作用也存在以下缺點：其一，積分控制作用針對性不強，甚至有時不符合控制系統的客觀需要；其二，只要有誤差存在就一直不斷進行積分，導致“積分飽和”，降低系統的快速性；其三，積分參數不易選擇，而選擇不當往往導致系統出現振蕩。人的記憶功能一般來說具有某種選擇性，而常規PID控制的積分作用對誤差信號的記憶中也包括了對控制不利的信息，缺乏智能性。造成積分控制作用不佳的原因在于這種積分作用沒有很好地體現出有經驗的操作人員的控制決策思想。圖1中，在AB段或CD段等，e*de／dt＞0，說明誤差正在增大，可考慮控制器實施PID作用，以使誤差絕對值朝減小方向變化，迅速減小誤差的絕對值。在BC或DE段，e*de／dt＜0，說明誤差絕對值正在減小，可將PID控制器中積分作用去掉，停止積分，以利于系統借助于慣性向穩態過渡。在時刻a，c，e等，雖然e＝0，但e*de／dt≠0，說明系統誤差在某一時刻雖為零，但很快將變為不平衡狀態，此時若停止積分作用，則調節器控制作用削弱，不利于系統及時消除誤差。在f到g時刻，de／dt＝0，但｜e｜≠0，說明這段時間里系統偏差固定不變，也必須加上積分作用，盡快消除偏差。當e＝de／dt＝0時，分離積分作用。

另外，電站鍋爐風扇磨直吹式系統由于慣性大、遲延時間長，控制器輸出指令uB常常處于飽和點。例如，汽壓低于設定值時，控制器輸出指令uB要求增加燃料量，由于遲延等因素的存在，往往使uB出現100％飽和。當壓力回升時，指令uB仍在100％，只有當壓力超過設定值時，輸出才從100％開始下降。由于存在熱慣性，汽壓仍然上升，輸出指令uB從100％減到最小飽和點。經歷若干時間，壓力才開始下降，一旦低于設定值，又開始一個新的動作周期，使壓力在較大范圍內波動。解決辦法是在線監測偏差變化率de／dt，根據de／dt的符號，在一個有限域內決定設定值的跟蹤方向。調節系統在汽壓狀態變化后，即發生控制作用，不完全依據設定值與被調量的偏差e來決定uB的增／減，就會取得一種較為合理的超前控制效果。例如，當de／dt＞0時，設定值切到有限域的下限，再加上PID，使uB盡快減小；反之，de／dt＜0時，設定值切到上限，uB盡快增大。

綜上，控制策略分敘如下。

a．仿人智能控制部分

①e*de／dt＜0時，積分作用分離；
②e*de／dt＞0時，積分作用保留；
③e＝de／dt＝0時，積分作用分離；
④e和de／dt有一個為0，另一個不為0時，積分不分離。

b．設定值SV切換部分

設正常定值為SV0；有限域上、下限為SVmax，SVmin；汽壓為pT，則有：

①｜pT－SV0｜≤M（M為事先設定好的偏差范圍）且de／dt＜0≤N（N為事先設好的偏差變化率限制值），則SV＝SV0，進行仿人智能定值PID調節。
②｜pT－SV0｜＞M或｜de／dt｜＞N時，SV根據de／dt的符號，切到SVmax或SVmin，進行仿人智能控制變定值調節。

2可編程調節器控制策略的實現

從以上分析可知，實現本文的控制策略需用微分、乘法、比較、開關、與、或等等運算功能塊，再加上PID控制功能塊即可。使用可編程調節器把上述控制策略組態后存入EPROM中，插到調節器上即可工作，其控制流程圖如圖2所示。

圖2仿人智能控制流程圖
3應用效果分析

本控制方案自1996年10月在鍋爐主汽壓力自動系統上投運以來，一直效果良好。以前調節指標較差，穩態誤差在±0．2MPa左右，穩態值常隨工況變化而改變，且控制輸出動作頻繁，對系統本身也產生擾動（見圖3）。改進后，機組負荷穩定時，最大誤差可達±0．1MPa以下，控制輸出變化正常。即使機組負荷變化10％，即20MW時主汽壓力也能很快回復到正常值范圍，性能指標符合要求，見圖4及圖5。實踐證明，用仿人智能控制方案實現的控制策略，系統動態響應快，魯棒性強，并且系統具有較高的控制精度。

圖3改進前控制輸出動作頻繁

圖4改進后誤差在±0．1MPa以下

圖5改進后控制輸出UB變化正常
4結論

①仿人智能控制系統的參數整定較容易，方法可參考常規的PID控制。
②利用仿人智能控制策略，實現了鍋爐汽壓的自動調節，既提高了汽壓控制精度，又達到節約燃料的目的。
③仿人智能控制理論的應用，有利于推動這門新興學科的發展，同時對提高自動化水平，減輕運行值班人員的勞動強度意義重大。(end)