乔金玉

（大唐武安发电有限公司，河北 武安 056300）

模糊免疫PID算法在锅炉控制策略中的应用

乔金玉

（大唐武安发电有限公司，河北 武安 056300）

根据循环流化床锅炉结构和控制特点，提出了模糊免疫PID控制算法，并将此算法应用到流化床锅炉控制策略中。以给煤量-主蒸汽压力控制系统和给煤量-床温控制系统为例，在MATLAB仿真软件中比较模糊免疫PID控制算法和常规PID控制算法的控制效果，结果表明在循环流化床锅炉控制策略中应用模糊免疫PID控制算法能得到更好的控制效果。

循环流化床；模糊；免疫PID；仿真

0 引言

随着电力行业的发展，循环流化床锅炉（Circulating Fluidized Bed Boiler，简称CFBB）已经得到发电集团越来越多的重视。CFBB系统较为复杂，具有大滞后、慢时延、非线性等特点，较难实现精确控制，结合PID控制、生物免疫机理和模糊控制算法，提出了模糊免疫PID控制算法，以这种算法为基础对循环流化床锅炉控制策略实现改进。并利用MATLAB进行仿真，仿真效果表明，模糊免疫PID控制算法在对循环流化床的控制品质方面优于常规PID控制。

2.2 仿真研究

选取循环流化床锅炉给煤量-主蒸汽压力控制系统和给煤量-床温系统控制系统，分别以阶跃响应实验和鲁棒性能实验。引用常规PID控制算法与模糊免疫PID控制算法做比较，采用MATLA仿真软件对系统的模型进行仿真研究。

给煤量-主蒸汽压力控制系统传递函数为：

1 模糊免疫PID控制理论

循环流化床锅炉的控制系统存在着较严重的非线性、不确定性等，因此常规的控制方法不能实现对循环流化床锅炉的精确控制。针对这一特点，文中提出了基于模糊免疫PID方法的循环流化床锅炉控制策略。

图1 自整定模糊免疫PID控制系统

循环流化床锅炉燃烧系统与普通锅炉相比具有很多特性，诸如响应滞后、参数慢时变、受外界干扰严重等。所以设计循环流化床锅炉控制系统时就要求系统具有良好的抗干扰性和动态性能、稳态输出。模糊免疫PID控制算法的控制系统就可较好的满足以上的要求。

根据循环流化床锅炉运行经验，控制系统的偏差和偏差的变化率的模糊域选取（-3，3），控制器的输出模糊域选取（-3，3），偏差的实际范围为（-10，10），则量化因子为0.3，控制器的输出的输出幅值限制为（-10，10），故其量化因子也取为0.3。其他量化因子，比例因子均取为1。

2 控制系统的仿真研究

2.1 控制对象模型的选取

根据循环流化床燃烧系统运行的经验，可将燃烧系统简化为一个两输入两输出的控制对象，则输入为系统的一次风量和给煤量，输出为锅炉的主汽压力和床温。系统的输入与输出的传递函数表达式为：

传递函数中 为2×2阶矩阵，传递函数的展开式为：

控制系统阶跃响应实验，给出幅值为1的响应信号，则系统的响应曲线如图2所示。

图2 给煤量-主蒸汽压力阶跃响应曲线

给煤量-床温控制系统传递函数为：

给出幅值为1的阶跃信号，则系统的响应曲线如图3所示

图3 给煤量-床温系统阶跃响应曲线

对循环流化床锅炉燃烧系统的模型进行了简化，并利用MATLAB仿真软件对模糊免疫PID算法和常规PID算法进行对比研究，仿真结果表明文中提出的模糊免疫PID控制算法优于常规的PID控制算法。采用模糊免疫PID控制算法对循环流化床锅炉控制具有良好的效果。

3 结论

提出了基于模糊免疫PID算法的循环流化床控制策略。为了说明此种算法的优越性，同时引入了常规PID控制算法，在MATLAB仿真软件中做了两种算法的仿真研究，两种算法同时应用在给煤量-主蒸汽压力控制系统和给煤量-床温系统控制，仿真结果表明文中提出的模糊免疫PID控制算法在控制效果上有较大的优越性。

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乔金玉（1983—），男，汉，河北邯郸人，助理工程师，研究方向：为热工自动化及其控制系统。