电厂热工过程控制中智能PID控制器的应用探讨

电厂热工过程控制中智能PID控制器的应用探讨

罗厚翔

江西大唐国际抚州发电有限责任公司 江西 抚州 344000

摘要：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。

关键词：电厂热工；过程控制；智能PID控制器；应用

1智能控制分析

20世纪70年代中后期，链路智能控制被明确提出。经过多年的发展趋势、基础理论的完善和完善，这种技术核心概念已逐渐在国际产业中得到广泛推广和应用。它具有传统控制系统无法比拟的应用价值，具有多样化、开放性和可变性的特点。在这一阶段，智能控制的关键涉及：它可以用于智能机器人行业和工业管理行业，以提高生产管理的实际效果；能够依靠神经网络类型的技术性质和模糊管理方法制定完善的管理计划；简化框架-剪力墙，处理多单元计算能力架构问题，提高框架-剪力墙的可靠性；技术应用具有信息内容学习和培训的功能，可以整合我们所知道的一些内容，构建一个相对完善的计划，或改进当前的控制计划；改进和完善日常任务设计方案的管理方法、组合部分和架构，提高操作工作的有效性；问题解决功能具有系统软件的容错特性和组态软件的基本理论；根据测试数据信息资源的特点，准确区分不明确的具体内容，建立相对完善的工作模式和管理模式；能够准确、全面地分析运行条件，制定完善的智能控制技术规范。

2火电厂热工自动化现状

近年来，我国大多数火电厂都逐步加强了技术改造和创新开发的范围，自动化水平得到了提高。他们已经开始将传统的组合仪表转变为现代数字仪表。根据微机技术，可以对发电机组运行进行合理的监督和调节，并使用阴极射线类型显示监督数据，在一定程度上提高了监督和控制水平，达到了运行和热维护的驱动作用，促进了火电厂热力自动化系统软件功能的更加完善。例如，系统软件具有自动操作功能、自动报警功能和自动维护功能，可以对热力机械设备和整个系统软件进行自动监督和调节，尽快发现机械设备的问题，立即报警，并进行自动维护。

3PID控制原理算法

3.1比例控制算法

先说PID中最简单的比例控制，抛开其他两个不谈。还是用一个经典的例子，假设有一个水缸，最终的控制目的是要保证水缸里的水位永远的维持在1米的高度。假设初试时刻，水缸里的水位是0.2米，那么当前时刻的水位和目标水位之间是存在一个误差的error,且error为0.8。这个时候，假设旁边站着一个人，这个人通过往缸里加水的方式来控制水位。如果单纯的用比例控制算法，就是指加入的水量u和误差error是成正比的。即u=kp*error,假设kp取0.5,那么t=1时(表示第1次加水，也就是第一次对系统施加控制),那么u=0.5*0.8=0.4,所以这一次加入的水量会使水位在0.2的基础上上升0.4,达到0.6。接着，t=2时刻(第2次施加控制),当前水位是0.6,所以error是0.4。u=0.5*0.4=0.2,会使水位再次上升0.2,达到0.8,如此这么循环下去，就是比例控制算法的运行方法，可以看到，最终水位会达到我们需要的1米。但是，单单的比例控制存在着一些不足，其中一点就是稳态误差!

像上述的例子，根据kp取值不同，系统最后都会达到1米，不会有稳态误差。但是，考虑另外一种情况，假设这个水缸在加水的过程中，存在漏水的情况，假设每次加水的过程，都会漏掉0.1米高度的水。仍然假设kp取0.5,那么会存在着某种情况，假设经过几次加水，水缸中的水位到0.8时，水位将不会再变换。因为，水位为0.8,则误差error=0.2.所以每次往水缸中加水的量为u=0.5*0.2=0.1.同时，每次加水缸里又会流出去0.1米的水!!!加入的水和流出的水相抵消，水位将不再变化!也就是说，如果目标是1米，但是最后系统达到0.8米的水位就不在变化了，且系统已经达到稳定。由此产生的误差就是稳态误差了。(在实际情况中，这种类似水缸漏水的情况往往更加常见，比如控制汽车运动，摩擦阻力就相当于是“漏水”,控制机械臂、无人机的飞行，各类阻力和消耗都可以理解为本例中的“漏水”),所以，单独的比例控制，在很多时候并不能满足要求。

3.2积分控制算法

还是用上面的例子，如果仅仅用比例，可以发现存在暂态误差，最后的水位就卡在0.8了。于是，在控制中，再引入一个分量，该分量和误差的积分是正比关系。所以，比例+积分控制算法为：u=kp*error+ki*∫error。

还是用上面的例子来说明，第一次的误差error是0.8,第二次的误差是0.4,至此，误差的积分(离散情况下积分其实就是做累加),∫error=0.8+0.4=1.2.这个时候的控制量，除了比例的那一部分，还有一部分就是一个系数ki乘以这个积分项。由于这个积分项会将前面若干次的误差进行累计，所以可以很好的消除稳态误差(假设在仅有比例项的情况下，系统卡在稳态误差了，即上例中的0.8,由于加入了积分项的存在，会让输入增大，从而使得水缸的水位可以大于0.8,渐渐到达目标的1.0.)这就是积分项的作用。

4电厂热工过程控制中智能PID控制器的应用

电厂热力过程中的温度不受压力、流量和液位等受控变量的控制，因为温度传递存在滞后现象。其中涉及滞后时间的对象特征，一般包括纯滞后和容量滞后。前者通常是指材料在工艺段中传输所需的时间，而后者通常是指材料连续通过多个容器后，受控对象的热交换和建立稳定信号所需的时间。明确的一点是，温度的真实值不能立即反映出来。您必须等待以显示实际值。

在温度闭环控制中，为了解决这个问题，我们需要使用PID温度控制器。关键仍然是PID中的D（差分控制）。差分控制的功能是超前控制。假设有一个需要控制的材料温度，您希望将其控制在35℃（35℃是目标值）。PID控制包括P、PI、PD、PID等控制。考虑到受控变量是温度，需要选择PID控制。

温度传感器检测温度，此时获得的温度值将与目标值（35°）进行比较，然后控制器判断以快速进行处理判断，并向执行器发送信号以调整温度。此时，将获得一个新的动态温度稳态值，温度传感器将该值信号发送给控制器，与目标值进行比较，以获得残差，因此需要i积分控制干预，在处理和判断后，温度控制器再次发送信号，执行器调整温度。在达到新的动态稳定性后，新的稳态值被传输到控制器。与目标值比较后，控制仍不理想，需要d-微分控制的干预。因此，PID参数整定是一个枯燥的过程。有时需要花费大量精力来提高控制质量并找到理想的PID三个控制参数值。

为了实现温度控制在35°左右的动态稳定性，需要调整PID参数。首先是比例，然后是整合，最后是差异化。温度控制器可以自动或手动设置PID。

结论

一般来说，PID控制器易于理解，在使用中不需要精确的系统模型和其他先决条件，因此它已成为应用最广泛的控制器。然而，PID并不是万能的。重要的是，PID控制器主要适用于基本线性且动态特性不随时间变化的系统，但对于复杂非线性系统和复杂信号跟踪具有局限性。

参考文献：

[1]刘志远，吕剑虹，陈来九.智能PID控制器在电厂热工过程控制中的应用前景[J].中国电机工程学报，2020(8):129-135.

[2]张鑫，尚坤，卢红强.智能PID控制器在电厂热工过程控制中的应用[J].产业与科技论坛，2020,15(4):65-66.

[3]赵鑫.电厂热工过程控制中智能PID控制器的应用研究[J].民营科技，2018(9):62.