[发明专利]一种煤泥流化床锅炉干法脱硫模糊控制方法

权利要求书

1. 一种煤泥流化床锅炉干法脱硫模糊控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤（1）利用煤泥流化床锅炉脱硫的实时数据建立过程模型，具体方法为：将煤泥流化床锅炉负荷控制在额定负荷的75-80％，在保持煤泥流化床锅炉负荷较为稳定的情况下，根据                                               排放浓度要求，采用干法脱硫系统进行脱硫，并保持的排放浓度相对稳定；然后控制脱硫剂流量增加15-20％，采集此过程的浓度数据直到的浓度重新得到稳定状态；记录从脱硫剂流量增加开始时刻至的浓度重新稳定时刻的数据

,，其中表示采样时间，表示采样时刻浓度；

给煤泥流量一个阶跃，使得流量增加15-20％，采集煤泥流量发生阶跃后的浓度数据直到的浓度重新回到稳定状态，记录此过程的数据,，其中表示新的采样时间，表示对应的浓度；

然后根据浓度变化情况确定浓度与脱硫剂之间的开环传递函数，以及浓度与煤泥之间的开环传递函数；这里、分别为开环增益，根据输出变化量与输入变量的比值获得， 、分别为时间常数，和为时间延迟常数，这四个参数为待求参数；、、、的值的求取采用非线性最小二乘算法，优化目标为ITAE指标，以此得到最佳的传递函数模型和；

步骤（2）依据专家模糊控制经验，采用模糊机理建立脱硫系统的模糊控制规则，设计模糊控制器；具体步骤如下：

I）根据煤泥流化床锅炉排放浓度要求，将排放浓度设定值定为要求上限值减去30-50；将浓度的实际误差的基本论域定为，取量化因子为，所对应的模糊论域为e=×{-3，-2，-1，0，1，2，3}，为此论域定义7个语言变量PB，PM，PS，Z，NS，NM，NB；隶属函数在初始部分取Z型函数，在最后部分取S型函数，其余全部选取论域范围内均匀分布、等距离的三角型函数；

II）根据实际运行经验，设定误差变化率的基本论域为；取量化因子为，则其所对应的模糊论域ec=×{-3，-2，-1，0，1，2，3 }，为此论域定义7个语言变量PB，PM，PS，Z，NS，NM，NB；隶属函数在初始部分取Z型函数，在最后部分取S型函数，其余全部选取论域范围内均匀分布、等距离的三角型函数；

III）控制量u的基本论域为；取量化因子为，则其所对应模糊论域为u=×{-3，-2，-1，0，1，2，3}；为此论域定义7个语言变量PB，PM，PS，Z，NS，NM，NB；隶属函数在初始部分取Z型函数，在最后部分取S型函数，其余全部选取论域范围内均匀分布、等距离的三角型函数；

IV) 确定模糊规则；将模糊控制机理与实际操作经验结合，建立合适的模糊规则表，得到的模糊规则如下所示；

UNBNMNSZPSPMPBNBPBPBPMPMPSPSZNMPBPMPMPSPSPSNSNSPMPMPSPSZZNSZPMPSPSZNSNSNMPSPSPSZNSNSNMNMPMPSZNSNSNMNMNBPBZNSNSNMNMNBNB

模糊推理采用Mamdani模型的模糊逻辑系统，去模糊化采用重心法；

步骤(3) 在模糊控制器的基础上加入积分环节，解决模糊控制方法中存在的设定值与反馈值偏差问题；积分值采用以下方法得到：

令，则积分参数取值为，其中，取初值为0.5，可根据实际控制效果进行适当调整，如果超调过大，则减小值，否则适当增加值；假设模糊控制器输出量为U，那么加入积分环节后总的输出为；

步骤(4) 根据煤泥随着负荷变化特征，加入与之适应的前馈环节，并求取最佳的前馈参数；根据实际过程，前馈传递函数可描述为的形式，为大于等于1的整数,、、分别为该环节开环增益、时间常数和延迟时间；求取最佳前馈参数的方法如下：

a)根据前馈原理，在煤泥量发生扰动后，为消除扰动， 应尽量趋近于零，表示扰动输入，表示反拉氏变换；其响应在达到稳态时候的值应该为零，因此传递函数的开环增益为；

b) 假设在时间，响应达到稳态值，其中表示在前馈作用下采样时间，表示前馈作用下与采样时间相对应的SO2浓度响应，那么传递函数的参数最佳值满足；以为目标，以参数为变量，并满足参数为正，为大于1的整数变量的解就为参数的最佳值；因为表示开环阶数，不宜太大；则其解可表示为的一个根，为了方便求解，又可以表示为，且随着迭代增加令，这里表示松弛变量；因此最佳参数值的获得需要求解以下命题：

s.t.  

并且满足

以上优化命题为非线性问题，通过加入松弛变量不等式约束可以转化为等式约束；改写为以下形式

其中，，和均连续可微；问题可通过求解一系列的QP子问题来逐步逼近以上优化命题的最优解，具体求解过程为：

i) 在迭代点处对以上优化命题进行泰勒展开，并忽略高次项和目标函数中的常数项，则原命题转为求解以下QP子问题

式中为搜索方向矢量，和等简写为和形式，分别表示在处目标函数的导数和约束的雅克比矩阵，为拉格朗日函数的Hessian阵，为维矩阵；其中拉格朗日函数为：

，其中、、为拉格朗日乘子；

ii)采用积极集方法求取以上QP子问题，得到搜索方向；

iii)求取搜索方向二范数、拉格朗日函数梯度与搜索方向乘积的值和一阶优化条件的值；如果一阶优化条件值小于设定误差，或者且的值同时满足小于设定误差，则计算停止，得到最优目标函数值和在此情况下的最佳变量值；如果迭代步数达到最大设定迭代步数，则终止计算,得到当前变量的值；否则进行下一步计算；

IV) 令，这样就得到了下一个迭代点；为步长系数，通过一维搜索方法求取；

V) 令，然后进入I)步骤继续计算；

通过以上方法得到前馈传递函数的最佳形式，在控制策略中加入该前馈以消除煤泥燃料变化对系统的扰动。