3.4 本章小结
本章主要是对基于BP神经网络的PID控制方法进行了详细的阐述，依据神经网络的算法并和PID结合，推导出该算法下的权值调整公式，进而通过调整权值，找到合适的PID输出kp、ki、kd，为下一章的仿真打下了理论基础。
22
第四章 基于BP神经网络的PID控制在主汽温
控制系统中的应用
4.1 主汽温的控制任务
锅炉的主蒸汽温度与火电厂的经济性和安全性有重要的关系，因此主蒸汽温度是火电厂的一个极其重要的参数。其控制的好坏直接影响到电厂的整个经济效益。主蒸汽温度的控制任务是：(1)维持主汽温在允许的范围之内，对于亚临界机组的主汽温为
540?C?10?C,长期运行应控制在540?C?5?C，对于超临界及超超临界主汽温应控制在
540?C?610?C?10?C，长期运行应控制在540?C?610?C?5?C。（2）保护过热器，使
其管壁不超过允许的工作温度，汽温过高，会烧毁过热器的高温段。汽温过低也不行，汽温每降5度，热经济性下降百分之一，汽温偏低会使汽机尾部蒸汽湿度增大甚至带水，严重影响汽机的安全运行。
4.2 主汽温被控对象的动态特性
火电厂的主汽温系统如下图所示：
图4-1 过热气温原理图
影响主汽温变化的扰动因素很多，如蒸汽负荷、烟气温度和流速、火焰中心位置、减温水量、给水温度等。主要扰动有3个：蒸汽量扰动D，烟气量扰动Q，减温水量扰动W。
23
（1）、蒸汽量扰动下主汽温对象的动态特性
图4-2 蒸汽量变化对主气温的影响
（2）、烟气量扰动下主汽温对象的动态特性
图 4-3 烟气量变化对主气温的影响
（3）、减温水量扰动下主汽温对象的动态特性
W
图4-4 减温水量变化对主气温的影响
4.3 主汽温控制策略
4.3.1主汽温控制信号的选择
对于主蒸汽的上述三个基本扰动，其中蒸汽流量的扰动由用户决定，根据负荷的多少来决定所用蒸汽的多少，所以蒸汽流量信号是不可以调节的，因此不能做调节信号。而烟气量扰动可以做调节信号，但是烟气与燃烧系统有关，如果用烟气作为控制信号，
24
会影响到燃烧控制系统的设计，所以一般也不采用烟气控制。常常用减温水量扰动做调节信号，可通过控制减温水的多少来控制主蒸汽温度，实践证明是可以的。
用减温水给水量作为基本扰动来完成控制，就是用减温水量作为该系统的输入，把主汽温做为输出，管内的蒸汽和管壁可以看做是许许多多的单容对象的串联，因此对象具有分布参数特性，且该被控对象有较大的惯性和迟延。而减温水出口温度变化明显比过热汽温变化要快，常常把这一段作为导前区，把从减温器出口到过热蒸汽出口这一段叫做惰性区，在减温水的扰动下，主气温的动态特性可表示为：
G0??1?s?W?s??k0?1?T0s?n （4-1）
其中k0为放大系数，T0为时间常数，n为阶次。其传递函数由两点法可以通过实验测得。 同理导前区的传递函数也可以表示为：
G1??2?s?W?s??k2?1?T2s?n2 （4-2）
其中k2为导前区的放大系数，T2为导前区的时间常数，n2为阶次，该传递函数也可以通过实验求的。
惰性区的传递函数也可以表示为
G2?
?k1?1?s?2?s??1?T1s?n1 （4-3）
其中k1为惰性区放大系数，T1为惰性区时间常数，n1为阶次，该传递函数无法通过实验求出，而是由下式求出：
G2?s??G0?s? （4-4）
G1?s?可得到
k1?k0 （4-5） k2n0T02?n2T22 T1? （4-6）
n0T0?n2T2(n0T0?n2T2)2 n1? （4-7） 22n0T0?n2T2
25
4.3.2 主汽温控制的两种策略
策略一：
在火电厂中，对主汽温的控制有较高的要求，然而在实际生产过程中,由于主蒸汽流量、压力、烟气温度和流速等的外扰,以及减温水内扰频繁且幅度较大,加上对象模型参数随工况参数(主蒸汽压力、温度和流量)的变化而变化,因而难以建立精确的数学模型.因此,主汽温控制是一个存在大时滞、时变性、大干扰,具有不确定性和非线性的复杂热工对象。常规汽温控制系统为串级PID控制。串级控制系统见下图：
u1 r + e + 主PID 副PID u 2G1(S) ?1 G2(S) ?2 -
- M1 M2 图4-5 主汽温串级控制框图
其中r为主汽温设定值，G1(s)G2(s)分别为控制系统对象的导前区和惰性区的传递函数，M1,M2分别为副变送器和主变送器传递函数。 策略二：
传统的控制都需要人工整定PID，且要求对象模型精确，而对于主汽温被控对象的模型往往是很难精确得到的，我们利用神经网络的非线性特性和不依赖于对象精确模型的优点，对主汽温的控制方案加以改进。改进后加入BP神经网络，搭建成基于BP神经网络的PID控制系统，用以完成对锅炉主汽温的控制。该方案如下图
BP神经网络 r kp ki kd ?1?2u+ PID控制器 G1(S) G2(S) - e
M 图4-6主汽温基于BP神经网络的PID控制框图
26