摘  要： 鍋爐的主汽溫被控對(duì)象是一個(gè)大慣性,、大遲延,、非線性且對(duì)象變化的系統(tǒng)，常用的汽溫控制系統(tǒng)有串級(jí)PID控制和基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制,。串級(jí)PID控制一般能將主汽溫控制在允許的范圍內(nèi),；基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所具有的自學(xué)習(xí)能力與PID控制器的魯棒性相結(jié)合，能實(shí)現(xiàn)對(duì)非線性,、大時(shí)滯系統(tǒng)模型的控制,。對(duì)這兩種策略在不同負(fù)荷下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)仿真，該結(jié)果對(duì)當(dāng)前電廠的經(jīng)濟(jì)性和安全性有一定參考價(jià)值,。
關(guān)鍵詞: BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),；PID控制；主汽溫

    鍋爐的主蒸汽溫度與火電廠的經(jīng)濟(jì)性和安全性有重要的關(guān)系,，是火電廠的一個(gè)極其重要的參數(shù),，其控制的好壞直接影響到電廠的整個(gè)經(jīng)濟(jì)效益。主蒸汽溫度的控制任務(wù)是：(1)維持主蒸汽溫度在允許的范圍之內(nèi),。對(duì)于亞臨界機(jī)組的主蒸汽溫度為540 ℃±10 ℃,，長(zhǎng)期運(yùn)行應(yīng)控制在540 ℃±5 ℃，對(duì)于超臨界及超臨界主蒸汽溫度控制在(540 ℃～610 ℃)±10 ℃,，長(zhǎng)期運(yùn)行應(yīng)控制在(540 ℃～610 ℃)±5 ℃,；(2)保護(hù)過熱器，使其管壁不超過允許的工作溫度,。氣溫過高,，會(huì)燒毀過熱器的高溫段，氣溫每降5 ℃,，熱經(jīng)濟(jì)性下降1%,，氣溫偏低會(huì)使蒸汽機(jī)尾部蒸汽濕度增大甚至帶水，嚴(yán)重影響汽機(jī)的安全運(yùn)行,。
    影響主汽溫的擾動(dòng)因素很多,，主要有蒸汽量擾動(dòng)、煙氣量擾動(dòng)和減溫水量擾動(dòng),。而對(duì)主汽溫的控制策略通常有兩種：
    (1)在火電廠實(shí)際生產(chǎn)過程中,針對(duì)主汽溫控制是一個(gè)存在大時(shí)滯,、時(shí)變性、大干擾,、具有不確定性和非線性的復(fù)雜熱工對(duì)象,，常規(guī)氣溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為串級(jí)PID控制，如圖1所示,。
其中,，r為主汽溫設(shè)定值，G1(s),、G2(s)分別為控制系統(tǒng)對(duì)象的導(dǎo)前區(qū)和惰性區(qū)的傳遞函數(shù),，M1、M2分別為副變送器和主變送器傳遞函數(shù),。
    (2)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性特性和不依賴于對(duì)象精確模型的優(yōu)點(diǎn),，對(duì)主汽溫的控制方案加入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),，搭建成基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制系統(tǒng)，用以完成對(duì)鍋爐主汽溫的控制,。該方案如圖2所示,。
    在傳統(tǒng)PID的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線實(shí)時(shí)輸出PID的比例,、積分和微分三個(gè)參數(shù),。
1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法
    上文中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用三層結(jié)構(gòu)：j表示輸入層節(jié)點(diǎn)，i表示隱含層節(jié)點(diǎn),，l表示輸出層節(jié)點(diǎn),。輸入層有m個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)，隱含層有q個(gè)隱含節(jié)點(diǎn),，輸出層有3個(gè)輸出節(jié)點(diǎn),。輸入節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)所選的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)量，輸出節(jié)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)PID控制器的三個(gè)參數(shù)kp,、ki,、kd，輸出層神經(jīng)元激活函數(shù)取非負(fù)的Sigmoid函數(shù),。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層輸出為：
 

    其中,，串級(jí)控制的副控制器采用P控制，kp2=1,；主控制器采用PI控制,，kp1=0.05，ki=0.05,?；贐P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制方案中，采用PID控制,，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)取三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),，有3個(gè)輸入，分別為輸入信號(hào),、輸出信號(hào),、輸入與輸出之差，閾值取為1,；有3個(gè)輸出kp,、ki和kd，隱含層取5個(gè)節(jié)點(diǎn),。學(xué)習(xí)步長(zhǎng)η=0.6,，慣性系數(shù)0.06。對(duì)于惰性區(qū)傳遞函數(shù)采用近似方法用e-10s來(lái)代替。
    限于篇幅仿真結(jié)果只列出負(fù)荷為50%和100%時(shí)兩種控制策略的仿真曲線和100%負(fù)荷時(shí)BP神經(jīng)PID控制下的3個(gè)參數(shù)變化曲線,。圖3,、圖4所示分別為負(fù)荷為50%、100%時(shí)階躍響應(yīng)曲線,。

    圖中虛線代表串級(jí)控制下的階躍響應(yīng)曲線,，實(shí)線代表BP神經(jīng)PID控制下的階躍響應(yīng)曲線。
    負(fù)荷為100%時(shí)BP神經(jīng)PID控制下的3個(gè)參數(shù)變化曲線如圖5所示,。仿真結(jié)果分析如表2所示。

    從以上仿真結(jié)果分析,，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自整定PID控制能依據(jù)被控對(duì)象的變化自適應(yīng)地調(diào)整PID的3個(gè)參數(shù),，依據(jù)一定的最優(yōu)準(zhǔn)則滿足不同負(fù)荷下的控制要求。在不同負(fù)荷下,，也即從鍋爐的啟動(dòng)到穩(wěn)定運(yùn)行的整個(gè)過程,，都可以實(shí)現(xiàn)較好的控制，且調(diào)節(jié)時(shí)間短,，超調(diào)量小,。當(dāng)負(fù)荷為100%變化時(shí)，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制與串級(jí)控制的調(diào)節(jié)時(shí)間相近,，但是超調(diào)量卻明顯優(yōu)于串級(jí)控制,；當(dāng)負(fù)荷比較低時(shí)，串級(jí)控制的效果極差,，而基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制仍然有比較好的控制效果,。
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