本发明专利技术公开了一种用于脱硝控制系统的模糊自整定PID控制方法,是燃煤机组SCR脱硝系统运行状态下，被控对象的输出和期望值的误差、误差的变化率，根据模糊推理原则来在线调整PID的参数，被控对象变化时能够调整会原来的状态；本发明专利技术的优点是：模糊自整定PID方法不用知道确切的数学模型，避免了建模中遇到的困难，因为能实时自适应的修改PID参数来适应工况的变化，所以具有智能性，本发明专利技术减少了操作人员的负担并且结果也优于传统的控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于脱硝控制系统的模糊自整定PID控制方法,涉及大型燃煤机组脱硝系统SCR反应器出口NOx在线控制方法，属于控制领域。
技术介绍
目前，中国的电力行业发展迅速，根据国家能源网的统计，2015年1-2月份，全国规模以上电厂发电量8561亿千瓦时，其中火电发电量6945亿千瓦时，占总量的81.12％。由此可见，在当前环境下中国电力行业仍旧以火电为主。而煤炭作为火力发电的主要燃料，其用于火力发电的部分占据了大部分的总煤炭消耗量。中国与世界先进国家相比对于煤炭的用量更大，其中每单位千瓦时发电煤耗与世界先进水平相比高出约60～70g，由此每年发电将多耗标准煤约1.1亿吨。因此由于煤炭燃烧造成的大气污染已经越来越严重，酸雨、雾霾就是大气污染的产物。而酸雨和雾霾的形成是因为氮氧化物和硫氧化物的存在。目前应用传统的脱硝方法有多种，其中包括选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化性还原法(SNCR)。SCR脱硝原理是利用NH3和催化剂将NOx还原为N2。NH3具有选择性，只与NOx发生反应，基本上不与O2反应，所以称为选择性催化还原脱硝。SCR法中催化剂的选取是关键。SCR法是国际上，特别是欧美应用最多、技术最成熟的一种烟气脱硝技术。除不需要催化剂之外与以上原理相同，但是正因为不用催化剂，氨液消耗量大，NOx的脱除率也不高。目前新型机组的大部分锅炉已不再使用此法，仅供用于改造陈旧中小型机组。传统的PID控制方法易于操作和实现，并且经过长期的工业应用，得到了丰富的经验，所以在脱硝控制系统中用的还是PID控制。脱硝系统具有大迟延、非线性、时变的的特点，当被控对象发生变化时，PID控制得不到好的控制效果，由于氮氧化物排放到空气中会造成很大的危害，所以有效控制出口NOx成为一个很重要的课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的用于脱硝控制系统的模糊自整定PID控制方法，能够实时在线的调整PID参数来适应被控对象的变化。NOx的英文全称(nitrogenoxides)，NOx的中文名称是：氮氧化物。氮氧化物即氮和氧的结合物，包括很多种，例如一氧化氮、二氧化氮。PID的英文全称(ProportionIntegrationDifferentiation)，PID的中文全称是：比例积分微分，PID由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成。是使被控对象的特性满足实际的需要。SCR的英文全称(SelectiveCatalyticReduction)SCR的中文名称是：选择性催化还原技术。SCR催化还原技术是把烟气中的NOx通过催化剂转换成对人体没有危害的N2和H2O，通常电厂中催化剂选用TiO2作为载体的V2O2或MoO2，温度通常在300℃到420℃之间，因为催化剂所需的温度，所以反应器放在省煤器和空预器之间，选用液氨为还原剂，液氨蒸发以后与通过稀释风机后的空气混合，而后经分配格栅送到反应器中与NOx进行混合。本专利技术的用于脱硝控制系统的模糊自整定PID控制方法，是燃煤机组SCR脱硝系统运行状态下，被控对象的输出和期望值的误差、误差的变化率，根据模糊推理原则来在线调整PID的参数，被控对象变化时能够调整会原来的状态。本专利技术的用于脱硝控制系统的模糊自整定PID控制方法，包括以下几个步骤：1.确定Kp、Ki、Kd的模糊规则表；找出误差(e)和误差变化率(ec)与Kp、Ki、Kd之间的关系，比例系数Kp的确定规则：被控对象不变时用PID参数把对象调到最好的控制性能，这时根据PID的传递函数能够分别求得Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数，式中的1/s为积分环节，s为微分环节；PID控制的传递函数为：在控制过程的初始阶段，为使系统快速响应，Kp应选择较大值；随着控制过程的进行，系统逐渐要求控制稳定性高、偏差小，这时Kp的值也要相对较大；在控制过程的末期，为提高系统精度，需要将Kp置于较大档次。积分系数Ki的确定规则：积分系数Ki用于消除系统稳态误差，积分系数Ki与消除静差速度成正比，但超过一定范围后会引起超调量增加，产生积分饱和现象，同时延长系统响应时间，影响系统动态性能。因此积分系数Ki应当在一定范围内变化。微分系数Kd的确定规则：微分系数Kd用于改善系统动态性能，抑制偏差向任意方向变化。在控制过程初始阶段，为减小调节过程超调量，应增大微分系数Kd；随着控制过程的进行，为降低微分作用对系统变化的反作用影响，微分系数Kd应选择较小值；在控制过程的末期，为减小微分系数带来的阻碍变化作用，微分系数Kd需要进一步减小。2.确定各个参数的等级量论域、模糊子集、隶属度函数以及计算PID参数的调整表；确定e、ec、Kp、Ki、Kd的等级量论域为：e，ec，Kp，Ki，Kd＝[-6-5-4-3-2-10123456]；e，ec，Kp，Ki，Kd的模糊子集为：[NBNMNSZOPSPMPB]；隶属度函数一般为三角形隶属度函数或者钟型隶属度函数，这里选用三角形隶属度函数，如下所示：根据隶属度函数能够确定e，ec，Kp，Ki，Kd的等级量论域与模糊子集之间的关系，再根据前面的模糊整定规则，能够求得模糊关系矩阵R，下面是公式：R＝E×EC×UKp＝(NBE×NBEC×PBKp)∪NME×NBEC×PBKp....其中NBE代表误差是负大，NBEc是代表误差变化率是负大，PBKp是代表Kp是正大。得到模糊关系矩阵以后根据公式：U＝(E×EC)·R得到ΔKp、ΔKi、ΔKd的整定规则表。其中·代表的意思是合成，表示的是两个矩阵中的元素先取交集再取并集。最后得到Kp、Ki、Kd的调整公式:Kp＝Kp0+ΔKpKi＝Ki0+ΔKiKd＝Kd0+ΔKd3.初始化PID参数；在进行在线修正PID参数前，要先对PID参数进行优化得到最优的初始值，为了使在线调整时容易到达稳态值，这里根据经验整定公式得到：系统的传递函数为：δ＝0.06*k*(β+n),Ti＝0.5(nT+τ)Td＝Ti/(8～4)其中n与β的对应关系为：n＝1，β＝5；n＝2，β＝8；n＝3，β＝10；n＝4，β＝11；n>＝5，β＝12；n为传递函数的阶次，K为传递函数的比例系数，τ为传递函数的延迟时间，T为传递函数中的积分时间。β是传递函数阶次n所对应的一个常数；Td为根据经验公式计算的微分时间；Ti为根据经验公式计算的积分时间；Ts和Ti一样，是根据经验公式算出的积分时间；δ为根据经验公式计算的比例带，即为比例系数的倒数值；e，是设定值与输出值的差值，ec，是e的变化率；NBNMNSZOPSPMPB分别对应着负大、负中、负小、零、正小、正中、正大，负大是参数负方向变化很大，其他的以此类推。R为模糊关系矩阵；E为e在三角型隶属度函数下对应的向量；EC为ec在三角型隶属度函数下对应的向量；NBE代表误差是负大，NBEc是代表误差变化率是负大，PBKp是代表Kp是正大。ΔKp为Kp的变化量；ΔKi为Ki的变化量；ΔKd为Kd的变化量；Ki0、Kp0、Kd0为根据经验公式得到的初始PID值；n为传递函数的阶次，K为传递函数的比例系数，τ为传递函数的延迟时间，T为传递函数中的积分时间。本专利技术根据模糊自整定PID控制在线的修改PID的控制参本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于脱硝控制系统的模糊自整定PID控制方法，其特征在于，包括以下几个步骤：(1)确定Kp、Ki、Kd的模糊规则表；找出误差(e)和误差变化率(ec)与Kp、Ki、Kd之间的关系，比例系数Kp的确定规则：被控对象不变时用PID参数把对象调到最好的控制性能，这时根据PID的传递函数能够分别求得Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数，式中的1/s为积分环节，s为微分环节；积分系数Ki的确定规则：积分系数Ki用于消除系统稳态误差，积分系数Ki与消除静差速度成正比，但超过一定范围后会引起超调量增加，产生积分饱和现象，同时延长系统响应时间，影响系统动态性能，因此积分系数Ki应当在一定范围内变化；(2)确定各个参数的等级量论域、模糊子集、隶属度函数以及计算PID参数的调整表：确定e、ec、Kp、Ki、Kd的等级量论域为：e，ec，Kp，Ki，Kd＝[‑6 ‑5 ‑4 ‑3 ‑2 ‑1 0 1 2 3 4 5 6]；e，ec，Kp，Ki，Kd的模糊子集为：[NB NM NS ZO PS PM PB]；隶属度函数一般为三角形隶属度函数或者钟型隶属度函数，这里选用三角形隶属度函数；根据隶属度函数能够确定e，ec，Kp，Ki，Kd的等级量论域与模糊子集之间的关系，再根据前面的模糊整定规则，能够求得模糊关系矩阵R，下面是公式：R＝E×EC×UKp＝(NBE×NBEC×PBKp)∪NME×NBEC×PBKp....其中NBE代表误差是负大，NBEc是代表误差变化率是负大，PBKp是代表Kp是正大，得到模糊关系矩阵以后根据公式：U＝(E×EC)·R；得到ΔKp、ΔKi、ΔKd的整定规则表，其中·代表的意思是合成，表示的是两个矩阵中的元素先取交集再取并集；最后得到Kp、Ki、Kd的调整公式：Kp＝Kp0+ΔKpKi＝Ki0+ΔKiKd＝Kd0+ΔKd(3)初始化PID参数：在进行在线修正PID参数前，要先对PID参数进行优化得到最优的初始值，为了使在线调整时容易到达稳态值，这里根据经验整定公式得到：系统的传递函数为：δ＝0.06*k*(β+n),Ti＝0.5(nT+τ)Td＝Ti/(8～4)其中n与β的对应关系为：n＝1，β＝5；n＝2，β＝8；n＝3，β＝10；n＝4，β＝11；n>＝5，β＝12；n为传递函数的阶次，K为传递函数的比例系数，τ为传递函数的延迟时间，T为传递函数中的积分时间，β是传递函数阶次n所对应的一个常数；Td为根据经验公式计算的微分时间；Ti为根据经验公式计算的积分时间；Ts和Ti一样，是根据经验公式算出的积分时间；δ为根据经验公式计算的比例带，即为比例系数的倒数值；e，是设定值与输出值的差值，ec，是e的变化率；NB NM NS ZO PS PM PB分别对应着负大、负中、负小、零、正小、正中、正大，负大是参数负方向变化很大，其他的以此类推。R为模糊关系矩阵；E为e在三角型隶属度函数下对应的向量；EC为ec在三角型隶属度函数下对应的向量；NBE代表误差是负大，NBEc是代表误差变化率是负大，PBKp是代表Kp是正大，ΔKp为Kp的变化量；ΔKi为Ki的变化量；ΔKd为Kd的变化量；Ki0、Kp0、Kd0为根据经验公式得到的初始PID值；n为传递函数的阶次，K为传递函数的比例系数，τ为传递函数的延迟时间，T为传递函数中的积分时间。...
【技术特征摘要】
1.一种用于脱硝控制系统的模糊自整定PID控制方法，其特征在于，包括以下几个步骤：(1)确定Kp、Ki、Kd的模糊规则表；找出误差(e)和误差变化率(ec)与Kp、Ki、Kd之间的关系，比例系数Kp的确定规则：被控对象不变时用PID参数把对象调到最好的控制性能，这时根据PID的传递函数能够分别求得Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数，式中的1/s为积分环节，s为微分环节；积分系数Ki的确定规则：积分系数Ki用于消除系统稳态误差，积分系数Ki与消除静差速度成正比，但超过一定范围后会引起超调量增加，产生积分饱和现象，同时延长系统响应时间，影响系统动态性能，因此积分系数Ki应当在一定范围内变化；(2)确定各个参数的等级量论域、模糊子集、隶属度函数以及计算PID参数的调整表：确定e、ec、Kp、Ki、Kd的等级量论域为：e，ec，Kp，Ki，Kd＝[-6-5-4-3-2-10123456]；e，ec，Kp，Ki，Kd的模糊子集为：[NBNMNSZOPSPMPB]；隶属度函数一般为三角形隶属度函数或者钟型隶属度函数，这里选用三角形隶属度函数；根据隶属度函数能够确定e，ec，Kp，Ki，Kd的等级量论域与模糊子集之间的关系，再根据前面的模糊整定规则，能够求得模糊关系矩阵R，下面是公式：R＝E×EC×UKp＝(NBE×NBEC×PBKp)∪NME×NBEC×PBKp....其中NBE代表误差是负大，NBEc是代表误差变化率是负大，PBKp是代表Kp是正大，得到模糊关系矩阵以后根据公式：U＝(E×EC)·R；得到ΔKp、ΔKi、ΔKd的整定规则表，其中·代表的意思是合成，表示的是两个矩阵中的元素先取交集再取并集；最后得到Kp、Ki、Kd的调整公式：Kp＝Kp0+ΔKpKi＝Ki0+ΔKiKd＝Kd0+ΔKd(3)初始化PID参数：在进行在线修正PID参数前，要先对PID参数进行优化得到最优的初始值，为了使在线调整时容易到达稳态值，这里根据经验整定公式得到：系统的传递函数为：δ＝0.06*k*(β+n),Ti＝0.5(nT+τ)Td＝Ti/(8～4)其中n与β的对应关系为：n＝1，β＝5；n＝2，β＝8；n＝3，β＝10；n＝4，β＝11；n>＝5，β＝...
【专利技术属性】
技术研发人员：张少康，金秀章，尹子剑，刘潇，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13
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