【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锅炉燃烧自动控制，具体涉及一种基于天牛须pid的燃烧系统控制方法。
技术介绍
1、循环流化床锅炉(cfbb)是一种高效、低污染的新型燃烧锅炉，已广泛用于发电、供热和蒸汽生产等领域。然而，由于cfbb燃烧系统具有非线性、大滞后和强耦合等特性，特别是主汽压和床温之间存在强耦合关系，因此，cfbb燃烧系统的控制面临相当大的挑战。传统的pid控制方法通常需要依赖人工试验来调整pid控制器的参数，这种方法耗费时间且难以实现对燃烧系统的实时控制。为了实现对燃烧系统的实时控制，本专利技术提出了一种基于天牛须pid的燃烧系统控制方法。
技术实现思路
1、本专利技术为解决上述技术问题，提高一种快速高效、易于实现、可实时监控制的基于天牛须pid的燃烧系统控制方法。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种基于天牛须pid的燃烧系统控制方法，包括以下步骤：
3、(1)建立cfbb燃烧系统数学模型；
4、(2)设计改进型的天牛须搜索算法；
5、(3)设计cfbb燃烧控制系统；
6、(4)验证控制效果。
7、进一步的，步骤(1)具体内容如下：
8、cfbb燃烧系统的工作任务是在安全无污染的前提下，将燃料中储存的化学能转化为热能，并为锅炉产生蒸汽提供足够的热量；在cfbb燃烧系统工作过程中，通常需要对床温、主汽压、炉膛负荷、烟气含氧量和料层差压五个变量进行控制；因为主汽压的大小直接决定着系统能否满
9、针对cfbb燃烧系统中的主汽压和床温两个控制参数，通过最小二乘函数拟合法建立数学模型的传递函数：
10、
11、式中，f为一次风量，m为给煤量，p为主汽压，t为床温，分析数学模型(1)可知，cfbb燃烧系统中主汽压与床温存在非线性、时变、大时滞、强耦合的特点。
12、进一步的，步骤(2)具体内容如下：
13、传统的天牛须搜索算法，在d维空间中，天牛左右须的位置xl、xr表示为
14、
15、式中：xt为天牛在t次迭代时的位置；t为迭代次数；dt为天牛两须之间的距离；表示天牛的随机朝向。
16、
17、式中：rand()为随机函数；根据两侧触须的气味浓度，更新天牛的位置：
18、
19、式中：λt为步长；f()为适应度函数；sign()为符号函数，具体表达式如下：
20、
21、更新下一步的搜索范围和步长：
22、λt+1＝λt·eta (6)
23、dt+1＝dt·eta+0.01 (7)
24、式中：eta为两须距离和步长的衰减系数，通常取0.95；
25、改进型的天牛须搜索算法(qbas)，量子进化算法中n个量子位的染色体形式表示如下：
26、
27、式中：为染色体；αjn和βjn为两种状态线性概率；n为量子位的个数；
28、当前最优解被认为是“0”态和“1”态的线性叠加，最优解的量子由rcq表示为：
29、
30、式中：xbest,n为当前最优解；αn为两种状态线性概率；
31、此时天牛的收敛方向重新被观测后定义为xbest,i，表达式为：
32、
33、式中：为量子进入正确方向的概率；αβ为随机数；xtmax和xtmin为t次迭代输出的最大和最小值；
34、在量子力学中，量子态用波函数ω(xi,t)表示；波函数的平方|ω(xi,t)|2称为概率密度，表示量子态在对应时间和位置出现的概率；式(10)表示当前rcq的观测值，用概率密度求得，概率密度的表达式为：
35、
36、式中：μi为期望值，用当前最优解表示；
37、σi定义为：
38、
39、式中：αi为两种状态线性概率；
40、在qea中，由于量子位下的染色体不是单一状态，不能进行传统的选择、交叉、变异等操作，采用qrg作用于量子位上，使其状态位发生变化，进而改变线性概率αi的分布域；对于有n个量子位的个体，第i个量子位的更新情况如下：
41、
42、式中：δθ为旋转角度，是与收敛速度有关的设计参数；在量子进化中，为了防止量子位被困在0或1，对概率α施加一个约束，使概率收敛于变量ε或者1-ε，用于增加量子多样性；qrg是为了让量子位的概率趋近于正确的方向，从而增加正概率的变异策略；让算法跳出局部最优解，避免早熟收敛，否则量子位的概率值就被重置为初始值，以保持对算法欺骗性的警惕。
43、进一步的，步骤(3)具体内容如下：
44、针对cfbb燃烧系统中的主汽压和床温两个控制参数，通过对cfbb燃烧系统的数学模型分析可知，一次风量或给煤量发生变化都会对主汽压和床温产生影响，即主汽压和床温之间存在耦合关系；采用前馈补偿解耦法对其进行解耦；
45、根据前馈补偿原理可得：
46、
47、式中，g11(s)、g12(s)、g21(s)和g22(s)为被控对象的传递函数，d12(s)、d21(s)为解耦函数，g'11(s)、g'22(s)为解耦后对象的传递函数；
48、由式(14)可解得前馈补偿器的d12(s)和d21(s)为：
49、
50、由式(15)可解得解耦后的对象g'11(s)和g'22(s)为：
51、
52、pid控制器为：
53、
54、式中，kp、ki、kd为pid控制器需要设计的参数；
55、改进型的天牛须搜索算法的适应度函数为时间绝对误差积分准则(itae)，该准则是描述系统的期望和实际输出之间偏差的一种准则，按此标准设计的控制器，对误差的抑制能力强，振荡小，是衡量控制器控制性能的一个常用标准，同时为了抑制超调对系统的影响，将系统的超调量也作为评价指标加入到适应度函数；
56、
57、式中：jitae为适应度函数；e(t)为误差；σ为系统超调量；ω1和ω2为权值，根据调试经验选择ω1＝ω2＝10；由于适应度函数始终存在最小值，优化算法取得的值越接近最小值，代表整定参数的pid的效果越好，所以此时pid的参数整定问题简化成了一个高维函数求最小值的问题。
58、进一步的，步骤(4)具体内容如下：为了验证该方法的控制效果，和传统的pid控制做了对比实验，采用常规pid控制器时，cfbb燃烧系统产本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于天牛须PID的燃烧系统控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于天牛须PID的燃烧系统控制方法，其特征在于：步骤(1)具体内容如下：
3.根据权利要求1或2所述的一种基于天牛须PID的燃烧系统控制方法，其特征在于：步骤(2)具体内容如下：
4.根据权利要求3所述的一种基于天牛须PID的燃烧系统控制方法，其特征在于：步骤(3)具体内容如下：
5.根据权利要求4所述的一种基于天牛须PID的燃烧系统控制方法，其特征在于：步骤(4)具体内容如下：为了验证该方法的控制效果，和传统的PID控制做了对比实验，采用常规PID控制器时，CFBB燃烧系统产生的波动较大，采用改进型天牛须PID控制控制器，CFBB燃烧系统产生波动较小且能更快速恢复到稳态，这说明该控制方案的抗干扰能力比常规PID控制器更优。
【技术特征摘要】
1.一种基于天牛须pid的燃烧系统控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于天牛须pid的燃烧系统控制方法，其特征在于：步骤(1)具体内容如下：
3.根据权利要求1或2所述的一种基于天牛须pid的燃烧系统控制方法，其特征在于：步骤(2)具体内容如下：
4.根据权利要求3所述的一种基于天牛须pid的燃烧系统控制方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨赛东，刘德波，吴群雄，陈帮军，陈浩宇，张营，曹栋源，
申请(专利权)人：黄河科技学院，
类型：发明
国别省市：
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