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水泥立窑偏火的模糊控制

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水泥立窑偏火的模糊控制3袁铸钢　王孝红　孟庆金　景绍洪　高云深(山东建材学院信息与控制工程系・济南,250022)

摘要:水泥立窑煅烧过程中的偏火是影响水泥立窑产、质量的重要因素,严重时会引起塌窑,影响生产的正常进行.本文在分析水泥立窑偏火形成原因和处理手段的基础上,结合偏火传感和腰风控制,提出了模糊控制方案.

实际运行表明该方案是合理和有效的.

关键词:水泥立窑;偏火;腰风;模糊控制;模糊子集

FuzzyControlfortheDeflectedBurningofMechanizedShaftCementKilnYuanZhugang,　WangXiaohong,　MengQingjin,　JingShaohong　and　GaoYunshen(DepartmentofInformationandControlEngineering,ShandongInstituteofBuildingMaterials・Jinan,250022,P.R.China)Abstract:Thedeflectedburningintheburningprocessofmechanizedshaftcementkilnisakeyfactoraffectingthequality

andoutputofthecementkiln.Whenthedeflectedburningisserious,thematerialcollapseinsidethekilnwillbemadeandthenormalproductionwillbeinterferedwith.Inthelightofdeflectedburningsensingandperipheralblowingcontrolling,thefuzzycontrolprojectispresentedinthispaperonthebasisofanalyzingthereasonsofdeflectedburningformingandthemethodsofdeflectedburningbeingtreatedwith.Practicaloperatinghasprovedthatthisprojectisrationalandeffective.Keywords:shaftcementkiln;deflectedburning;peripheralblowing;fuzzycontrol;fuzzysets

1　引言(Introdution)

底火是水泥立窑煅烧过程中的高温带.在水泥立窑煅烧过程中,要取得优质高产低耗的经济效果,

在窑内一定位置必须具有一个均匀、稳定、达到一定温度(一般为1350℃～1450℃)和厚度的底火.由于通风不均、操作不当等原因,使立窑内部上火速度不同,底火不均,造成一边底火过深、一边底火过浅的现象称为偏火.要保证底火正常,必须保证底火燃烧的上移速度与物料的下移速度相平衡.而调整偏火就是使失去这种平衡的方位重新恢复平衡.人工操作一般采用压料、引风及补火等手段来调整,但往往是偏火一经被发现已相当严重,而处理又费工费时,

严重影响生产.基于这种情况,必须引入偏火的自动检测和自动调整机制,偏火一旦出现,及时调整,将其消除于萌芽状态.

由于水泥立窑的热工过程复杂,具有时变、分布参数和非线性特性,很难精确描述,故理论模型难以建立.为此我们针对机立窑的煅烧过程特点,提出了调整偏火的模糊控制方案.关于模糊控制理论的相

关知识请参阅文献[1～4],在此不再详述.

2　模糊控制方案的建立(

Schemebuildingof

fuzzycontrol)2.1　方案(Scheme)

我们采用窑壁温度T(i)(其中i=1,…,n,n

为测点数目)作为偏火自动传感的检测量,即在底火下部同一平面上沿窑壁四周均匀布置n个温度测点,n的大小可根据窑型确定,通常为4个、6个或8

个.若设窑壁平均温度为T,最低温度为T

min,

平均

温度与最低温度之差为T

mc,

则

T=6ni=1T(i)/n,(1)Tc(i)=T(i)-T,(2)Tmc=T-Tmin,

(3)

式中T

c(i)为第i个测点温度与平均温度之差.根

据Tc(i)及Tmc判断各方位的偏火情况.

采用与T(i)方位对应对底火调节显著的腰风阀开度F(i)(i=1,…,n)作为控制量.

由于腰风和底风共用一个风源,所以要考虑底

　3本文曾在1996年中国智能自动化学术会议上交流.

本文于1997年2月5日收到.1998年8月24日收到修改稿.

　第16卷第2期1999年4月控制理论与应用CONTROLTHEORYANDAPPLICATIONSVol.16,No.2Apr.,1999　风量V对腰风量的影响.图1为立窑偏火模糊控制方案框图.图中“底风量给定”为正常生产时的底风量,本系统中取200立方米/分.从理论上讲,腰风阀开度F(i)对壁温T(i)的影响是多变量特性,即任一F(i)对所有壁温均有影响,而对相邻壁温影响最大.当某一腰风阀开度使另一壁温升高或降低时,其对应Tc(i)也发生变化.根据控制规则,相应腰风阀将作出反应.鉴于这种情况,按单变量系统设计控制方案是可行的,也是合理的.2.2　模糊子集的选取(Selectionoffuzzysets)根据水泥立窑的操作经验,分别选取水泥立窑偏火控制系统被控制量与控制量的模糊子集如下:Tc(i),Tmc:{正好　高},简记为{OKHIGH};V:{低　正好　高},简记为{LOWOKHIGH};F(i):{负大　负中　负小　零　正小　正中　正大},简记为{NLNMNSZEPSPMPL};

选取被控制量与控制量的论域为:

Tc(i)∈[10,60],　Tmc

∈[0,60],

V∈[0,400],　F(i)∈[0,40].3　偏火的模糊控制器(

Fuzzycontrollerforde

2

flectedburning)设各量的模糊论域为[-10,+10]分21档.在被控制量T

c(i),V与控制量F(i)的模糊论域上建

立模糊子集赋值表,其中各模糊子集在相应基本论域上的隶属函数可按正态分布μ(x)=1-exp[-(a/|c-x|)

b

](4)

确定.这与设计基本模糊控制器时的做法相同.由此得到各模糊子集的赋值表如表1所示.对于一个精确量,先将其量化为[-10,+10]中的一个模糊值,

表1　模糊子集赋值表Table1　Valueassignationtableoffuzzysets　NL　NM　NS　ZE　PS　PM　PL　LOW　OK　HIGH

-101.000000.4695020.1060140.0002440.0133850.0082590.0055091.000000.0166560.000244-90.9999490.8256910.1620330.0004590.0160870.0096040.0062601.000000.0382670.000332-80.8256910.9999490.2656840.0009310.0196160.0112760.0071631.000000.0952650.000459-70.4695021.000000.4695020.0020730.0243240.0133850.0082591.000000.2527510.000647-60.2656840.9999490.8256910.0052190.0307670.0160870.0096040.9779560.6321210.000931-50.1620330.8256910.9999490.0155040.0398510.0196160.0112760.6321210.9864290.001371-40.1060140.4695021.000000.0578630.0531280.0243240.0133850.2845891.000000.002073-30.0733940.2656840.9999490.2845890.0733940.0307670.0160870.1243691.000000.003232-20.0531280.1620330.8256910.9779560.1060140.0398510.0196150.0578631.000000.005219-10.0398510.1060140.4695021.000000.1620330.0531280.0243230.0289731.000000.00878100.0307670.0733940.2656841.000000.2656840.0733940.0307670.0155041.000000.015504+10.0243240.0531280.1620331.000000.4695020.1060140.0398510.0087811.000000.028973+20.0196160.0398510.1060140.9779560.8256910.1620330.0531280.0052191.000000.057863+30.0160870.0307670.0733940.2845890.9999490.2656840.0733940.0032321.000000.124369+40.0133850.0243240.0531280.0578631.000000.4695020.1060140.0020731.000000.284589+50.0112760.0196160.0398510.0155040.9999490.8256910.1620330.0013710.9864290.632121+60.0096040.0160870.0307670.0052190.8256910.9999490.2656840.0009310.6321210.977956+70.0082590.0133850.0243240.0020730.4695021.000000.4695020.0006470.2527511.00000+80.0071630.0112760.0196160.0009310.2656840.9999490.8256910.0004590.0952651.00000+90.0062600.0096040.0160870.0004590.1620330.8256910.9999490.0003320.0382671.00000+100.0055090.0082590.0133850.0002440.1060140.4695021.000000.0002440.0166561.00000

　2期水泥立窑偏火的模糊控制231

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智能控制技术-第三课模糊控制2

智能控制技术-第三课模糊控制2


相应输入(-6~6)对应不同集合的隶属度函数值（e=2.4，元素2）
µ NL NM NS ZE PS PM PL
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
1.0 0.8 0.4 0.1 0 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2 0 0 0.2 0.7 1.0 0.9 0 0.5 1.0 0.5 0.9 1.0 0.7 0.2 0 0 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2 0.1 0.4 0.8 1.0
如果A’=A
0.2 那么 0.2 B A R C 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1
0.4 0.6 0.8 0.4 0.6 0.8 0.4 0.6 0.6 0.4 0.4 0.4 0.2 0.2 0.2
0.4 0.6 0.8 0.4 0.6 0.8 0.4 0.6 0.6 0.4 0.4 0.4 0.2 0.2 0.2
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0.2 0.4 0.6 0.8 1 B “高电压” 1 2 3 4 5
方法2. 采用积运算法，即为RP
1 0.8 0.6 0.4 0.2
其中，每个元素是按最大-最小的合成规则计算出来的。如，上 式中第一个元素是这样计算的：
（1 0.2） （0.8 0.2） （0.6 0.2） （0.4 0.2） （0.2 0.2） 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
如果A’=A B A R p 0.2 0.4 0.6 0.8 1
如果A’=A2 B A2 R p 0.2 0.4 0.6 0.8 1
模糊自适应PID控制器在火电厂主蒸汽温度控制中的应用研究

模糊自适应PID控制器在火电厂主蒸汽温度控制中的应用研究

模糊自适应PID控制器在火电厂主蒸汽温度控制中的应用研究摘要:火电厂主蒸汽温度控制系统中的控制对象具有大滞后和大惯性等特点,并且影响主蒸汽温度变化的因素很多。

用传统的PID控制方式则很难将被调量控制在目前国家规程规定的允许偏差范围内。

本文分析了一种基于PID参数的模糊控制器的新型方法-模糊自适应PID控制器,并由仿真结果证明了其良好的控制效果。

关键词:主汽温系统模糊自适应PID控制仿真火力发电机组控制系统应用集散控制系统后,使发电机组的“自动投入率”等控制指标得到了较大提高。

然而,很多发电厂仍然沿袭传统的PID控制模式,使控制品质并没有得到明显提高。

例如很多火电厂的锅炉主蒸汽温度等控制系统,也很难控制在确定的目标范围内[1]。

在模糊控制的基础上,将模糊控制与传统PID结合得到的自适应PID控制器则能够在火电厂主汽温控制系统中的更加良好效果。

1 火电厂主汽温控制系统介绍主蒸汽温度控制的任务是维持过热器出口温度在允许的范围之内,并保护过热器,使其管壁温度不超过允许的工作温度。

过热蒸汽温度是锅炉汽水系统中的温度最高点。

如果过热蒸汽温度偏低,则会降低发电机组能量转换效率;而且汽温偏低会使汽轮机尾部蒸汽湿度增大,严重影响汽轮机的安全运行[2]。

过热蒸汽温度串级控制系统由主参数、副参数、主调节器、副调节器、主回路、副回路、主对象和副对象组成。

串级控制系统具有很强的克服内扰的能力、提高系统的工作频率和有一定的自适应能力等特点。

2 PID控制与模糊控制在工业控制中,PID控制一直都被广泛应用。

PID控制器算法和结构比较简单,不要求精确的数学模型,并且其控制效果比较理想。

此外,对于受控对象特性的稍许变化,PID控制性能指标不是很敏感,这极大地保证了系统调节的有效性。

PID调节可用于补偿系统使之达到大多数品质指标的要求。

因此,PID调节是工业领域最广泛应用的基本控制方式[3～4]。

模糊控制具有许多传统控制无法与之比拟的优点,其中主要有:不需要掌握过程的精确数学模型;为一种非线性控制方法,工作范围宽,特别对复杂、非线性系统,其控制效果比PID控制的效果好等。

水泥窑工艺操作对余热发电效率的影响

水泥窑工艺操作对余热发电效率的影响

水泥窑工艺操作对余热发电效率的影响1、水泥窑用风对余热发电的影响水泥熟料煅烧所用风分别为一次风、二次风和三次风，一次风来源于一次风机和煤粉输送用风，主要作用是将煤粉吹送入窑内，形成良好的火焰形状，一次风入窑前温度与环境温度相同；二、三次风均来源于篦冷机冷却熟料后的热风，温度约800℃~1250℃。

一、二、三次风的风量之和构成了窑系统及余热发电所需的风量，其配置受熟料烧成系统风、煤、料的影响。

三种风的风量配比变化，会影响进入窑头AQC和窑尾SP锅炉的风量，进而影响余热发电系统的发电负荷。

对水泥窑操作而言，一、二次风风量及一次风的内、外风比例，会影响火焰温度和形状，火焰形状又会影响到熟料粒径及结粒的均齐，进而影响篦冷机料床阻力及热能回收，并对整个热工系统产生影响。

另外，二、三次风风温与风量的变化，也必将影响窑头与分解炉的用煤比例。

如，三次风利用篦冷机热风多时，就会降低分解炉的用煤量；反之，二次风温高，就会节省窑前的用煤量。

窑头锅炉废气温度及风量随烧成系统燃烧条件、熟料结粒状况等的变化而变化。

熟料结粒均匀程度的变化，会引起窑头锅炉废气温度发生较大幅度的变化。

2、水泥窑与余热发电协同操作的要点及调整实例2.1 协同操作要点(1)合理控制熟料结粒状态，提高系统风温。

熟料结粒过大，会降低窑头余热发电锅炉废气温度，影响余热发电效率。

通过调整火焰温度和长度等，控制好熟料结粒状态，有利于提高余热风温。

(2)合理控制窑头风、煤配比，提高余热发电系统的风量。

风煤配合比过大，在用风量过大的工况下，窑头加大给煤量会提高燃烧温度。

用煤量不变时，窑头用风量过大会造成火焰形状变长，燃烧温度下降。

用风量不变时，给煤量过大会降低火焰温度。

在操作中，应密切关注系统过剩空气系数或烟气含氧量、CO含量，合理配置风、煤、料三者比例，在满足窑系统煅烧用风的情况下，尽可能多地将热风送入余热发电系统。

(3)合理控制二次风(入窑风)和三次风配合比，保证系统发电能力及安全运行。

模糊控制3

模糊控制3

3.1 模糊控制的工作原理
模糊控制的基本思想
将人类专家对特定对象的控制经验，运用模糊集理论进行量化，转化为可 数学实现的控制器，从而实现对被控对象的控制。
人类专家的控制经验是如何转化为数字控制器的 ？
控制思想：
如果水温偏高，就把燃气阀关小； 如果水温偏低，就把燃气阀开大。
人类对热水器水温的调节
1
3.1 模糊控制的工作原理
x
清晰的隶属函数分布
14
3.2 模糊控制器的结构和设计
• 完备性 属函数的分布必须覆盖语言变量的整个论域，否则，将会出现“空档”， 从而导致失控。
NB NM NS ZO PS PM PB
1
0 -6 -4 -2 0 2 4 6 x
空档
不完备的隶属函数分布
15
3.2 模糊控制器的结构和设计
模糊化过程小结：
1）在隶属度最大的模糊值之间任取一个； 例如当E*=-5时，A*＝NB或NM。
NB NM NS ZO PS PM PB 1
0
-6 -5 -4 -2 0
2
4
6x
2）重新定义一个模糊值，该模糊值对于当 前输入精确量的隶属度为1，对于其它精确 量的隶属度为0。
1
0
-6 -5 -4 -2 0
2
4
6x
A* 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ~ 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6
规则库也可以用矩阵表的形式进行描述。 例如在模糊控制直流电机调速系统中，模糊控制器的输入为E（转速误差）、EC （转速误差变化率），输出为U（电机的力矩电流值）。
在E、EC、U的论域上各定义
了7个语言子集：
U
EC