智能控制及其在火电厂热工自动化中的应用

张凯林

（中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司，陕西 西安 710054）

0 引 言

目前，社会中的热能动力设备复杂度较高，应用过程中不会呈现线性排布，且随着时间的变化产生较大差异。同时，因为参数等方面的限制影响PID控制，使得控制器不能完全发挥作用。所以，不能通过建立模型的方式研究智能控制。人们开始考虑如何将智能控制应用于热工自动化。

1 智能控制的发展历程

1965年，傅京孙在相关控制系统中提出智能控制的思想理念。1971年，傅京孙详细论述了人工智能，认为其是智能控制的前身，并阐述了理论和思想观点。但是，“智能控制”这个名词确定于1967年，且在1977年研究人员提出可以在傅京孙观点的基础上加深其和运筹学的联系。因此，智能控制在日后的发展中逐渐加入了信息论，且已经趋于成熟。近几年，智能控制技术已经应用于各个领域，取得了卓越成就。计算机技术飞速发展的时代背景下，智能控制技术将出现新的突破[1]。

2 智能控制技术的控制手段

2.1 通过分层递阶方式进行控制

如果系统控制的复杂度较高，通常应用分层递阶的控制方式。它的结构等级主要通过智能性的强弱区分。智能性最强的等级为组织级，智能性稍弱的等级为协调级，智能性最弱的等级为运行控制级。智能性强的等级将严重影响系统的运行，且运转时耗费的时间最多，遇到不可控因素和问题的几率也会大幅度上升。

2.2 利用专家控制系统进行控制

专家控制主要是将理论、技术和控制理论有效融合，如果不知道外界环境的具体情况，专家智能控制系统将利用庞大的知识库和推理机构完成系统运行。此外，控制部件从知识库中获取关键信息后，根据策略推理规则调控系统运转。专家控制系统的灵活性高，同时参数偏差较大时，可保证工作的可靠性。专家控制技术根据应用复杂度的差异分为控制器和控制系统两类。控制系统结构完整，功能完善。而专家式控制器通常应用于工业领域，与专家控制系统相比，构造简单，且在逻辑算法中发挥着重要作用[2]。

2.3 通过模糊控制达到目标

模糊控制的理论于1965年提出，1974年成功应用于蒸汽机控制，在当时引起了巨大轰动。模糊控制自创建至如今飞速发展，应用于各种领域。模糊控制主要是在模糊推理的基础上，模拟人类思索问题的方式解决各类问题。模糊控制主要通过数学、语言的形式推导相关逻辑问题，之后利用计算机控制整体系统，其中最突出的是具有闭环结构的智能控制手段。这种控制手段鲁棒性较强，解决时变系统控制或者非线性系统控制问题中具有重要作用。此外，模糊控制系统的设计不需按照传统的设计思路建立精准的数学模型，而是根据相关人员积累的经验，保证数据操作的合理性。模拟控制的推理不是利用计算机或者其他工具计算，而是通过模拟人类大脑，思考、推理复杂度较高的问题。模拟控制使用的语言在传统数学变量的基础上进行改进，从而达到实际应用的目的[3]。

2.4 模拟人脑神经进行控制

模拟人脑神经进行控制的方式被称为神经网络控制，根据人脑神经元之间的分布、连接和表达的信息而创建。逼近理论是神经网络控制的理论基础，在此基础上，神经网络控制系统进行建模、修正权值，且在控制过程中自我核算和校正。神经元网络的特性为非线性，且建模时能够节省大量精力。此外，神经元网络中含有多种并行结构，提升了程序处理数据的能力。如果部分程序出错，不会影响整体系统。神经元网络的学习能力和适应能力较强，根据外界环境中的信息记忆数据，结合具体情况作出转变。当神经网络处理信号时，可以同时处理多个变量，在多变量系统中发挥了较大作用。

2.5 多种控制手段组合

智能控制手段的种类较多，应用优势显著，但是在较大程度上造成了应用的局限性。多种控制手段组合不仅能够发挥单一手段的应用优势，而且增加了功能的多样性，最大程度上发挥了每种智能控制手段的优势。科技人员将多种控制手段应用于专家控制、模糊控制，进而研发了模糊装夹控制系统。当需求信息完整度不足时，它模拟人类的方式找出最有效的解决思路和方法，同时应用知识库解答问题，最大程度保证信息的准确性。模糊控制与神经网络相结合的控制系统可以处理模糊的信息，且在处理非结构化信息时尤为明显。综上所述，多种控制手段组合的方式提升了系统学习能力，促进了表达能力[4]。

3 在火电厂热工自动化不同环节中的应用

3.1 控制温度过高的汽温

控制温度过高的汽温是目前衡量锅炉运行质量的主要标准之一。传统的控制手段主要是通过调控减温水量控制汽温，但系统惯性较大，且动态特性随着外界环境而变化。因此，人们将智能控制技术应用于系统，大幅增强了系统性能，且在控制力度和适应性方面发挥了较大作用。目前，主要通过神经网络模糊控制器满足控制需求。结合实际发现，神经网络模糊控制器最大程度发挥了学习性能的优势，并且负荷变化较大的情况下达到了控制过高汽温的要求。同时，可以调整传统控制手段不能解决的模型不稳定问题。

3.2 控制锅炉燃烧环节

锅炉燃烧容易受多种因素干扰、制约，且测量燃烧率时没有简便的测量方法，而专家系统可以保证测量数据的准确性和实时性。此外，依据推理机判断规则，它可以判断发生的重大事故和故障的子集，同时精准判断送风调节和煤厚调节的子集。专家控制系统主要是通过模糊控制解决锅炉燃烧环节中的不确定性问题，从而提升控制的精准度、鲁棒性以及锅炉燃烧环节中的控制力度[5]。

3.3 合理控制制粉系统

储式制粉系统是火电厂热工自动化制粉系统的关键，但在控制中存在较大难度。首先，磨负荷信号测量的难度较大。其次，建立数学模型过程中的复杂度较高，需相关人员有丰富的经验。针对中储式制粉系统控制过程中遇到的难点，可以通过模糊语言总结相关人员的经验，将结果储存至计算机，并在计算完成后应用预测、分级方式控制中储式制粉系统。不仅可以提升球磨机的安全性、稳定性，而且可为应用企业提供更高的经济收益[6]。

3.4 控制给水环节、加药环节

通常情况下，火电厂锅炉加药环节中可以加入联胺，排除水中氧气、二氧化碳，大幅度降低系统被氧化腐蚀的概率。同时，加药环节可以加入氨提升给水的pH值，大幅减小pH值过低造成的水系统腐蚀程度。水处理的程度和锅炉的蒸发量影响给水量和加药量，进而PID调解时不能控制系统。因此，使用模糊控制系统构造相关人员的经验，并将其转化为控制推理的手段，从而解决外界环境影响造成的问题。这种方法不仅控制了电机的转速，大幅度提升了给水的质量，而且发挥了鲁棒性优势。

4 结 论

综上所述，智能控制在火电厂热工自动化中具有重要作用和无限潜力。目前，人们逐渐加大智能控制理论的研究力度，实际的应用手段逐渐成熟。未来发展中，智能控制在热工自动化领域的作用将越来越重要，同时大大促进了电力工业的发展。