电锅炉是将电能转换为热能的能量转换装置。它具有结构简单、无污染、自动化程度高等特点。传统的锅炉大多是以煤或化石产品为原料,电锅炉与传统锅炉相比较,具有投资少、占地面积小、热效率高、能量转化率高、操作简单等优点。基于以上优点,电锅炉正逐步取代传统锅炉,成为主要供热设备。
锅炉控制是过程控制中的一个典型,动态特性具有大惯性和大延迟的特点,而且伴有非线性。目前我国的电热锅炉温度控制大多依旧采用开关式控制,甚至还有采用人工的控制方法。当然这些控制方法有很大的弊端,比如系统稳定性差,超调量大,同时由于升温依靠电阻丝加热,降温依靠自然冷却,所以对外界变化响应慢,实时性较差。频繁的切换开关也会对电网产生很大冲击,一定程度的降低系统的经济效益,锅炉的使用年限也会因此受到影响。所以,研究出一种更为有效的电锅炉温度控制方法,对于提高系统的经济性和稳定性具有非常重要的意义。
1.2 电锅炉概况
目前国内外的锅炉大部分还是以燃油或燃煤为主,因此在燃烧过程中就会产生大量残渣以及废气,既影响人类生活产生,也会对环境造成一定的污染。随着电能逐渐替代燃料能源。电锅炉得到了很大的发展,与燃料锅炉相比也有着不同的控制方法,燃料锅炉大多采用人工控制方式,可靠性和安全性差,又会造成人力资源的浪费。而电热锅炉采用的是智能控制方法,适应现代工业的发展要求。电锅炉不仅具有噪声小、无污染、效率高等特点,还具有供热稳定、运行安全可靠、自动化程度高的特点,是理想的节能环保型供暖设备。
早在二十世纪初期,电锅炉在国外就已经开始得到应用,而我国是从上世纪70年代后期才开始对电锅炉进行研究和应用。随着电锅炉技术的不断发展,电锅炉正逐步取代传统的燃煤和燃油锅炉,已经广泛应用于工业生产的各个领域。由于国外对电锅炉的研究起步早,控制水平也高于国内,控制精度高,方法也复杂。国内对电锅炉的研究相对较晚,导致电锅炉的控制水平较低,算法简单、粗糙、温度控制的效果也不是十分理想,在实际控制中会出现系统压力不稳、输出震荡等现象,锅炉的自动化控制程度不高。
但是对于电锅炉的非线性时变系统来说,传统的经典控制方法控制效果不是很好。随着计算机技术和自动控制技术的不断发展,在解决非线性时变系统的问题和线性定常系统的问题时,现代控制理论都取得了良好的控制效果。然而使用现代控制理论和经典控制理论的控制系统,首先需要确定被控对象的数学模型,再根据给定的性能指标和被控对象的数学模型来选择控制规律,进行控制设计。但是实际控制中,多数情况被控对象的数学模型是很难精确表达的,导致此类难以用经典控制和现代控制方式来控制,这就需要操作人员有丰富的控制经验,通过手动控制才能达到比较满意的效果。人们的不断研究总结发现,如果可以让计算机模拟这些操作人员的思文方式以及控制特点,可以使计算机对被控对象的控制进行决策,通过反馈控制,用语言描述人的控制思想和决策,总结出一系列条件语句作为控制规则。利用计算机程序来实现这些条件语句,来对被控对象进行控制。这样就用计算机取代操作人员来对被控对象进行控制。这种模糊控制技术在智能控制当中有着非常重要的地位。
目前,对电锅炉广泛应用的控制技术通常是PID控制,其效果还是比较好的,模型的参数也比较少,所以在电锅炉温度控制上,国内外大多采用此控制方法。PID控制器的参数选取将直接决定控制的效果,但是对PID数的整定是一项非常复杂的工作。虽然对PID控制参数整定方法有很多,例如Zieger-Nichols法。但是传统的非智能整定方法并不是最优解,还需要依靠以忘的控制经验通过不断调试,因此也是很难达到理想的控制效果。
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