CN105278567A - 基于模糊控制的垃圾焚烧烟气净化控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于模糊控制的垃圾焚烧烟气净化控制方法及系统。该烟气净化控制方法包括：接收检测装置发送的检测输入量，并计算检测输入量与给定值之间的偏差以及偏差的变化率以作为模糊控制的输入变量；将输入变量模糊化为模糊输入量、基于模糊输入量进行模糊推理和决策以得到模糊输出量、并将模糊输出量解模糊化为控制输出量；将控制输出量输出至半干法烟气处理系统的对应参数控制器以控制对应参数的量。其中，检测输入量包括垃圾焚烧炉烟囱出口的二氧化硫流量和氯化氢流量，与二氧化硫流量和氯化氢流量相对应的控制输出量分别为石灰浆流量和活性炭流量。上述方法及系统可解决烟气净化控制系统中参数多变、变量众多、变量之间强耦合的情况。

Description

基于模糊控制的垃圾焚烧烟气净化控制方法及系统

技术领域

本发明涉及垃圾等废物的焚烧后的烟气处理，特别涉及一种基于模糊控制的垃圾焚烧烟气净化控制方法及系统。

背景技术

目前垃圾焚烧烟气净化处理比较成熟的工艺为半干法+干法+布袋除尘+活性炭工艺，烟气处理的关键设备包括：半干法脱酸反应塔、除尘器、SNCR、飞灰收集。其中，半干法脱酸反应塔控制系统是垃圾焚烧烟气净化的核心部分，对于关键系统控制性能将直接影响垃圾焚烧烟气净化系统处理效果，进而影响环保排放指标等。

烟气净化系统是一个复杂多变量、大延时的系统，并且系统运行参数也处于变化的状态。现有烟气净化控制系统普遍采用常规的PID控制或手动控制，处理指标波动较大。随着对烟气处理排放指标控制越来越严格，生产运行人员为了烟气排放达标往往将石灰浆、活性炭、氨水等净化材料的投加开到最大，造成了比较大的浪费。

发明内容

一方面，本发明提供一种基于模糊控制的垃圾焚烧烟气净化控制方法，所述烟气净化控制方法包括：接收检测装置发送的检测输入量，并计算所述检测输入量与给定值之间的偏差以及所述偏差的变化率以作为模糊控制的输入变量；将所述输入变量模糊化为模糊输入量、基于所述模糊输入量进行模糊推理和决策以得到模糊输出量、并将所述模糊输出量解模糊化为控制输出量；以及将所述控制输出量输出至半干法烟气处理系统的对应参数控制器以控制对应参数的量。其中，所述检测输入量包括垃圾焚烧炉烟囱出口的二氧化硫(SO2)流量和氯化氢(HCL)流量，与所述二氧化硫流量相对应的控制输出量为石灰浆流量，与所述氯化氢流量相对应的控制输出量为活性炭流量，所述半干法烟气处理系统分别基于所述石灰浆流量和所述活性炭流量控制进行烟气净化时所使用的石灰浆量和活性炭量。

在本发明的一个实施例中，所述将所述输入变量模糊化为模糊输入量包括将所述输入变量映射变换到离散的输入论域。

在本发明的一个实施例中，所述输入变量的量化论域等级设置为5。

在本发明的一个实施例中，所述输入变量按照下式进行量化：

$Y=\frac{2n\×\[x-(a+b)\÷2\]}{b-a}$

其中，x表示所述输入变量，Y表示量化后的输入变量，a表示所述输入变量的下限，b表示所述输入变量的上限，n表示量化等级。

在本发明的一个实施例中，所述解模糊化按照下式进行：

$Y=\frac{x+n}{2\×n}\×(b-a)+a$

其中，x表示所述模糊输出量，Y表示所述控制输出量，a表示所述模糊输出量的下限，b表示所述模糊输出量的上限，n表示量化等级。

在本发明的一个实施例中，所述输入变量对应的输入论域设置为6，所述模糊输出量对应的输出论域设置为6。

在本发明的一个实施例中，所述模糊输入量的语言值模糊子集为[负大(NB)，负小(NS)，零(O)，正小(PS)，正大(PB)]。

在本发明的一个实施例中，所述模糊输出量的语言值模糊子集为[负大(NB)，负中(NM)，负小(NS)，零(O)，正小(PS)，正中(PM)，正大(PB)]。

在本发明的一个实施例中，所述模糊输入量的语言值模糊子集的隶属函数和所述模糊输出量的语言值模糊子集的隶属函数均为三角形函数。

另一方面，本发明还提供一种基于模糊控制的垃圾焚烧烟气净化控制系统，所述烟气净化控制系统包括：输入模块，用于接收检测装置发送的检测输入量，并计算所述检测输入量与给定值之间的偏差以及所述偏差的变化率以作为模糊控制的输入变量；处理模块，用于将所述输入变量模糊化为模糊输入量、基于所述模糊输入量进行模糊推理和决策以得到模糊输出量、并将所述模糊输出量解模糊化为控制输出量；以及输出模块，用于将所述控制输出量输出至半干法烟气处理系统的对应参数控制器以控制对应参数的量。其中，所述检测输入量包括垃圾焚烧炉烟囱出口的二氧化硫流量和氯化氢流量，与所述二氧化硫流量相对应的控制输出量为石灰浆流量，与所述氯化氢流量相对应的控制输出量为活性炭流量，所述半干法烟气处理系统分别基于所述石灰浆流量和所述活性炭流量控制进行烟气净化时所使用的石灰浆量和活性炭量。

上述基于模糊控制的垃圾焚烧烟气净化控制方法及系统采用模糊控制策略实现对烟气中SO2和HCL含量的控制，解决烟气净化控制系统中参数多变、变量众多、变量之间强耦合的情况，优化烟气处理系统控制性能，降低系统扰动。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1示出了根据本发明的实施例的、基于模糊控制的垃圾焚烧烟气净化控制方法的流程图；

图2示出了根据本发明的实施例的、基于模糊控制的垃圾焚烧烟气净化控制方法应用于示例性场景时的信号数据流图；以及

图3示出了根据本发明的实施例的、基于模糊控制的垃圾焚烧烟气净化控制系统的结构框图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的方法步骤和/或结构。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

根据本发明的一方面，提供了一种基于模糊控制的垃圾焚烧烟气净化控制方法。图1示出了根据本发明的实施例的基于模糊控制的垃圾焚烧烟气净化控制方法100的流程图。如图1所示，方法100包括如下步骤：

步骤101：接收检测装置发送的检测输入量，并计算检测输入量与给定值之间的偏差以及该偏差的变化率以作为模糊控制的输入变量。

其中，可以基于对烟气净化的具体参数的控制需求来设置所需检测的输入参数及相对应的检测装置。例如，在本发明的一个示例中，需要控制垃圾焚烧后的烟气中的SO2流量，那么可以设置相应的传感器来检测垃圾焚烧炉烟囱出口处的SO2流量。另一个示例中，需要对垃圾焚烧后的烟气中的HCL流量进行控制，那么可以设置相应的传感器来检测HCL流量。

在计算检测输入量(例如SO2流量和/或HCL流量)与给定值之间的偏差(或称为误差)E以及该偏差的变化率(或称为误差变换率)DE时，可以将所检测到的SO2流量和/或HCL流量的实际值(也称为过程值)与其对应的给定值相比较得到偏差信号，并对偏差信号进行微分以得到偏差的变化率。模糊控制可以以偏差和偏差变化率这两者作为输入变量。

步骤102：将输入变量模糊化为模糊输入量、基于模糊输入量进行模糊推理和决策以得到模糊输出量、并将模糊输出量解模糊化为控制输出量。

具体地，可以将输入变量映射变换到离散的输入论域上，以得到模糊输入量。继续上面的示例，设SO2流量的给定值为10％，SO2流量偏差范围是[-10,10]，二氧化硫流量偏差变化率范围[-5,5]。示例性地，SO2流量偏差量化论域等级为5，SO2流量偏差变化率量化论域等级为5，输出论域量化论域等级为6。在另一个示例中，HCL流量偏差范围是[-5,5]，HCL流量偏差变化率范围[-5,5]。HCL流量偏差量化论域等级为5，HCL流量偏差变化率量化论域等级为5，输出论域量化论域等级为6。

在本发明的一个实施例中，输入变量可以按照式(1)进行量化：

$Y=\frac{2n\×\[x-(a+b)\÷2\]}{b-a}---\left(1\right)$

其中，在式(1)中，x表示输入变量，Y表示量化后的输入变量，a表示输入变量的下限，b表示输入变量的上限，n表示量化等级。

由于SO2流量和HCL流量控制系统对于精度要求不高，只要保证SO2流量和HCL流量在一定范围(例如SO2流量小于50，HCL流量小于10)内，对于运行人员而言是可以接受的。在一个示例中，对于输入变量论域设置为6，变量语言值的模糊子集可以为[NB，NS，O，PS，PB]。在一个示例中，对于输出变量，为了防止系统震荡，输出变量论域设置为6，变量语言值的模糊子集可以为[NB，NM，NS，O，PS，PM，PB]。对于输入\输出变量的隶属函数均可采用较为简单的三角形函数。其中NB表示负大，NM表示负中，NS表示负小，O表示零，PS表示正小，PM表示正中，PB表示正大。

根据本发明的一个实施例，模糊策略库的设计可以为如下：

如果偏差为正大并且偏差变化率为正大，则输出为负大；

如果偏差为正大并且偏差变化率为正小，则输出为负大；

如果偏差为正大并且偏差变化率为零，则输出为负小；

如果偏差为正大并且偏差变化率为负小，则输出为负小；

如果偏差为正大并且偏差变化率为负大，则输出为负中；

……

根据模糊语言值的隶属函数以及模糊策略库，可以得到模糊关系；基于模糊输入量和模糊关系，可以得到模糊输出量；模糊输出量经过解模糊化可以得到最终的控制输出量。

在本发明的一个实施例中，对模糊输出量的解模糊化可以按照式(2)进行：

$Y=\frac{x+n}{2\×n}\×(b-a)+a---\left(2\right)$

其中，在式(2)中，x表示模糊输出量，Y表示控制输出量，a表示模糊输出量的下限，b表示模糊输出量的上限，n表示量化等级。

步骤103：将控制输出量输出至半干法烟气处理系统的对应参数控制器以控制对应参数的量。继续上面的示例，当检测输入量为烟囱出口的SO2流量时，对应的控制输出量为石灰浆流量。该石灰浆流量的数据可以被发送到石灰浆流量控制器来控制半干法烟气处理系统在进行烟气净化时所使用的石灰浆的量，从而反过来调节烟气处理净化后所含的SO2流量。在另一个示例中，当检测输入量为HCL流量时，对应的控制输出量为活性炭流量。该活性炭流量的数据可以被发送到活性炭流量控制器来控制半干法烟气处理系统在进行烟气净化时所使用的活性炭的量，从而反过来调节烟气处理净化后所含的HCL流量。基于烟囱出口的SO2流量和HCL流量控制调节半干法烟气处理系统在进行烟气净化时应该使用的石灰浆和活性炭的量，可以避免造成石灰浆和活性炭等这些净化材料的浪费，相当于提高净化材料的利用率。进一步地，在该示例中，可以将烟气温度也作为模糊控制的输入变量。在这种情况下，对应的控制输出量可以为减温水流量。该减温水流量的数据可以被发送到减温水流量控制器以反过来控制出口烟气温度。

图2示出了根据本发明实施例的基于模糊控制的垃圾焚烧烟气净化控制方法应用于上述示例时的信号数据流图，可以结合图2来理解上述方法的原理及过程。其中，图2中的模糊控制器可以为半干法反应塔模糊控制器，其可以包括SO2模糊控制器和HCL模糊控制器等，用于对反应塔雾化器及配套设备进行控制，对整个反应塔系统进行模糊化处理，建立模糊数学模型，建立详细的模糊推理决策库，通过控制石灰浆、活性炭、冷却水(即减温水)的投加量，从而保证烟气中SO2、HCL达标并减少烟气排放数据的波动。此外，控制策略库可以基于运行人员的实际经验而建立。优选地，模糊规则库具有在线修改功能。不同的垃圾焚烧厂实际情况是不同的，经过长时间的运行，运行操作都会有新的经验，模糊规则库的在线修改功能可以使维护人员能够很方便的将这些新的经验添加到规则库中。此外，可以针对规则库开发人机界面，从而方便调试、维护人员对于规则库进行修改。

根据本发明另一方面，还提供一种基于模糊控制的垃圾焚烧烟气净化控制系统。图3示出了根据本发明的实施例的、基于模糊控制的垃圾焚烧烟气净化控制系统300的结构框图。如图3所示，烟气净化控制系统300包括输入模块301、处理模块302和输出模块303。

其中，输入模块301用于接收检测装置发送的检测输入量，并计算检测输入量与给定值之间的偏差以及偏差的变化率以作为模糊控制的输入变量。处理模块302用于将输入变量模糊化为模糊输入量、基于模糊输入量进行模糊推理和决策以得到模糊输出量、并将模糊输出量解模糊化为控制输出量。输出模块303用于将控制输出量输出至半干法烟气处理系统的对应参数控制器以控制对应参数的量。其中，检测输入量包括垃圾焚烧炉烟囱出口的SO2流量和HCL流量，与SO2流量相对应的控制输出量为石灰浆流量，与HCL流量相对应的控制输出量为活性炭流量，半干法烟气处理系统分别基于石灰浆流量和活性炭流量控制进行烟气净化时所使用的石灰浆量和活性炭量。可以参考结合图1描述的实施例理解每个模块操作的具体过程，此处不再赘述。

本发明实施例的各个模块可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的基于模糊控制的垃圾焚烧烟气净化控制系统中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在存储载体上提供，或者以任何其他形式提供。

上述基于模糊控制的垃圾焚烧烟气净化控制方法及系统采用模糊控制策略实现对烟气中SO2和HCL含量的控制，解决烟气净化控制系统中参数多变、变量众多、变量之间强耦合的情况，优化烟气处理系统控制性能，降低系统扰动。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种基于模糊控制的垃圾焚烧烟气净化控制方法，其特征在于，所述烟气净化控制方法包括：

接收检测装置发送的检测输入量，并计算所述检测输入量与给定值之间的偏差以及所述偏差的变化率以作为模糊控制的输入变量；

将所述输入变量模糊化为模糊输入量、基于所述模糊输入量进行模糊推理和决策以得到模糊输出量、并将所述模糊输出量解模糊化为控制输出量；以及

将所述控制输出量输出至半干法烟气处理系统的对应参数控制器以控制对应参数的量，

其中，所述检测输入量包括垃圾焚烧炉烟囱出口的二氧化硫流量和氯化氢流量，与所述二氧化硫流量相对应的控制输出量为石灰浆流量，与所述氯化氢流量相对应的控制输出量为活性炭流量，所述半干法烟气处理系统分别基于所述石灰浆流量和所述活性炭流量控制进行烟气净化时所使用的石灰浆量和活性炭量。

2.根据权利要求1所述的烟气净化控制方法，其特征在于，所述将所述输入变量模糊化为模糊输入量包括将所述输入变量映射变换到离散的输入论域。

3.根据权利要求2所述的烟气净化控制方法，其特征在于，所述输入变量的量化论域等级设置为5。

4.根据权利要求3所述的烟气净化控制方法，其特征在于，所述输入变量按照下式进行量化：

$Y=\frac{2n\×\[x-(a+b)\÷2\]}{b-a}$

其中，x表示所述输入变量，Y表示量化后的输入变量，a表示所述输入变量的下限，b表示所述输入变量的上限，n表示量化等级。

5.根据权利要求1所述的烟气净化控制方法，其特征在于，所述解模糊化按照下式进行：

$Y=\frac{x+n}{2\×n}\×(b-a)+a$

其中，x表示所述模糊输出量，Y表示所述控制输出量，a表示所述模糊输出量的下限，b表示所述模糊输出量的上限，n表示量化等级。

6.根据权利要求1所述的烟气净化控制方法，其特征在于，所述输入变量对应的输入论域设置为6，所述模糊输出量对应的输出论域设置为6。

7.根据权利要求1所述的烟气净化控制方法，其特征在于，所述模糊输入量的语言值模糊子集为[负大(NB)，负小(NS)，零(O)，正小(PS)，正大(PB)]。

8.根据权利要求1所述的烟气净化控制方法，其特征在于，所述模糊输出量的语言值模糊子集为[负大(NB)，负中(NM)，负小(NS)，零(O)，正小(PS)，正中(PM)，正大(PB)]。

9.根据权利要求1所述的烟气净化控制方法，其特征在于，所述模糊输入量的语言值模糊子集的隶属函数和所述模糊输出量的语言值模糊子集的隶属函数均为三角形函数。

10.一种基于模糊控制的垃圾焚烧烟气净化控制系统，其特征在于，所述烟气净化控制系统包括：

输入模块，用于接收检测装置发送的检测输入量，并计算所述检测输入量与给定值之间的偏差以及所述偏差的变化率以作为模糊控制的输入变量；

处理模块，用于将所述输入变量模糊化为模糊输入量、基于所述模糊输入量进行模糊推理和决策以得到模糊输出量、并将所述模糊输出量解模糊化为控制输出量；以及

输出模块，用于将所述控制输出量输出至半干法烟气处理系统的对应参数控制器以控制对应参数的量，

其中，所述检测输入量包括垃圾焚烧炉烟囱出口的二氧化硫流量和氯化氢流量，与所述二氧化硫流量相对应的控制输出量为石灰浆流量，与所述氯化氢流量相对应的控制输出量为活性炭流量，所述半干法烟气处理系统分别基于所述石灰浆流量和所述活性炭流量控制进行烟气净化时所使用的石灰浆量和活性炭量。