CN109426148A - 一种实现燃煤锅炉除灰过程循环周期时间自动调节的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃煤锅炉除灰生产过程控制技术领域，具体涉及一种实现燃煤锅炉除灰过程循环周期时间自动调节的方法。如果除灰控制系统启动，则首个循环周期时间输出为最小值；如果仓泵进料料位超限信号产生，则下一个循环周期时间输出为相较当前除灰循环周期时间值的较小一级值；在正常工况下，即控制系统启动后第二个循环周期以后，且无仓泵进料料位超限信号产生，则执行模糊控制规则；以灰管压力和当前除灰循环周期时间为两个输入变量，下一个除灰循环周期时间为输出变量，建立二维模糊控制器。本发明可以解决除灰生产过程中输灰管道容易产生堵管和漏管故障的问题。

Description

一种实现燃煤锅炉除灰过程循环周期时间自动调节的方法

技术领域

本发明属于燃煤锅炉除灰生产过程控制技术领域，具体涉及一种实现燃煤锅炉除灰过程循环周期时间自动调节的方法。

背景技术

除灰生产系统是燃煤锅炉生产系统所采用的一项重要环保技术措施，也是锅炉生产实现烟气达标排放的关键技术措施之一。在燃煤锅炉生产企业，除灰生产系统普遍采用正压气力式工艺原理及流程，其过程控制均采用固定周期时间的定时顺序控制方式。正压气力式除灰生产系统由进料阀、排料阀、仓泵、进气装置、排气平衡阀、压力开关、料位计等组成。除灰采用循环工作方式，每个循环周期可分为五个阶段：(1)进料阶段。进料阀打开，物料自由落下，填充仓泵，进气阀和排料阀保持关闭状态，此时无压缩空气消耗。(2)增压阶段。当仓泵中物料达到仓泵内的料位计检测高度或达到设定的填充时间时，进料阀关闭，进气阀组打开，压缩空气进入仓泵内，压力升高至设定的上限值。(3)输送阶段。当压力升至设定的上限值时，排料阀打开，输送物料，压缩空气将灰粉通过输灰管道从仓泵输送到灰库。(4)清扫阶段。在进气管道上设有压力开关，当检测到管道内的压力下降到设定的下限值时，表明输灰结束，吹扫几秒后，关闭进气阀，进入等待下一次循环执行阶段。(5)等待阶段。延时等待执行下一次除灰过程，由除尘过程对锅炉产生的烟气进行除尘并收集积存，当达到延时时间，按前述阶段过程，依次执行除灰过程生产。

每个循环过程，按控制系统动作过程而言，可分为执行过程与等待过程。每个循环过程的除灰量，均是在除灰执行过程与等待过程时间中，由除尘生产系统产生的灰量。执行过程时间为各设备与装置执行完各动作过程所需的必要时间，等待过程时间为除尘灰量收集积存时间，使每次除灰量达到一定的累积量，对除灰量多少起主要作用的是等待过程时间的长短，故把等待过程时间作为除灰生产的循环周期时间，等待过程时间越长，除灰生产的循环周期时间就越长。在顺序控制中，等待过程时间，根据锅炉产能及灰尘产量等基本情况，由人工设定延时值，形成固定的等待过程时间值，该设定值即作为除灰生产的循环周期时间值，且为固定值。故除灰生产过程以该固定时间值进行循环除灰生产。

兰铀公司于2013年新建两套循环流化床锅炉生产系统，主要用于企业生产区与生活区冬季采暖供热生产。锅炉烟气除灰生产系统为正压气力式工艺原理，其过程控制，采用DCS系统进行实时监控，过程控制方式也采用固定周期时间的定时顺序控制方式。自2014年投入运行，经过两个采暖周期运行表明，应用该种控制方式实施除灰过程控制，在运行过程中，输灰管道经常会产生堵管和漏管的故障问题，如果设定循环周期时间减小，除灰频次增大，更容易造成输灰管道磨损严重，甚至在短期内产生输灰管道破损的问题；如果设定循环周期时间增大，除灰频次就过低，又更易形成输灰管道堵塞现象。在除灰生产运行中，输灰管道产生堵管和漏管的故障问题，普遍存在于各燃煤锅炉生产企业的正压气力式除灰生产过程(齐立强、王少平著《燃煤电厂输灰系统及控制技术》前言，第三章第四节：输灰管道及布置方式)。为克服除灰生产过程中产生的堵管和漏管的问题，各有关企业普遍通过采取改变管道材质、或加大气固比例，或仓泵成组交替循环等各种工艺技术措施，以期达到消除堵管和漏管产生或减少产生次数，保障除灰生产系统安全、连续、稳定运行。运行效果表明，采取这些工艺技术措施，可显著减少产生堵管和漏管故障的次数，但不能完全予以消除，而且增大了能源消耗及生产成本。在除灰生产运行过程中，每个循环周期进入仓泵的灰粉量，与燃煤质量、锅炉运行状况、除尘设备运行状况等相关工况息息相关，即灰尘产出速率随相关工况状态改变而改变；仓泵的进灰量，就其特性而言，是非线性、时变的。当灰尘产出速率较大时，进入仓泵的灰粉量过大，除灰过程易产生堵管现象；当灰尘产出速率较小时，进入仓泵的灰粉量过小，可形成高频次除灰过程循环，产生不必要的管道磨损及压缩空气能源等浪费。由此可见，采用固定循环周期时间值的定时顺序控制方式进行除灰生产过程控制，可导致输灰管道容易产生堵管和漏管故障问题，该控制方式难以完全满足生产需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现燃煤锅炉除灰过程循环周期时间自动调节的方法，以解决除灰生产过程中输灰管道容易产生堵管和漏管故障的问题，且达到节能降耗，减少生产成本，保障除灰生产系统安全、连续、稳定运行，加强环境保护的目的。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种实现燃煤锅炉除灰过程循环周期时间自动调节的方法，包括以下步骤：

步骤一：选择除灰过程循环周期时间为被控制量，选择灰管压力为操纵量；

步骤二：灰管压力与除灰过程循环周期时间之间具有良好的模糊逻辑关系：灰管压力小时，表明当前周期时间产生的灰量较少，输灰阻力较小，则反映了当期除灰过程循环周期时间较短，需增大周期时间；当灰管压力大时，表明当前周期时间产生的灰量较多，输灰阻力较大，则反映了当前除灰过程循环周期时间较长，需减小周期时间；若灰管压力适中，表明当前循环周期时间适配，可保持不变；确定除灰过程循环周期时间的控制策略为专家模糊控制策略；

步骤三：建立专家控制的规则集：

除灰控制系统启动投运控制规则：如果除灰控制系统启动，则首个循环周期时间输出为最小值，即为在除尘生产过程中以最大灰量产出时，为确保输灰管道不被堵塞所需要的最小除灰频次所对应的除灰循环周期时间值；

仓泵进料料位超限信号产生控制规则：如果仓泵进料料位超限信号产生，则下一个循环周期时间输出为相较当前除灰循环周期时间值的较小一级值；

执行模糊控制的控制规则：在正常工况下，即控制系统启动后第二个循环周期以后，且无仓泵进料料位超限信号产生，则执行模糊控制规则；

步骤四：以灰管压力P和当前除灰循环周期时间Tn为两个输入变量，下一个除灰循环周期时间Tn+1为输出变量，建立二维模糊控制器，除灰循环周期时间Tn+1精确量控制表如下：

所述的模糊控制器模糊化过程如下：

基本论域分别确定为：P＝﹝0.24，0.4﹞(MPa)，Tn＝Tn+1＝﹝5，23﹞(min)；模糊论域分别量化为：P＝﹝-2，+2﹞，Tn＝Tn+1＝﹝-6，+6﹞，从基本论域到模糊论域的变换采用如下公式：

式中，y为模糊论域的离散量，x为基本论域的连续量，﹝a，b﹞为基本论域，m为模糊子集的量化等级，int为对运算值取整；

对应模糊子集语言变量分别为：灰管压力P划分3个模糊子集(S，M，B)，对于“S”、“M”、“B”，分别用语言描述为“小”、“中”、“大”；当前除灰循环周期时间Tn与下一个除灰循环周期时间Tn+1均划分7个模糊子集(NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB)，对于“NB”、“NM”、“NS”、“ZO”、“PS”、“PM”、“PB”，分别用语言描述为“负大”、“负中”、“负小”、“零”、“正小”、“正中”、“正大”。

当前除灰循环周期时间Tn采用单值线形函数作为隶属函数，灰管压力P与下一个除灰循环周期时间Tn+1均采用三角形函数作为隶属函数，Tn、P与Tn+1变量的模糊子集语言变量对应精确量与模糊离散量取值范围分别如表1、表2与表3所示：

表1 Tn变量的模糊子集语言变量对应精确量与模糊离散量取值

表2 P变量的模糊子集语言变量对应精确量与模糊离散量取值

表3 Tn+1变量的模糊子集语言变量对应精确量与模糊离散量取值

当前除灰循环周期时间Tn采用单值线形函数作为隶属函数，其隶属函数表达式如式(2)：

灰管压力P变量与输出下一个除灰循环周期时间Tn+1变量均采用三角形函数作为隶属函数，其隶属函数表达式如式(3)：

式中：a、c为三角形底边边界值，b为三角形底边中心值或饱和边界值，它们用来确定三角形的具体形状，x为相关变量，此处具体指P变量或Tn+1变量；

由模糊控制器输入变量隶属函数曲线转换，分别可得变量Tn与P的隶属度矢量表如表4、表5所示：

表4变量Tn的隶属度矢量值

表5变量P的隶属度矢量值

控制规则如下：

①若灰管压力小S，且当前除灰循环周期时间非最大值PB，表明在当前除灰循环周期周期时间内，锅炉生产系统所产生的灰尘量较少，而且除尘过程所形成的灰尘特性影响作用较小，输灰阻力小，则可增大除灰循环周期时间，实现除灰循环周期时间内较大灰量输灰，降低除灰频次；

②若灰管压力适中M，且当前除灰循环周期时间无论为何值，表明当前除灰循环周期时间内，锅炉生产系统所产生的灰尘量，以及除尘过程所形成的灰尘特性影响作用均适中，使输灰阻力适中，即当前除灰循环周期时间值与除灰量及其特性，处于相匹配水平，则保持当前除灰循环周期时间值；

③若灰管压力大B，且当前除灰循环周期时间非最小值NB，表明在当前除灰循环周期周期时间内，锅炉生产系统所产生的灰尘量较多，或除尘过程所形成的灰尘特性改变较大，使输灰阻力大，则采取减小除灰循环周期时间，提高输灰频次；

④若灰管压力小S，且当前除灰循环周期时间为最大值PB，则保持当前除灰循环周期时间值；

⑤若灰管压力大B，且当前除灰循环周期时间为最小值NB，则保持当前除灰循环周期时间值；

根据上述规则，得到的模糊控制规则如表6所示：

表6模糊控制规则表

模糊推理过程如下：

由模糊控制规则表6可见共有21条模糊规则，每条模糊规则都可以给出一个模糊蕴涵关系R_i(i＝1，2，…，21)，这些模糊蕴涵关系的并构成总的模糊蕴涵关系，即：

合成的模糊推理规则为：

对于第i条模糊规则，模糊控制器输入有两个变量分别为P和Tn，用μi，pre(P，Tn)表示规则前件的确信度，按取小法则运算，则有：

式(6)中，是指变量P在某时刻经模糊化后可取得两个模糊值，即j＝1，2；因变量Tn的隶属函数为单值线形函数，故变量Tn经模糊化后仅取得一个模糊值A_T；

模糊控制器输出变量为Tn+1，第i条模糊规则所产生一个结论，即输出模糊集合值B_Tn+1，则该条规则蕴涵模糊集合的隶属函数，按取小法则运算，则有：

式(7)中，上标m表示输出论域Tn+1上的第m个语言变量值；

由于输入变量Tn的隶属函数为单值线形函数，当Tn为其输入论域[NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB]中任一语言值时，其模糊集合的隶属函数值均为1，即对于输入变量P而言，其每个模糊集合的隶属函数值则式(6)与式(7)可分别表示为：

由式(9)可见，第i条模糊规则所产生的输出变量的蕴涵模糊集合，仅取决于输入变量P的隶属度，当输入变量P为其论域上的任一值时，可最多形成两条规则，故总的输出模糊集合由式(5)与式(9)可得：

去模糊化过程如下：选择最大隶属度平均值法进行去模糊化，当输出论域的蕴涵模糊集合的最大隶属度等于0.5时，输出论域两个相邻语言值的蕴涵模糊集合的最大隶属度同等于0.5，则选取较高等级语言值的蕴涵模糊集合进行最大隶属度平均值法运算，用以去模糊化；在输出论域上，对于最大隶属度对应的蕴涵模糊集合，因其对应模糊子集的隶属函数为对称三角形函数，在该蕴涵模糊集合对应最大隶属度，存在两个论域元素a和b，由最大隶属度平均值法运算输出Tn+1值，则有：

式(11)中，d既是最大隶属度对应的蕴涵模糊集合的中心值，也是该蕴涵模糊集合所对应模糊子集的中心值；在蕴涵模糊集合所对应的模糊子集保持不变，随最大隶属度值不同，论域元素a和b随之不同，由式(11)可见，其输出值恒等于该模糊子集中心值；若最大隶属度所在的蕴涵模糊集合对应输出论域的模糊子集等级改变，该蕴涵模糊集合的中心值随之改变；输出Tn+1论域划分7个模糊子集分别为NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB，模糊子集NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB的量化中心值分别为-6、-4、-2、0、2、4、6，因此以最大隶属度平均值法运算输出Tn+1的量化值，是-6、-4、-2、0、2、4、6中的某个值，而这个值既是下一个除灰循环周期时间值，又是下一个除灰循环周期模糊控制器的输入变量，输入输出模糊子集语言值及量化等级值均相对应，每个输出模糊子集中心值是唯一的，则每个输入模糊子集形成单值；形成控制表如表7所示，依据各变量基本论域的精确量值与模糊子集量化论域离散量值的对应关系，以及采用最大隶属度平均法进行去模糊化时所确定的最大隶属度对应模糊集合选择及其取值范围选择原则，将模糊集合的离散量控制表表7转换为各变量的精确量量值范围及量值，其控制表即为步骤四中所述控制表；

表7除灰循环周期时间控制表

本发明所取得的有益效果为：

本发明建立安全、可靠、合理的除灰生产过程控制策略，以满足工艺生产需要，实现除灰生产过程的可靠控制，克服频繁产生堵管与漏管故障问题，确保生产过程及设备安全、稳定、连续运行，达到良好节能降耗的效果，减少灰尘排放，有效保护环境，能够降低能耗及生产成本，具有较好的经济效益和社会效益。

(1)通过对锅炉生产系统各环节工艺过程在线检测的相关控制变量分析、研究，确定了灰管压力大小即可准确表征输灰阻力大小，又可良好反映灰量多少与灰尘特性的相关性两个方面，建立了以灰管压力为操纵变量，循环周期时间为被控变量。(2)通过对操纵变量与被控量之间控制关系进行分析、研究，确定了灰管压力与过程循环的周期时间之间具有良好的模糊逻辑关系，并依据控制系统启动运行经验初始控制要求及料位超限报警控制要求，制定了除灰生产过程控制为专家模糊控制策略。(3)依据已制定的专家模糊控制策略，以及相关工艺技术条件，应用专家控制技术和模糊控制技术原理，设计、建立了其专家模糊控制软件控制系统，并完成离线模糊控制运算。(4)实现了除灰过程循环周期时间随除尘产出灰量变化而自动调节。若除尘系统产出灰量增大或灰尘特性发生较大改变(灰尘黏度增大)，除灰过程中输灰管道压力过大，则控制系统输出除灰循环周期时间减小，除灰频次增大；若除尘系统产出灰量减小或灰尘特性发生较大改变(灰尘黏度减小)，除灰过程中输灰管道压力过小，则控制系统输出除灰循环周期时间增大，除灰频次减小。即实现了产出灰量高，以高频次除灰，产出灰量低，以低频次除灰的生产过程控制方式。达到除灰频次随除尘产生灰量大小及其特性变化而自动调节，消除了输灰管道堵塞现象，显著降低了管道磨损程度，有效克服了输灰管道易产生漏管或堵管故障的技术问题，运行效果良好。减少系统停车作业频次，降低了材料消耗，同时，除灰频次大幅降低，压缩空气消耗大幅减少，实现了节能降耗；为减少锅炉生产的粉尘排放提供了可靠过程控制技术，加强了环境保护。

附图说明

图1为模糊控制器结构图；

图2为当前循环周期时间Tn变量隶属函数分布图；

图3为灰管压力P变量隶属函数分布图；

图4为输出循环周期时间Tn+1变量隶属函数分布图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明所述实现燃煤锅炉除灰过程循环周期时间自动调节的方法包括以下步骤：

步骤一：控制系统的控制变量择定，除灰频次是影响输灰管道堵塞与磨损程度的主要因素，合理的除灰频次，即可消除输灰管道堵塞问题，也可降低输灰管道磨损的程度，而除灰频次的高低决定于除灰过程循环周期时间的大小，故选择除灰过程循环周期时间为被控制量；灰管压力大小可良好表征当次除灰灰量的多少，按灰管压力大小可良好操纵改变除灰灰量，故选择灰管压力为操纵量；

步骤二：灰管压力与除灰过程循环周期时间之间具有良好的模糊逻辑关系，灰管压力小时，表明当前周期时间产生的灰量较少，输灰阻力较小，则反映了当期除灰过程循环周期时间较短，需增大周期时间；当灰管压力大时，表明当前周期时间产生的灰量较多，输灰阻力较大，则反映了当期除灰过程循环周期时间较长，需减小周期时间；若灰管压力适中，表明当前循环周期时间适配，可保持不变；确定除灰过程循环周期时间的控制策略为专家模糊控制策略。

步骤三：建立专家控制的规则集：

除灰控制系统启动投运控制规则：如果除灰控制系统启动，则首个循环周期时间输出为最小值，即为在除尘生产过程中以最大灰量产出时，为确保输灰管道不被堵塞所需要的最小除灰频次所对应的除灰循环周期时间值，具体值为文后Tn+1基本论域范围中的最小值5Min(或表8除灰循环周期时间精确量控制表所给出的最小值5Min)；

仓泵进料料位超限信号产生控制规则：如果仓泵进料料位超限信号产生，则下一个循环周期时间输出为相较当前除灰循环周期时间值的较小一级值(文后给出除灰循环周期时间值共分七个级别值，5、8、11、14、17、20、23Min，即若料位超限信号产生时的当前除灰循环周期时间值为11Min，则下一个除灰循环周期时间输出为8Min)；

执行模糊控制的控制规则：在正常工况下，即控制系统启动后第二个循环周期以后，且无仓泵进料料位超限信号产生，则执行模糊控制规则。

步骤四：建立模糊控制器

(1)模糊控制器的结构设计

以灰管压力P和当前除灰循环周期时间Tn为两个输入变量，下一个除灰循环周期时间Tn+1为输出变量，建立一个二维模糊控制器(FC)，模糊控制器的结构如图1所示。其运算过程是以当前除灰循环周期时间Tn与灰管压力P，利用其模糊关系，经模糊运算，输出下一个除灰循环周期时间Tn+1。过程对象为除灰生产过程。

(2)模糊化

基本论域分别确定为：P＝﹝0.24，0.4﹞(MPa)，Tn＝Tn+1＝﹝5，23﹞(min)；模糊论域分别量化为：P＝﹝-2，+2﹞，Tn＝Tn+1＝﹝-6，+6﹞，从基本论域到模糊论域的变换采用如下公式：

式中，y为模糊论域的离散量，x为基本论域的连续量，﹝a，b﹞为基本论域，m为模糊子集的量化等级，int为对运算值取整。

对应模糊子集语言变量分别为：灰管压力P划分3个模糊子集(S，M，B)，对于“S”、“M”、“B”，分别用语言描述为“小”、“中”、“大”；当前除灰循环周期时间Tn与下一个除灰循环周期时间Tn+1均划分7个模糊子集(NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB)，对于“NB”、“NM”、“NS”、“ZO”、“PS”、“PM”、“PB”，分别用语言描述为“负大”、“负中”、“负小”、“零”、“正小”、“正中”、“正大”。当前除灰循环周期时间Tn采用单值线形函数作为隶属函数，灰管压力P与下一个除灰循环周期时间Tn+1均采用三角形函数作为隶属函数。Tn、P与Tn+1变量的模糊子集语言变量对应精确量与模糊离散量取值范围分别如表1、表2与表3所示。

表1 Tn变量的模糊子集语言变量对应精确量与模糊离散量取值

表2 P变量的模糊子集语言变量对应精确量与模糊离散量取值

表3 Tn+1变量的模糊子集语言变量对应精确量与模糊离散量取值

当前除灰循环周期时间Tn采用单值线形函数作为隶属函数，其隶属函数表达式如式(2)。

隶属函数分布图如图2示。图中的论域数值，括号外为精确量值，括号内为对应模糊离散量值。

灰管压力P变量与输出下一个除灰循环周期时间Tn+1变量均采用三角形函数作为隶属函数，其隶属函数表达式如式(3)。

式中：a、c为三角形底边边界值，b为三角形底边中心值或饱和边界值，它们用来确定三角形的具体形状。x为相关变量，此处具体指P变量或Tn+1变量。

隶属函数分布图如图3、图4所示。图中的论域数值，括号外为精确量值，括号内为对应模糊离散量值。

由图2和图3所示的模糊控制器输入变量隶属函数曲线转换，分别可得变量Tn与P的隶属度矢量表如表4、表5所示。该矢量表在推理过程中向推理机提供数据。

表4变量Tn的隶属度矢量值

表5变量P的隶属度矢量值

(3)控制规则

确定模糊控制规则的总原则是将除灰循环周期时间调节在尽可能大的水平，且在进行输灰执行中灰管压力不大于0.4MPa，使除灰过程控制达到高灰量、高频次除灰，低灰量、低频次除灰的控制目的，并确保生产过程安全。可制定如下规则：

①若灰管压力小(S)，且当前除灰循环周期时间非最大值(PB)，表明在当前除灰循环周期周期时间内，锅炉生产系统所产生的灰尘量较少，而且除尘过程所形成的灰尘特性影响作用较小，输灰阻力小，则可增大除灰循环周期时间，实现除灰循环周期时间内较大灰量输灰，降低除灰频次。

②若灰管压力适中(M)，且当前除灰循环周期时间无论为何值，表明当前除灰循环周期时间内，锅炉生产系统所产生的灰尘量，以及除尘过程所形成的灰尘特性影响作用均适中，使输灰阻力适中，即当前除灰循环周期时间值与除灰量及其特性，处于相匹配水平，则保持当前除灰循环周期时间值。

③若灰管压力大(B)，且当前除灰循环周期时间非最小值(NB)，表明在当前除灰循环周期周期时间内，锅炉生产系统所产生的灰尘量较多，或除尘过程所形成的灰尘特性改变较大(黏度增大)，使输灰阻力大，则采取减小除灰循环周期时间，提高输灰频次。

④若灰管压力小(S)，且当前除灰循环周期时间为最大值(PB)，则保持当前除灰循环周期时间值。

⑤若灰管压力大(B)，且当前除灰循环周期时间为最小值(NB)，则保持当前除灰循环周期时间值。

根据上述规则，得到的模糊控制规则如表6所示。

表6模糊控制规则表

(4)模糊推理

由模糊控制规则表6可见共有21条模糊规则，每条模糊规则都可以给出一个模糊蕴涵关系R_i(i＝1，2，…，21)，这些模糊蕴涵关系的并构成总的模糊蕴涵关系，即：

合成的模糊推理规则为：

对于第i条模糊规则，模糊控制器输入有两个变量分别为P和Tn，用μi，pre(P，Tn)表示规则前件的确信度，按取小法则运算，则有：

式(6)中，是指变量P在某时刻经模糊化后可取得两个模糊值，即j＝1，2。因变量Tn的隶属函数为单值线形函数，故变量Tn经模糊化后仅取得一个模糊值A_T。

模糊控制器输出变量为Tn+1，第i条模糊规则所产生一个结论，即输出模糊集合值B_Tn+1，则该条规则蕴涵模糊集合的隶属函数，按取小法则运算，则有：

式(7)中，上标m表示输出论域Tn+1上的第m个语言变量值。

由于输入变量Tn的隶属函数为单值线形函数，当Tn为其输入论域[NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB]中任一语言值时，其模糊集合的隶属函数值均为1，即对于输入变量P而言，其每个模糊集合的隶属函数值则式(6)与式(7)可分别表示为：

由式(9)可见，第i条模糊规则所产生的输出变量的蕴涵模糊集合，仅取决于输入变量P的隶属度。当输入变量P为其论域上的任一值时，可最多形成两条规则，故总的输出模糊集合由式(5)与式(9)可得：

(5)去模糊化

除灰过程中，除灰周期时间变化量较小时，产生的灰量较小，其灰尘特性变化也较小，对灰管压力影响较小，故选择较少输出值个数，且准确度要求较低，可忽略较小隶属度模糊集合元素的影响与作用，因此选择最大隶属度平均值法进行去模糊化。同时，为了增强生产过程控制的安全性，当输出论域的蕴涵模糊集合的最大隶属度等于0.5时，输出论域两个相邻语言值的蕴涵模糊集合的最大隶属度同等于0.5，则选取较高等级语言值的蕴涵模糊集合进行最大隶属度平均值法运算，用以去模糊化。在输出论域上，对于最大隶属度对应的蕴涵模糊集合，因其对应模糊子集的隶属函数为对称三角形函数，在该蕴涵模糊集合对应最大隶属度，存在两个论域元素a和b，由最大隶属度平均值法运算输出Tn+1值，则有：

式(11)中，d既是最大隶属度对应的蕴涵模糊集合的中心值，也是该蕴涵模糊集合所对应模糊子集的中心值。在蕴涵模糊集合所对应的模糊子集保持不变，随最大隶属度值不同，论域元素a和b随之不同，由式(11)可见，其输出值(判决结果)恒等于该模糊子集中心值。若最大隶属度所在的蕴涵模糊集合对应输出论域的模糊子集等级改变，该蕴涵模糊集合的中心值随之改变。输出Tn+1论域划分7个模糊子集分别为NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB，模糊子集NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB的量化中心值分别为-6、-4、-2、0、2、4、6，因此以最大隶属度平均值法运算输出Tn+1的量化值，是-6、-4、-2、0、2、4、6中的某个值，而这个值既是下一个除灰循环周期时间值，又是下一个除灰循环周期模糊控制器的输入变量，输入输出模糊子集语言值及量化等级值均相对应，每个输出模糊子集中心值是唯一的，则每个输入模糊子集形成单值，这也是输入变量Tn的隶属函数采用单值线形函数原因。

表7除灰循环周期时间控制表

(6)离线计算

为了提高控制器的实时性，模糊控制器通过离线设计、计算，形成控制表如表7所示。依据各变量基本论域的精确量值与模糊子集量化论域离散量值的对应关系，以及采用最大隶属度平均法进行去模糊化时所确定的最大隶属度对应模糊集合选择及其取值范围选择原则，将模糊集合的离散量控制表表7转换为各变量的精确量量值范围及量值，其控制表如表8所示。将该表内容存入计算机，以便使用查表法输出控制量进行控制。

表8除灰循环周期时间精确量控制表

Claims (6)

1.一种实现燃煤锅炉除灰过程循环周期时间自动调节的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：选择除灰过程循环周期时间为被控制量，选择灰管压力为操纵量；

步骤二：灰管压力与除灰过程循环周期时间之间具有良好的模糊逻辑关系：灰管压力小时，表明当前周期时间产生的灰量较少，输灰阻力较小，则反映了当期除灰过程循环周期时间较短，需增大周期时间；当灰管压力大时，表明当前周期时间产生的灰量较多，输灰阻力较大，则反映了当前除灰过程循环周期时间较长，需减小周期时间；若灰管压力适中，表明当前循环周期时间适配，可保持不变；确定除灰过程循环周期时间的控制策略为专家模糊控制策略；

步骤三：建立专家控制的规则集：

除灰控制系统启动投运控制规则：如果除灰控制系统启动，则首个循环周期时间输出为最小值，即为在除尘生产过程中以最大灰量产出时，为确保输灰管道不被堵塞所需要的最小除灰频次所对应的除灰循环周期时间值；

仓泵进料料位超限信号产生控制规则：如果仓泵进料料位超限信号产生，则下一个循环周期时间输出为相较当前除灰循环周期时间值的较小一级值；

执行模糊控制的控制规则：在正常工况下，即控制系统启动后第二个循环周期以后，且无仓泵进料料位超限信号产生，则执行模糊控制规则；

步骤四：以灰管压力P和当前除灰循环周期时间Tn为两个输入变量，下一个除灰循环周期时间Tn+1为输出变量，建立二维模糊控制器，除灰循环周期时间Tn+1精确量控制表如下：

2.根据权利要求1所述的实现燃煤锅炉除灰过程循环周期时间自动调节的方法，其特征在于：所述的模糊控制器模糊化过程如下：

基本论域分别确定为：P＝﹝0.24，0.4﹞(MPa)，Tn＝Tn+1＝﹝5，23﹞(min)；模糊论域分别量化为：P＝﹝-2，+2﹞，Tn＝Tn+1＝﹝-6，+6﹞，从基本论域到模糊论域的变换采用如下公式：

式中，y为模糊论域的离散量，x为基本论域的连续量，﹝a，b﹞为基本论域，m为模糊子集的量化等级，int为对运算值取整；

对应模糊子集语言变量分别为：灰管压力P划分3个模糊子集(S，M，B)，对于“S”、“M”、“B”，分别用语言描述为“小”、“中”、“大”；当前除灰循环周期时间Tn与下一个除灰循环周期时间Tn+1均划分7个模糊子集(NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB)，对于“NB”、“NM”、“NS”、“ZO”、“PS”、“PM”、“PB”，分别用语言描述为“负大”、“负中”、“负小”、“零”、“正小”、“正中”、“正大”。

3.根据权利要求2所述的实现燃煤锅炉除灰过程循环周期时间自动调节的方法，其特征在于：当前除灰循环周期时间Tn采用单值线形函数作为隶属函数，灰管压力P与下一个除灰循环周期时间Tn+1均采用三角形函数作为隶属函数，Tn、P与Tn+1变量的模糊子集语言变量对应精确量与模糊离散量取值范围分别如表1、表2与表3所示：

表1 Tn变量的模糊子集语言变量对应精确量与模糊离散量取值

表2 P变量的模糊子集语言变量对应精确量与模糊离散量取值

表3 Tn+1变量的模糊子集语言变量对应精确量与模糊离散量取值

当前除灰循环周期时间Tn采用单值线形函数作为隶属函数，其隶属函数表达式如式(2)：

灰管压力P变量与输出下一个除灰循环周期时间Tn+1变量均采用三角形函数作为隶属函数，其隶属函数表达式如式(3)：

式中：a、c为三角形底边边界值，b为三角形底边中心值或饱和边界值，它们用来确定三角形的具体形状，x为相关变量，此处具体指P变量或Tn+1变量；

由模糊控制器输入变量隶属函数曲线转换，分别可得变量Tn与P的隶属度矢量表如表4、表5所示：

表4 变量Tn的隶属度矢量值

表5 变量P的隶属度矢量值

4.根据权利要求3所述的实现燃煤锅炉除灰过程循环周期时间自动调节的方法，其特征在于：控制规则如下：

①若灰管压力小S，且当前除灰循环周期时间非最大值PB，表明在当前除灰循环周期周期时间内，锅炉生产系统所产生的灰尘量较少，而且除尘过程所形成的灰尘特性影响作用较小，输灰阻力小，则可增大除灰循环周期时间，实现除灰循环周期时间内较大灰量输灰，降低除灰频次；

②若灰管压力适中M，且当前除灰循环周期时间无论为何值，表明当前除灰循环周期时间内，锅炉生产系统所产生的灰尘量，以及除尘过程所形成的灰尘特性影响作用均适中，使输灰阻力适中，即当前除灰循环周期时间值与除灰量及其特性，处于相匹配水平，则保持当前除灰循环周期时间值；

③若灰管压力大B，且当前除灰循环周期时间非最小值NB，表明在当前除灰循环周期周期时间内，锅炉生产系统所产生的灰尘量较多，或除尘过程所形成的灰尘特性改变较大，使输灰阻力大，则采取减小除灰循环周期时间，提高输灰频次；

④若灰管压力小S，且当前除灰循环周期时间为最大值PB，则保持当前除灰循环周期时间值；

⑤若灰管压力大B，且当前除灰循环周期时间为最小值NB，则保持当前除灰循环周期时间值；

根据上述规则，得到的模糊控制规则如表6所示：

表6 模糊控制规则表

5.根据权利要求4所述的实现燃煤锅炉除灰过程循环周期时间自动调节的方法，其特征在于：模糊推理过程如下：

由模糊控制规则表6可见共有21条模糊规则，每条模糊规则都可以给出一个模糊蕴涵关系R_i(i＝1，2，…，21)，这些模糊蕴涵关系的并构成总的模糊蕴涵关系，即：

合成的模糊推理规则为：

对于第i条模糊规则，模糊控制器输入有两个变量分别为P和Tn，用μi，pre(P，Tn)表示规则前件的确信度，按取小法则运算，则有：

式(6)中，是指变量P在某时刻经模糊化后可取得两个模糊值，即j＝1，2；因变量Tn的隶属函数为单值线形函数，故变量Tn经模糊化后仅取得一个模糊值A_T；

模糊控制器输出变量为Tn+1，第i条模糊规则所产生一个结论，即输出模糊集合值B_Tn+1，则该条规则蕴涵模糊集合的隶属函数，按取小法则运算，则有：

式(7)中，上标m表示输出论域Tn+1上的第m个语言变量值；

由于输入变量Tn的隶属函数为单值线形函数，当Tn为其输入论域[NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB]中任一语言值时，其模糊集合的隶属函数值均为1，即对于输入变量P而言，其每个模糊集合的隶属函数值则式(6)与式(7)可分别表示为：

由式(9)可见，第i条模糊规则所产生的输出变量的蕴涵模糊集合，仅取决于输入变量P的隶属度，当输入变量P为其论域上的任一值时，可最多形成两条规则，故总的输出模糊集合由式(5)与式(9)可得：

6.根据权利要求5所述的实现燃煤锅炉除灰过程循环周期时间自动调节的方法，其特征在于：去模糊化过程如下：选择最大隶属度平均值法进行去模糊化，当输出论域的蕴涵模糊集合的最大隶属度等于0.5时，输出论域两个相邻语言值的蕴涵模糊集合的最大隶属度同等于0.5，则选取较高等级语言值的蕴涵模糊集合进行最大隶属度平均值法运算，用以去模糊化；在输出论域上，对于最大隶属度对应的蕴涵模糊集合，因其对应模糊子集的隶属函数为对称三角形函数，在该蕴涵模糊集合对应最大隶属度，存在两个论域元素a和b，由最大隶属度平均值法运算输出Tn+1值，则有：

式(11)中，d既是最大隶属度对应的蕴涵模糊集合的中心值，也是该蕴涵模糊集合所对应模糊子集的中心值；在蕴涵模糊集合所对应的模糊子集保持不变，随最大隶属度值不同，论域元素a和b随之不同，由式(11)可见，其输出值恒等于该模糊子集中心值；若最大隶属度所在的蕴涵模糊集合对应输出论域的模糊子集等级改变，该蕴涵模糊集合的中心值随之改变；输出Tn+1论域划分7个模糊子集分别为NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB，模糊子集NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB的量化中心值分别为-6、-4、-2、0、2、4、6，因此以最大隶属度平均值法运算输出Tn+1的量化值，是-6、-4、-2、0、2、4、6中的某个值，而这个值既是下一个除灰循环周期时间值，又是下一个除灰循环周期模糊控制器的输入变量，输入输出模糊子集语言值及量化等级值均相对应，每个输出模糊子集中心值是唯一的，则每个输入模糊子集形成单值；形成控制表如表7所示，依据各变量基本论域的精确量值与模糊子集量化论域离散量值的对应关系，以及采用最大隶属度平均法进行去模糊化时所确定的最大隶属度对应模糊集合选择及其取值范围选择原则，将模糊集合的离散量控制表表7转换为各变量的精确量量值范围及量值，其控制表即为步骤四中所述控制表；

表7 除灰循环周期时间控制表