JPH028905A - 燃焼制御装置 - Google Patents

燃焼制御装置

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JPH028905A
JPH028905A JP15989288A JP15989288A JPH028905A JP H028905 A JPH028905 A JP H028905A JP 15989288 A JP15989288 A JP 15989288A JP 15989288 A JP15989288 A JP 15989288A JP H028905 A JPH028905 A JP H028905A
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JP
Japan
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flow rate
fuel
fuel flow
signal
feedforward
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JP15989288A
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Kazuo Hiroi
広井 和男
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は微粉炭等の低品位燃料を燃焼させてその燃焼熱
を利用する燃焼装置の制御装置に関する。
(従来の技術) 一般に、産業用のボイラ、加熱炉等には、重油、天然ガ
ス等の比較的燃焼生成物の少ないクリーンな燃料が使用
されている。しかし、燃料の需給を長期展望すると、石
油資源の枯渇(有限性)、燃料のコスト・アップ等が予
想されるため、石炭とか、製造過程で発生する副生燃料
等を最大限に使用する例が多くなってきている。ところ
が、これらの燃料は低品位燃料と称され、燃焼生成物が
非常に多い、発熱量が変化する、燃料の移送遅れがある
等、産業利用上多くの問題を有している。
特に、微粉炭等の低品位燃料を燃焼させた場合には、排
ガス中に含まれる燃焼生成物が、ボイラ。
加熱炉等の被加熱管の表面に付着、堆積する。このため
、付着物の堆積と共に伝熱特性が変化し、制御対象の伝
熱特性の時定数が大きくなっていく。
第4図は、入熱量(燃焼量)をステップ状に変化させた
時の伝熱特性の変化を示したものである。
第3図において、Aが初期時の伝熱特性を示しており、
燃焼生成物の付着と共にA−B−Cと伝熱特性が変化し
ていく、すなわち伝熱特性の時定数Trが大きくなって
いくことになる。しかるに、従来のフィードフォワード
制御手段においては、伝熱時定数を含む制御対象の時定
数TPが初期状態で最適に調整され、かつ固定されてい
るために、制御対象の時定数TPの増大と共にフィード
フォワード制御手段のフィードフォワードモデルの進み
時間の最適値も大きくなっていかねばならないが、フィ
ードフォワードモデルの進み時間は初期値の小さいまま
固定されているために、フィードフォワード制御は燃焼
量の積分値の増大と共に最適点からだんだんずれてきて
、外乱抑制というフィードフォワード制御の効果が薄れ
ていき、負荷変化時の制御特性が次第に低下してしまう
ことになる。
(発明が解決しようとする課題) 以上のように従来では、燃焼装置の燃料として特に低品
位燃料を使用した場合に、燃焼装置の伝熱特性を考慮し
ていないことから、負荷変化に対してフィードフォワー
ド制御特性を常に最適に維持することができないという
問題があった。
本発明の目的は、燃焼装置の燃料として低品位燃料を使
用した場合でも、常に最適なフィードフォワード制御を
維持し、負荷変化に対して常に良好な制御特性を確保す
ることが可能な信頼性の高い燃焼制御装置を提供するこ
とにある。
[発明の構成コ (課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するために本発明では、燃料供給源か
ら供給される燃料を空気とともに燃焼させて被加熱流体
を加熱するようにした燃焼装置において、燃焼装置に関
係する制御量を検出する制?8量検出手段と、制御量検
出手段からの制御量とこの目標値との偏差を算出し、か
つ当該偏差が零となるように調節演算を行ないフィード
バック燃料流量指令信号を出力するフィードバック調節
手段と、燃焼装置の負荷量を検出する負荷量検出手段と
、負荷量検出手段からの負荷量に所定のフィードフォワ
ード制御ゲインを乗じ、フィードフォワード燃料流量指
令信号を出力するフィードフォワード制御手段と、燃焼
装置に供給される燃料の流量を検出する流量検出手段と
、フィードバック燃料流量指令信号およびフィードフォ
ワード燃料流量指令信号を加算合成して得られる燃料・
流量指令信号と、流量検出手段からの燃料流量検出信号
とが一致するように調節演算を行ない、この調節演算信
号を燃料操作手段に与えて燃料流量を調整する燃料流量
調節手段と、燃料流量またはこれに比例した信号を入力
し、その積算値を演算して出力する積分手段とを備え、
フィードフォワード制御手段における進み時間を積分手
段からの出力に応じて修正するか、またはフィードフォ
ワード制御手段を静特性補償部と動特性補償部とに分離
して、動特性補償部の出力信号の大きさを積分手段から
の出力に応じて修正するようにしている。
(作用) 従って、本発明では以上のような手段を備えたことによ
り、燃料流量またはこれに比例した信号の積算値に応じ
て、燃焼装置の伝熱特性変化を推定しながら、フィード
フォワード制御手段の進み時間、またはフィードフォワ
ード制御手段の動特性補償部の出力信号の大きさが自動
的に修正されることから、燃焼装置の燃料として低品位
燃料を使用した場合でも、燃焼装置の伝熱特性の変化に
追従して、常に最適なフィードフォワード制御特性を維
持することが可能となる。
(実施例) まず、本発明の考え方について説明する。
第3図は、フィードフォワード制御モデル式を求めるた
めのフィードフォワード/フィードバック制御系の構成
例を示すブロック図である。いま、制御対象P (s)
の特性が変化した場合に、フィードフォワード制御モデ
ルF (s)をどのように変えればよいかを考えてみる
。すなわち、目標値。
制御量、操作量、外乱、制御偏差、外乱伝達関数のラプ
ラス変換を、それぞれV(s) 、 X(s) 。
M(s) 、 D(s) 、  E(s) 、 Go 
(s)として、第3図の全体の応答式を求めると次式が
得られる。
・・・  (1) これらの式から、制御量X(s)を算出すると、X (
s) = (C(s)  ・P (s)  ・V (s
)1/fl+c(s)  ・P (s)1 +D(s)   fP(s)  ・F(s) −GD 
(s)1/il+c(s)  ・P (s)l  ・・
・(2)となる。ここで、外乱D (s)がどのように
変化しても制御mX(s)に影響を与えないためには、
P(s)  ・F(S)  GD (S) −0−(3
)が成立しなければならない。従って、(3)式よりフ
ィードフォワード制御モデルF (s)は、F (s)
 =GD(s) / P (s) )     −(4
)となる。ここで、制御対象および外乱の伝達関数を、
次式に示すように1次近似を行なうと、P (s) =
Kp / (1+Tp −5)   −(5)Go (
S) ”Ko / (1+To −5)  −(6)と
なる。そして、この(5)、(6)式を(4)式に代入
すると、フィードフォワード制御モデルF (s)とし
て、 F(s)−K ・ (1+TP −S)/(1+TD 
−5)となる。ここで、K−KD/KPであり、TP;
制御対象の時定数、TD:外乱の時定数、KP:制御対
象のゲイン、KDz外乱のゲインである。
さて、燃焼生成物が伝熱部に付着すると、第4図に示し
たように制御対象P (s)の特性が変化するが、P(
s) =Kp / (1+ (Tp ’ S) ] の
中で、制御対象のゲインKPは一定であり、制御対象の
時定数TPのみが大きくなっていく。そうすると、(7
)式におけるフィードフォワード制御モデルF (s)
の進み/遅れ要素の進み時間TPは、制御対象P (s
)の時定数TPと同じとなっているので、制御対象P 
(s)の時定数T、を推定して、フィードフォワード制
御モデルF (s)の進み時間とすれば、フィードフォ
ワード制御を常に良好な状態に保つことができ、負荷変
化に対して制御特性の低下を防止できることになる。
以下、上述のような考え方に基づく本発明の一実施例に
ついて図面を参照して説明する。
第1図は、本発明をボイラ燃焼制御装置に適用した場合
の構成例を示すブロック図である。第1図において、燃
焼装置であるボイラ1のバーナ11には、図示しない燃
料供給源から燃料輸送管2を介して微粉炭等の低品位の
燃料が供給されると共に、図示しない空気供給源から空
気輸送管3を介して空気が供給される。そして、このバ
ーナ1−1で燃料が空気とともに燃焼してボイラ1の蒸
発管1−2が加熱され、被加熱流体である水を加熱蒸発
させて蒸気が発生し、この蒸気は蒸気バイブ4を介して
図示しない負荷(需要家)側に供給される。
一方、燃焼装置に関係する制御量、すなわちボイラ1か
らの発生蒸気圧力を制御量検出手段である圧力検出器5
で検出し、これをフィードバック5!1節手段である圧
力調節手段6にフィードバック信号Poとして入力する
。圧力調節手段6では、圧力目標値Psと上記フィード
バック信号Poとを導入し、両者が一致するように調節
演算を行なってフィードバック燃料流量指令信号を得、
このフィードバック燃料流量指令信号を加算手段7に入
力する。また、燃焼装置の負荷量、すなわちメイン外乱
であるボイラ1からの発生蒸気流量を負荷量検出手段で
ある流量検出器8で検出し、これを開平演算手段9に入
力して線形化し、フィードフォワード制御モデル10に
フィードフォワード信号として入力する。そして、開平
手段9からの出力信号をフィードフォワード制御モデル
10のフィードフォワードゲイン手段10−1に入力し
て所定のフィードフォワード制御ゲインKを乗じ、また
進み/遅れ手段10−2に導入して進み/遅れ補償(動
特性補1を行なってフィードフォワード燃料流量指令信
号を得、このフィードフォワード燃料流量指令信号を加
算手段7に入力する。
さらに、加算手段7では、上記フィードバック燃料流量
指令信号とフィードフォワード燃料流量指令信号とを導
入し、両者を加算合成して燃料流量指令信号を得、この
燃料流量指令信号を燃料流量調節手段11に入力する。
一方、燃料輸送管2を通過する燃料の流量を流量検出器
12で検出し、この燃料流ffl検出信号f、を燃料流
ffi調節手段11に入力する。燃料流量調節手段11
では、上記燃料流量指令信号と燃料流量検出信号fFを
導入し、両者が一致するように調節演算を行なって調節
演算信号を得、この調節演算信号を燃料輸送管2上に設
けられた燃料操作端13に与えて、蒸気圧力が所定値と
なるように燃料流量を可変調整する。さらに、流量検出
器12からの燃料流量検出信号fFを積分手段14に入
力し、ここで所要の時点からの積算値(燃料流量の積算
値>ffPを演算し、これにより燃焼生成物の蒸発管1
−2等の加熱部への付着堆積量を推定して求めて伝熱時
定数を推定し、フィードフォワード制御モデル10の進
み/遅れ手段10−2における進み時間TPの設定値を
自動的に修正するようになっている。
以上の如く構成したボイラ燃焼制御装置においては、ボ
イラ1に供給される燃料流量の積算値を演算する積分手
段14からの積算値に応じて、フィードフォワード制御
モデル10の進み/遅れ手段10−2における進み時間
TPの設定値が自動的に修正されることにより、ボイラ
1の燃料として低品位燃料を使用した場合でも、制御対
象であるボイラ1の伝熱特性の変化に追従して、常に最
適なフィードフォワード制御を維持し、負荷変化に対し
て常に良好な制御特性を確保することができる。
すなわち、制御対象の伝達関数P(s)−Kp/(1+
(TP−8))と、外乱の伝達関数GD (S)−Ko
 / fl+ (To−3)l  と、フィードフォワ
ード制御モデルの伝達関数Fc(S)との関係は(7)
式に示したように、 F(s) =Go (s) /P(s)= (Ko /
Kp )   (1+Tp −S) /(1+TD−8
) となる。この式から、フィードフォワード制御モデル1
0の進み時間TPの設定値を、従来のように伝熱部がク
リーンな状態で伝熱時定数が小さい値に設定したままに
しておくと、ボイラ1の燃焼時間経過と共に伝熱面の汚
れにより伝熱時定数が大きくなっていくと、フィードフ
ォワード制御モデル10の進み時間が最適値からずれて
最適値よりも小さくなるので、制御ループはだんだん振
動的となり、ついにはハンチング状態になってしまう。
上式では、制御対象の時定数TPが変化すると、制御特
性を最適状態に維持するためには、フィードフォワード
制御モデル10の進み時間TPを制御対象の時定数TP
とすればよいことを示している。しかるに、本実施例の
ボイラ燃焼制御装置では、低品位の燃料流量の積算値を
演算する一燃焼生成物の伝熱面(蒸発管1−2等の加熱
部)への付着堆積量を推定する一伝熱時定数を推定する
一制御対象の時定数TPを推定するーフィードフォワー
ド制御モデル10の進み/遅れ手段10−2における進
み時間TPを修正するという過程を経て、フィードフォ
ワード制御モデル10の進み時間TPが自動的に修正さ
れることにより、フィードフォワード制御の最適状態が
維持されることになる。
上述したように、本実施例のボイラ燃焼制御装置では、
ボイラ1に供給される燃料流m f pの積算値、/’
fpを演算し、これにより燃焼生成物の蒸発管1−2等
の加熱部への付着堆積量を推定して求めて伝熱時定数を
推定し、フィードフォワード制御モデル10の進み/遅
れ手段10−2における進み時間TPを自動的に修正す
るようにしたので、ボイラ1の燃料として低品位の燃料
を使用した場合でも、常に最適なフィードフォワード制
御を維持し、負荷変化に対して常に良好な制御特性を確
保することがIJJ能となる。今後、石油資源の有限性
、エネルギーコストの高騰等から、必然的に燃焼生成物
の多いダーティな低品位燃料の使用が増加すると予測さ
れるが、本実施例を適用することによって制御特性を改
善して、品質の向上および省力化を図ることができ、も
って産業界の高度化1発展に大いに貢献することが期待
できるものである。
次に、本発明の他の実施例について説明する。
第2図は、本発明をボイラ燃焼制御装置に適用した場合
の他の構成例を示すブロック図であり、第1図と同一部
分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異
なる部分についてのみ述べる。本実施例は、フィードフ
ォワード制御モデル15を静特性補償部と動特性補償部
とに分離し、動特性補償部の出力信号の大きさを前記積
分手段14からの出力信号に応じて修正するようにした
ものである。
すなわち第2図において、速度形調節手段16では、圧
力目標値Psと蒸気圧力のフィードバック信号Poとを
導入し、両者が一致するように調節演算を行なって調節
演算出力信号を得、この調節演算出力信号を加算手段1
7に入力する。加算手段17では、上記調節演算出力信
号と、後述するフィードフォワード制御モデル15から
の静特性補償部の速度影信号ΔDnとを加算合成し、こ
の出力信号を速度形/位置形信号変換手段18に入力し
て速度影信号から位置形信号に変換し、さらにこの位置
形信号を加算手段19に導入してフィードフォワード制
御モデル15からの動特性補償分信号Ynと加算合成し
、この出力信号を前記燃料流量調節手段11に燃料流量
指令信号として入力する。
一方、フィードフォワード制御モデル15においては、
前記開平演算手段9からの出力信号をフィードフォワー
ドゲイン手段15−1に入力して所定のフィードフォワ
ード制御ゲインKを乗じた後、フィードフォワード制御
を静特性補償部と動特性補償部とに分離する。静特性補
償部では、フィードフォワードゲイン手段15−1から
の出力信号Dnを位置形/速度影信号変換手段15−2
に入力して、位置影信号から速度影信号ΔDnに変換す
る。また、動特性補償部では、フィードフォワードゲイ
ン手段15−1からの出力信号Dnを進み/遅れ手段1
5−3に導入し、進み/遅れ補償(動特性補償)を行な
ってその出力信号を減算手段15−4に入力し、減算手
段15−4ではこの出力信号より上記フィードフォワー
ドゲイン手段15−1からの出力信号Dnを減算して動
特性補償分信号XNを得る。さらに、前記積分手段14
の積算値(、/’fp)信号を開平演算手段20に入力
して、燃焼生成物の蒸発管1−2等の加熱部への付着堆
積量、および伝熱時定数の増加倍率knを推定して求め
る。そして、この増加倍率knを減算手段15−4から
の動特性補償分信号Xnに乗じて動特性補償分信号Yn
を得ることにより、制御対象の時定数T、の変化を自動
的に修正するようになっている。
以上の如く構成したボイラ燃焼制御装置においては、フ
ィードフォワード制御モデル15を静特性補償部と動特
性補償部とに分離しているが、制御対象の時定数TPが
変化した時には、動特性補償部のみを考えればよい。す
なわち第2図において、減算手段15−4からの出力信
号Xnは、Xn−1(1+TIfS)/(1+TD  
−3)−11XDn= (Tp  To)・S XDn
/(1+TD −3)・・ (8) となる。また、この(8)式をクリーンな時の式とし、
汚れてきた時の制御対象の時定数をTI)!、動特性補
償部をXnxとすると、 Xnx−(Tpx−To )・S XDn/(1+TD
 −3)となる。ここで、TP→Tpxと変化した時に
、Xnを何倍すればXnXが求められるかを求めてみる
kn −Xnx/Xn −(Tpx−To )/(Tp
 −To )=  (TI)X/ Tp  )    
(TD  / TP  )/ (1(T o  / T
 p  )l   ・・・  (10)ここで、Tpx
/Tp mx、TD/Tp mΔXとおくと(一般に、
Δx(1である) kn= (x−ΔX)/ (1−ΔX)λX+(x−1
)ΔX −(Tl)X/Tp)+1(Tp  Tp)/TplX
  (To  / Tp  )  ”1  (Tpx/
 Tp  )  −(11)となる。これら(10)、
  (11)式より、Xnx−kn  XXn  = 
 (Tpx/Tp )  やXn・・・ (12) が得られる。すなわち、制御対象の時定数がTP→Tp
xと変化した時には、(Tpx/Tp)を乗ずればよい
ことになる。従って、本実施例のような構成とすること
により、制御対象の時定数TPの変化に対応して、フィ
ードフォワード制御の動特性補償部を最適状態に維持す
ることができる。
尚、上記各実施例では、本発明をボイラ燃焼制御装置に
適用した場合について述べたが、これに限らず加熱炉燃
焼制御装置についても本発明を同様に適用できるもので
ある。
また、上記各実施例では、積分手段14の入力信号とし
て、ボイラ1に供給される燃料流量を検出する流量検出
器12からの検出信号としたが、これに限らすボイラの
場合には、燃焼装置の負荷量である蒸気流量を検出する
負荷検出手段である流量検出器8からの出力信号を積分
手段14の入力信号として伝熱時定数の変化を推定し、
また加熱炉の場合には、被加熱流体の流量を検出する流
i検出器からの出力信号を積分手段14の入力信号とし
て伝熱時定数の変化を推定することができる。
さらに、上記各実施例において、燃料として多種燃料を
混焼している場合には、積分手段14の入力信号として
、燃焼生成物が被加熱部の伝熱面に付着して伝熱特性に
大きな影響を与える低品位燃料の流量に比例した信号の
み(クリーン燃料流量信号を除いた)を入力して、伝熱
時定数の変化を推定するようにしてもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、燃料流;またはこ
れに比例した信号の積算値に応じて、燃焼装置の伝熱特
性変化を推定しながら、フィードフォワード制御手段の
進み時間、またはフィードフォワード制御手段の動特性
補償部の出力信号の大きさを自動的に修正するようにし
たので、燃焼装置の燃料として低品位燃料を使用した場
合でも、常に最適なフィードフォワード制御を維持し、
負荷変化に対して常に良好な制御特性を確保することが
可能な極めて信頼性の高い燃焼制御装置燃焼装置が提供
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明をボイラ燃焼制御装置に適用した場合の
一実施例を示すブロック図、第2図は本発明をボイラ燃
焼制御装置に適用した場合の他の実施例を示すブロック
図、第3図はフィードフォワード制御モデル式を求める
ためのフィードフォワード/フィードバック制御系の構
成例を示すブロック図、第4図は低品位燃料を使用した
時の制御対象の特性変化を示す図である。 1・・・ボイラ、1−1・・・バーナ、1−2・・・蒸
発管、2・・・燃料輸送管、3・・・空気輸送管、4・
・・蒸気バイブ、5・・・圧力検出器、6・・・圧力調
節手段、7・・・加算手段、8・・・流量検出器、9・
・・開平演算手段、10・・・フィードフォワード制御
モデル、10−1・・・フィードフォワードゲイン手段
、10−2・・・進み/遅れ手段、11・・・燃料流量
調節手段、12・・・流量検出器、13・・・燃料操作
端、14・・・積分手段、15・・・フィードフォワー
ド制御モデル、15−1・・・フィードフォワードゲイ
ン手段、15−2・・・位置形/速度影信号変換手段、
15−3・・・進み/遅れ手段、15−4・・・減算手
段、15−5・・・乗算手段、16・・・速度形調節手
段、17・・・加算手段、18・・・速度形/位置形信
号変換手段、19・・・加算手段、20・・・関数演算
手段。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 D(S) X(S) 第 図 第 図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)燃料供給源から供給される燃料を空気とともに燃
    焼させて被加熱流体を加熱するようにした燃焼装置にお
    いて、 前記燃焼装置に関係する制御量を検出する制御量検出手
    段と、 前記制御量検出手段からの制御量とこの目標値との偏差
    を算出し、かつ当該偏差が零となるように調節演算を行
    ないフィードバック燃料流量指令信号を出力するフィー
    ドバック調節手段と、前記燃焼装置の負荷量を検出する
    負荷量検出手段と、 前記負荷量検出手段からの負荷量に所定のフィードフォ
    ワード制御ゲインを乗じ、フィードフォワード燃料流量
    指令信号を出力するフィードフォワード制御手段と、 前記燃焼装置に供給される燃料の流量を検出する流量検
    出手段と、 前記フィードバック燃料流量指令信号およびフィードフ
    ォワード燃料流量指令信号を加算合成して得られる燃料
    流量指令信号と、前記流量検出手段からの燃料流量検出
    信号とが一致するように調節演算を行ない、この調節演
    算信号を燃料操作手段に与えて燃料流量を調整する燃料
    流量調節手段と、 前記燃料流量またはこれに比例した信号を入力し、その
    積算値を演算して出力する積分手段とを備え、 前記フィードフォワード制御手段における進み時間を、
    前記積分手段からの出力に応じて修正するようにした ことを特徴とする燃焼制御装置。
  2. (2)燃料供給源から供給される燃料を空気とともに燃
    焼させて被加熱流体を加熱するようにした燃焼装置にお
    いて、 前記燃焼装置に関係する制御量を検出する制御量検出手
    段と、 前記制御量検出手段からの制御量とこの目標値との偏差
    を算出し、かつ当該偏差が零となるように調節演算を行
    ないフィードバック燃料流量指令信号を出力するフィー
    ドバック調節手段と、前記燃焼装置の負荷量を検出する
    負荷量検出手段と、 前記負荷量検出手段からの負荷量に所定のフィードフォ
    ワード制御ゲインを乗じ、フィードフォワード燃料流量
    指令信号を出力するフィードフオワード制御手段と、 前記燃焼装置に供給される燃料の流量を検出する流量検
    出手段と、 前記フィードバック燃料流量指令信号およびフィードフ
    オワード燃料流量指令信号を加算合成して得られる燃料
    流量指令信号と、前記流量検出手段からの燃料流量検出
    信号とが一致するように調節演算を行ない、この調節演
    算信号を燃料操作手段に与えて燃料流量を調整する燃料
    流量調節手段と、 前記燃料流量またはこれに比例した信号を入力し、その
    積算値を演算して出力する積分手段とを備え、 前記フィードフォワード制御手段を静特性補償部と動特
    性補償部とに分離し、前記動特性補償部の出力信号の大
    きさを前記積分手段からの出力に応じて修正するように
    した ことを特徴とする燃焼制御装置。
JP15989288A 1988-06-28 1988-06-28 燃焼制御装置 Pending JPH028905A (ja)

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JP2009295963A (ja) * 2008-04-25 2009-12-17 Asml Netherlands Bv 位置制御システム、リソグラフィ装置、および可動オブジェクトの位置を制御する方法
WO2021075515A1 (ja) * 2019-10-17 2021-04-22 三菱パワー株式会社 コントローラの設定調整装置、設定調整方法およびプログラム

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