基于单神经元自适应PID的煤气混合解耦控制.doc

基于单神经元自适应PID的煤气混合解耦控制 第33卷第2期 2010年4月 辽宁科技大学 JournalofUniversityofScienceandTechnologyLiaoning V01.33NO.2 Apr.,2010 基于单神经元自适应PID的 煤气混合解耦控制 徐少川,王琳琳 (1.辽宁科技大学电子与信息工程学院,辽宁鞍山114051;2.鞍山技师学院.辽宁鞍山114001) 摘要:针对煤气混合加压过程中混合煤气压力和热值控制问题具有强耦合,非线性和较大时滞的特点,利 用单神经元自适应PID控制器具有参数自学习能力,提出一种单神经元自适应PID解耦控制方法.仿真结 果证明了设计方案比传统的控制方案具有较好的动态性能,验证该方法的可行性. 关键词:混合煤气;模糊控制;单神经元 中图分类号:TP183:TQ547.82文献标识码:A文章编号:1674—1048(2010)02—0145—04 高炉煤气与焦炉煤气的混合加压过程具有强耦合,非线性和较大时滞的特点,混合过程中的热值与 压力相互耦合和混合煤气热值检测反馈过程中时滞等问题,使得对煤气混合过程的控制异常复杂.目 前,国内煤气混合配比主要采用压力及热值双回路调节方法¨和智能解耦控制方法两种方法进行解 耦.压力及热值双回路调节方法通过被调量和调节量之间的适当匹配来消除系统的耦合,系统需要经 过一段时间震荡才能过渡到稳态,抑制扰动的能力不强.随着智能控制的发展,曹卫华等提出了智能 解耦控制策略HJ,控制效果较以前有较大改善,但模糊控制器在设计过程中过分依赖专家知识和经验, 并需要更多的参数调节,使用时有一定的局限性.本文在深入研究混合煤气加压技术的基础上,提出基 于单神经元自适应PID解耦控制方法,既能解决常规控制抑制扰动能力不足的缺点,又不过多依赖专 家的先验知识,控制参数具有自学习能力. 1煤气混合加压站数学模型 煤气混合加压站的简化工艺流程如图1所示.高炉管道和焦炉管道各有两道蝶阀,其中,PV101 和PV103两道蝶阀主要控制支管煤气压力,PV102控制混合煤气压力,PV104控制混合煤气热值.分 析时,假定支管煤气压力稳定,只是考虑煤气混合加压过程.如图2所示,高炉煤气和焦炉煤气经两路 混合到总管线,压力为P,,混合煤气经初冷气和鼓风机后供给用户,负荷压力为P. 图1混合煤气加压站工艺流程 Fig.1Procexsflowofmixinggasincompressorstation 定义气体压力对流量的变化率为对象的阻力系数 收稿日期:2010一叭一07. 作者简介:徐少川(1973一),男,河北石家庄人,讲师. 岛炉煤eP 焦炉煤t2蝶阀 图2加压站模型建立示意 Fig.2Modelestablishmentofcompressorstation ? 146?辽宁科技大学第33卷 r) dp , 式中:P为压力,Q为流量. 气体具有可压缩性,当压力发生变化时,会产生类似电容储存或释放能量的效应,定义容量系数为 d L?—dP— ; 式中:P为压力,为气体体积. 根据物料平衡关系,建立压力系统的动态平衡方程式,经拉氏变换,有 P3(s)=[_LipI(S)+击P2(s)+击P4(s)](3) 式中:P～P分别为高炉煤气出口压力,焦炉煤气出口压力,混合煤气压力和外送压力;C～C3分别 为高炉煤气,焦炉煤气和混合煤气管道的容量系数;R～R,分别为高炉煤气,焦炉煤气和混合煤气管 道的阻力系数. 混合煤气加压站的热值静态模型为 R=(4) Q=Q.+Qf(5) 式中:尺,R.和尺分别为高炉煤气,焦炉煤气和混合煤气的热值;Q,Q.和Q分别为高炉煤气出口 流量,焦炉煤气出口流量和混合煤气流量. 2热值和压力解耦串级控制器 一 般煤气加压站控制系统存在2个问题:(1)系统热值是通过焦炉煤气量占混合煤气量的比例进 行调节,调节压力时,先调高炉煤气流量将混合压力调上去,因焦炉煤气流量随混合煤气压力(混合煤气 流量)改变而改变,混合煤气压力改变时,高炉煤气流量先行改变,焦炉煤气流量滞后变化,必然引起系 统热值的波动.(2)热值调节只调节焦炉煤气流量,焦炉煤气流量的变化必然造成混合压力的变化,即 热值调节过程干扰混合压力的稳定.控制系统要实现压力热值稳定难度较大. 焦炉煤气流量串级控制方案通过热值仪检测出实时热值,对热值进行Pl控制;计算出实际热值与 设定热值的偏差,焦炉煤气流量继续进行比率自动控制,但是将设定热值与实际热值的偏差在焦炉煤气 控制中补偿;通过补偿调节出的混合煤气热值比单纯比率自动调节出的热值准确.由于热值仪的滞后 性比较大,检测出的实时热值可能是几分钟以前的热值.流量控制原理如图3所示. 串级控制公式 MlFl+M2F2=MF(6) F1+F27----F(7)