● 摘要
锅炉是重要的动力设备，广泛的应用于国民经济的各个领域。汽包水位是锅炉运行的一个重要监控参数，维持水位在一定的范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。锅炉汽包水位控制策略三冲量控制等多种传统方法，但是近年来随着锅炉容量和参数的提高，增加了汽包水位的控制难度，应用传统控制方法很难达到理想的控制效果。模型预测控制是从工业过程控制领域中发展起来的一类计算机控制算法，其基本原理是：可预测过程未来行为的动态模型，在线反复优化计算并滚动实施的控制作用和模型误差的反馈校正。预测控制由于具有控制效果好、鲁棒性强等优点，在工业过程中得到了许多成功应用。本文将预测控制控制算法应用到锅炉汽包水位控制过程。针对锅炉汽包水位对象的特点，将动态矩阵控制和广义预测控制应用到锅炉汽包水位控制系统中，将可测量干扰蒸汽流量作为前馈输入引入预测控制的预测模型中，使水位输出更加稳定。根据汽包水位对象的阶跃响应在一定时刻后为线性递增的性质，修改动态矩阵控制中初始预测值使其能更加准确的预测未来的汽包水位。为了快速消除给水流量扰动，采用了串级控制结构，由内回路给水流量的PID控制与外回路的预测控制构成。集散控制系统(DCS)是20世纪70年代末发展起来的以微处理器为基础的新型控制系统，具有控制功能强、操作简便和可靠性高等特点，DCS提供的软件组态平台可以方便的实现控制系统的设计，其强大的计算能力为设计者采用先进控制算法实现对复杂过程的控制提供了平台。本文基于DCS试验平台，针对锅炉汽包水位系统的实际需求，设计了控制系统，利用其提供的结构化文本语言(ST)与功能块图(FBD)相结合，实现了上述预测控制算法。并通过系统仿真验证了预测控制策略的有效性和汽包水位DCS控制系统的实用性、可靠性。