Система управления температурой пара после пароперегревательной установки с применением нечеткой логики для упреждающей компенсации возмущений

Рассмотрена задача регулирования температуры пара на выходе пароперегревательной установки при возмущающих воздействиях, связанных с резкими и значительными изменениями температуры входного пара. На примере пароперегревательной установки Магнитогорского металлургического комбината показано, что медленное реагирование на такие возмущения систем регулирования по отклонению приводит к нежелательным колебаниям температуры выходного пара. Выполнен обзор известных предложений в области регулирования температуры пара на выходе пароперегревательной установки и определены основные причины снижения качества регулирования, обусловленные наличием значительного запаздывания и непостоянством характеристик объекта управления, что затрудняет упреждающее управление по возмущению. Для управления в подобных условиях предложена система с двумя степенями свободы, комбинирующая пропорционально-интегральный регулятор и регулятор, основанный на нечеткой логике. В предложенной системе изменение управляемого параметра в зависимости от заданного значения регулируется в основном контуре со стандартным регулятором и отрицательной обратной связью, а возмущение устраняется с применением дополнительного контура, также с отрицательной обратной связью, регулятором на основе нечеткой логики и моделью объекта без компонента, учитывающего запаздывание. Для случая точной информации о свойствах объекта определены особенности взаимодействия контуров, при которых контур отработки задания не будет реагировать на возмущения по температуре входного пара, что обеспечивает возможность раздельной настройки регуляторов контуров. При этом влияние запаздывания на качество регулирования при возмущениях по температуре входного пара проявляется только в смещении во времени траектории переходного процесса на величину запаздывания, что соответствует идее предиктора Смита. Система ориентирована на синтез правил нечеткой логики и уточнение параметров используемой при регулировании модели на основе результатов автоматизированного компьютерного имитационнного моделирования управления. Предложена структурная модификация системы управления, позволяющая компенсировать остаточные ошибки регулирования, связанные с нелинейностью нечеткого регулятора, что уменьшает требования к числу параметров настройки, значения которых подбираются на основе затратного в вычислительном плане имитационного моделирования. Представлены результаты компьютерных вычислительных экспериментов по сравнению эффективности управления с использованием предложенной системы, а также системы с применением только стандартного регулятора. Компьютерное моделирование осуществлялось в среде MATLAB Simulink. Показано, что комбинированная система регулирования температуры пара имеет лучшие показатели качества.

1. Коньков Д. И., Захаркина С. В., Власенко О. М. Система эффективного автоматического регулирования температуры пара на выходе из котла // Вестник пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017. № 23. С. 159—166.

2. Kuzishchina V. F., Ismatkhodzhaevb S. K. Controlling the Superheated Steam Temperature during Buffer Consumption of Gaseous Production Waste through Adjusting the Injection and Flame Position // Thermal Engineering. 2020. Vol. 67. P. 43—51. DOI: 10.1134/S0040601520010048.

3. Нуртазин А. С. Разработка и модернизация автоматической системы управления температуры перегретого пара котла БКЗ-420-140-5 // Актуальные проблемы современности. 2016. № 4 (14). С. 155—158.

4. Журавлев А. А., Шит М. Л., Попонова О. Б., Шит Б. М., Зубатый А. Л. Система автоматического регулирования температуры перегретого пара барабанного котла // Проблемы региональной энергетики. 2006. № 1. С. 16—29.

5. Еремин Е. Л., Теличенко Д. А., Чепак Л. В. Дискретно-непрерывная система адаптивного управления температурным режимом пароперегревателя // Информатика и системы управления. 2004. № 1(7). С. 117—129.

6. Siddikov Isamidin Xakimovich, Bakhrieva Xurshida Askarxodjaevna. Designs Neuro-Fuzzy Models in Control Problems of a Steam Heater // Universal Journal of Electrical and Electronic Engineering. 2019. Vol. 6(5). P. 359—365. DOI: 10.13189/ujeee.2019.060506

7. Кулаков Г. Т., Горелышева М. Л. Исследование влияния относительной постоянной времени инерционного участка пароперегревателя на качество регулирования температуры перегретого пара за котлом в широком диапазоне изменения нагрузок // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2008. № 5. С. 53—60.

8. Karppanen E. Advanced control of an industrial circulating fluidized bed boiler using fuzzy logic. Oulu: Oulun Yliopisto, 2000.

9. Владыко А. Г. Разработка и исследование моделей систем управления параметрами котлоагрегата на основе математического аппарата теории нечетких множеств: дис канд. техн. наук: 05.13.18. Комсомольск-на Амуре, 2000.

10. Liangyu Ma, Wenjie Liu, Tingting Chen, Qianqian Li. Intelligent Compensation for the Set Values of PID Controllers to Improve Boiler Superheated Steam Temperature Control // Proceedings of the 39th Chinese Control Conference. 2020. P. 5707—5712.

11. Xiao Wu, Jiong Shen, Yiguo Li, Kwang Y. Lee. Fuzzy Modeling and Predictive Control of Power plant Steam Temperature System // IFAC-PapersOnLine. 2015. Vol. 48, N. 30. P. 397—402.

12. Рябчиков М. Ю., Рябчикова Е. С., Кокорин И. Д. Система стабилизации температуры в нагревательной печи с применением скользящего регулирования и нечеткой логики // Мехатроника, автоматизация, управление. 2020. Т. 21, № 3. С. 143—157. DOI: 10.17587/mau.21.143-157.

13. Meysam Gheisarnejad, Mohammad Hassan Khooban. Design an optimal fuzzy fractional proportional integral derivative controller with derivative filter for load frequency control in power systems // Transactions of the Institute of Measurement and Control. 2019. P. 1—19.

14. Рябчиков М. Ю., Парсункин Б. Н., Андреев С. М., Полько П. Г., Логунова О. С., Рябчикова Е. С., Головко Н. А. Нечеткое экстремальное управление процессом измельчения руды для обеспечения максимальной производительности // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2011. № 4 (36). С. 65—69.

15. Савин Д. В., Дроздов В. Г. Современный подход к системам автоматического управления отопления здания // Технические науки — от теории к практике. 2014. № 30. С. 51—56.

16. Хижняков Ю. Н. Нечеткое регулирование температуры теплоносителя // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2016. № 20. С. 5—12.

17. Штепа В. Н., Прокопеня О. Н., Кот Р. Е., Пуха В. М. Микропроцессорная система дозирования реагентов на основе нечеткой логики // Вестник Брестского государственного технического университета. Машиностроение. 2015.№ 4 (94). С. 60—64.