摘    要
    球磨機制粉系統是個多變量的系統，各個變量之間不僅存在著嚴重的偶合，而且一些變量還存在著很大的純遲延及時變性。如果球磨機制粉系統采用經典的PID控制，很難得到較好的控制效果。
    本文針對中儲式鋼球磨煤機制粉系統的多變量、強耦合、大慣性、非線性和時變性等特點，在對系統的動態特性進行了較為全面分析的基礎上，設計了基于BP神經網絡的球磨機解耦控制系統。仿真結果表明，文中提出的控制方法相比傳統控制方法有更好的控制品質，跟蹤快、魯棒性強、解耦好，較好地解決了球磨機系統的時變性、耦合性等問題。
關鍵詞：神經網絡，解耦，球磨機
第一章  緒論
1.1球磨機制粉系統控制現狀與發展
    中間倉儲式球磨機制粉系統廣泛應用于火力發電機組，是火電廠的重要大型輔助設備，也是耗電大戶之一，據統計，制粉系統的用電量占火電廠用電量的15-25%，是潛在的節能大戶之-，而長期以來，我國火電廠中間倉儲式制粉系統的自動控制一直是一項技術難題，由于系統的大時延、非線性、多變量、強耦合及時變特性，還有控制方式和磨內存煤量測量信號等存在的問題，使得設計安裝的自動控制系統一直未能投入運行。以往設計的控制系統大多是基于三套獨立的PID控制回路，對于各回路之間的耦合及大時延特性顯得無能為力。因此研究制粉系統的自動控制和優化運行，具有重要的實際意義。
    鋼球磨煤機是我國大中型燃煤電廠制粉系統中使用最多的磨煤設備，它具有運行可靠、維護簡單、對煤種適應性強和檢修費用低等優點，從目前發展情況來看，其應用范圍還在不斷擴大，但是它的缺點也很突出，即制粉電耗高和難以實現自動控制。
    中儲式磨煤機制粉系統是一個多變量、強耦合、大慣性和具有多種不確定性擾動的被控對象，其主要被控量是球磨機出口溫度、入口負壓、出入口壓差、磨煤機載煤量等，這些參量的影響是交織在一起的．使得球磨機制粉系統成為一個具有多變量耦合和模型時變等特性的控制對象，改變給煤、熱風、冷風和再循環風中的任何一個量，都會影響磨煤機的出口溫度、入口負壓、存煤量、通風量等，從而使得該系統的自動化較難以實現。
    以往的控制系統大多以單回路調節器為基礎，采用3套相互獨立的PID控制回路，強行將變量間的相互關系割裂，從而顧此失彼，不可能得到滿意的控制效果。此外，中儲式磨煤機制粉系統動態特性復雜，且動態特性隨時間而發生變化，這使得對象的數學模型難以準確獲得，這也是該系統難以實現自動化控制的原因之一。目前大多數電廠的制粉系統仍處于人為判斷和手工操作的原始狀態。手動操作時為了保證球磨機安全工作，防止堵煤跑粉等事故，球磨機經常處于料位偏低（低負荷）、風量偏大、經濟運行較差的“習慣運行區”，系統的制粉單耗較高。對鋼球添加量與鋼球大小配比、風量優化等缺乏合理的指導，故提高制粉系統的經濟性，是火電廠的一個重點節能挖潛之處。所以如何將現有的控制理論及方法應用于制粉系統，實現系統的自動控制，使之運行在最佳工況點足目前亟待解決的問題之一。
    實現中儲式球磨機制粉系統自動控制的目標是，充分考慮球磨機系統的非線性特性、強耦合特性以及大遲延大慣性特性，并充分考慮斷煤、堵煤和超溫等異常工況，進一步提高系統在大范圍內的可控性和適應性，采用領域相關知識優化系統的運行狀態，不僅使單耗最低，更要使制粉系統的總體效率最佳，達到整體上的優化，并且保證系統安全運行，構造具有實用價值的運行支援系統。實現鋼球磨煤機自動．化控制有如下意義：
    1)可保證鍋爐機組運行經濟可靠；
    2)可減輕操作人員的勞動強度；
    3)可使得球磨機運行于最佳工況，產生較好的社會和經濟效益。
    因此，本課題針對球磨機制粉系統難以實現自動控制的難題，提出智能控制的辦法來保證球磨機在安全運行的情況下，使磨出力達到最大，處于最佳經濟運行工況，并避免在制粉過程中的滿煤、跑粉等問題。
    由于中儲式球磨機制粉系統存在多變量強耦合，大時滯和模型時變的特性，造成了基于經典PID方法設計的控制方案多年來無法長期穩定的投入自動控制，影響了球磨機運行的安全性，使球磨機無法長期穩定運行在最佳經濟出力工況下，造成了廠用電的較大浪費。二十世紀六十年代末，國外大都采用模擬儀表進行磨煤機控制，而我國的鋼球磨煤機一直是采用手動控制方式，直到七十年代初期，我國開始設計了以給煤量控制壓差，以熱風量控制溫度，以再循環風量控制負壓的自動控制系統，以及另一種用給煤量控制溫度、用熱風控制負壓的方法。它們共同的問題是以單網路凋節器為基礎，對球磨機如此復雜的系統顯然達不到控制要求。三變量之間的嚴重耦合，加乏系統的非線性和時變性問題，這個時期的自動控制系統均不能投入運行，直到八十年代初期，國內丌始有人研究鋼球磨煤機制粉系統的動態特性，并把多變量解禍控制方法應用于制粉系統的分析中。進入九十年代，人們在消化引進國外制粉系統控制技術的同時，開始探索用新的方法來檢測磨煤機內的存煤量，而且控制方法也有了較大的進步。隨著先進控制理論和檢測手段以及計算機技術的發展，火電廠過程控制水平有了大幅度的提高，球磨機制粉系統這一較難控制的系統開始受到重視，并取得了一些理論和應用方面的研究成果。在充分考慮了球磨機制粉系統特點的基礎上，針對不同被控過程的具體特性，一批以多變量控制理論、模糊控制理論、神經網絡控制理論以及自適應優化理論為基礎的實用控制策略已被提出，如解耦控制、自尋優控制、模糊控制、預測控制和神經網絡控制等先進控制方法。
    (1)球磨機制粉系統的常規解耦控制
    球磨機制粉系統是一個嚴重耦合的三輸入三輸出多變量系統，在任何一個調節回路中，不管輸入和輸出之問如何配對三個回路之間均存在嚴重的耦合，因此需要進行多變量解禍。常規解禍控制方法可分為靜態解耦和動態解耦。靜態解耦方法適用于對象模型較精確，在靜態工作點附近線性度較好的情況下，它具有結構簡單、實現容易的特點，但鋼球磨煤機是一個復雜的被控對象，工作狀態極不穩定，所以靜態解禍不適用于鍘球磨煤機。動念解耦足在被控對象工作的全過程進行解耦，在一定的條件下有良好的解耦效果。解耦后的系統可按單回路的原則來整定PID制器的參數。動態解耦方法適用于能獲得鋼球磨煤機精確數學模型的條件下，并且它還限于磨煤機在動態工作點附近有良好的線性度情況下。對于鋼球磨煤機這樣一個多擾動、非線性的復雜系統，此方法還是具有較大的局限性。另外，為了使解耦網絡易于實現必須對系統做出相應的簡化，但這樣會造成系統模型的失真，當系統出現擾動時極易造成不穩定。所以常規解耦法不能從根本上解決磨煤機的控制問題。解耦控制的共同特點是用補償矩陣來消除各控制回路之間的影響，要實現完全解耦在理論上是可以通過補償來實現，但工程上應遵從簡單有效的原則，過于復雜的補償矩陣是無法實現的。
    (2)球磨機制粉系統的基于多變量頻域理論的INA設計方法
    INA法即逆奈氏陣列法是多變量頻域理論的重要內容之一，它具有對數學模型的精確性要求不高、物理概念清晰、易于工程實現等特點。INA法的關鍵在于求出被控對象的預補償矩陣，使對象的廣義傳遞函數具有對角優勢。基于INA方法設計的磨煤機控制方案不需要精確的數學模型，克服了系統易受擾動，穩定性差的毛病，使系統具有耦合小，魯棒性及故障穩定性強的特點，但INA法設計磨煤機控制系統需相應的CACSD軟件支持，而且系統設計復雜。
    (3)球磨機制粉系統的自尋優控制
    當制粉系統處于穩態工況時，常規的控制方式可以維持系統運行在給定料位下，但無法保證運行的經濟性。對于磨煤機系統來說，最佳料位不是一成不變的，鋼球的磨損、煤種的變化等都會使最佳料位產生漂移，因此控制系統應能夠實時自動跟蹤料位變化，在運行中不斷修正控制參數，使控制對象始終運行在最佳工作狀態。為提高球磨機的效率，工程技術人員提出了采用預估比較的動態步進搜索法，輸入信號不作連續變化，而是在起始狀態的基礎上作一個有限的變化，然后測量由于輸入信號的改變引起輸出量變化的大小和方向，等辨明方向后，再按需要的方向調節被控對象的輸入。
    利用給煤量的自適應優化控制，可以使制粉系統在安全運行的前提下，確保其處于或接近最佳工況，使制粉系統出力最大，系統制粉電耗最小，即通過改變給煤量來計算單耗，判斷單耗變化方向，再控制給煤量朝著單耗減小的方向變化。為了使給出的設定值能實時跟蹤球磨機的最佳工作點，在自尋優的過程中，需要給出一個振動信號變化的整定值AYo。如果檢測到的振動信號變化的變化值，說明這時球磨機的工作點在最大出力的左邊，因此應加大設定值R，反之應減小設定值R，重復幾次調整后可使系統穩定運行在最大出力點。自尋優的引入，使控制系統能自動跟蹤最大出力點的漂移，保證球磨機始終運行在最大出力點。
    但是球磨機單耗的計算沒有統一的算法，若以給煤機的給煤量近似表示球麼機負荷，并不能準確測得球磨機的實際出力，也無法正確計算出單耗，那么在線尋優也并非為最優，另外該方法調節動作頻繁不利于系統的穩定運行。自尋優控制的優（未完待續）
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