文摘

在石灰石-石膏湿法烟气脱硫过程中,泥浆的pH值的变化过程吸收塔是一个典型的非线性系统的时间延迟和各种不确定因素,因此很难建立一个精确的数学模型,泥浆pH值控制过程。根据pH值控制过程的湿法烟气脱硫过程的泥浆,一个模范自由基于紧凑结构的自适应控制算法动态线性化(CFDL-MFAC)是为了实现跟踪控制pH值的泥浆。pH值控制过程中,由于各种干扰因素的吸收塔浆,很容易导致跳甚至控制系统参数和结构的变化。因此,一个模范自由基于切换策略的自适应控制算法。根据不同的工作条件,并建立了模范自由自适应控制器。算法的稳定性分析固定两种情况下的系统参数和系统参数。发现模范自由自适应控制器基于切换策略可以切换多个控制器系统参数条件下的跳,从而实现快速跟踪控制系统的泥浆pH值在不同工作条件下吸收塔。通过这种方法,可以减少过度和质量控制可以改善。

1。介绍

二氧化硫是主要的空气污染物之一。二氧化硫造成的污染不仅对经济有很大的影响,而且还对人体健康有很大的威胁。近年来,中国排放的二氧化硫一直很高。超过55%的二氧化硫来自燃煤电厂煤炭燃烧。中国日益增长的电力需求导致煤炭消费的持续增长,导致燃煤二氧化硫排放量的增加。因此,减少二氧化硫排放燃煤发电厂将改善大气环境质量。目前,石灰石-石膏湿法烟气脱硫(WFGD)过程(1,2)是最广泛应用于火力发电厂脱硫系统。在这个过程中,吸收塔浆的pH值是一个关键因素,直接影响烟气中二氧化硫的吸收效率和最终产品的质量(石膏)3,4]。大多数脱硫项目的操作经验表明,其他参数基本稳定的条件下,增加了pH值可以在很大程度上提高脱硫效率,但如果高pH值维持很长一段时间,石膏的质量会减少。另一方面,低pH值将抑制二氧化硫的吸收。因此,它具有重要意义准确地控制吸收塔的pH值在WFGD过程中泥浆。

目前,常用的方法控制燃煤电厂的泥浆pH值手动控制和PID控制。手动控制要求电厂员工有良好的工作经验,和浆阀门开度的控制要求很高,所以大pH值波动容易造成控制过程。虽然已改进PID控制的自动化水平泥浆pH值控制在某种程度上,等复杂控制对象吸收塔的泥浆pH值,使用PID控制时,控制器的参数难以调整,和适应能力很差。近年来,许多专家和学者使用先进的控制方法来研究pH值控制在WFGD过程中吸收塔浆。在[5),内模控制算法被引入的pH值控制通过分析控制过程吸收塔的泥浆pH值在当前WFGD过程,提高了控制精度的泥浆pH值和实时应变能力。在[6),针对现有的单回路控制系统的缺陷泥浆pH值在吸收塔和复合控制系统常用的在当前脱硫项目,cascade-given摩尔的差异提出了控制方案。控制器的参数优化的粒子群优化算法。最后,取得了良好的控制效果。pH值的变化过程在吸收塔浆很复杂,很难达到理想的控制效果,采用传统的PID控制。场调整的过程中,控制参数通常是手动调整。为了克服这些缺点,RBF-PID控制器设计(7)在线调整PID控制器的三个参数,解决了这个问题,吸收塔浆的pH值控制精度不高,由于参数设置困难和糟糕的传统PID控制器的自适应能力。在分析的过程中泥浆pH值控制在吸收塔,一个基于改进的RBF神经网络内模控制,提出了控制pH值在[8]。仿真结果表明,该方案具有良好的控制性能和泥浆pH值控制脱硫系统自适应能力。传统方法以泥浆的pH值作为反馈信号调整泥浆喂食,但无法获得泥浆的动态特性,因此,控制效果不好。在[9),pH值的控制方法在火力发电厂脱硫浆基于模糊算法。根据模糊控制器的原理,该方案结合了模糊控制器和PI控制器实现高精度控制脱硫液的PH值。在[10),为了实现准确控制pH值的泥浆在吸收塔脱硫过程和解决问题的速度慢,精度低,容易陷入局部最小值的BP神经网络PID控制在湿法烟气脱硫系统中,混沌模拟退火粒子群算法用于优化神经网络的权重和阈值,和良好的控制效果。在[11),一个配置预测控制方法提出了简化算法和函数拟合。在该算法的基础上,通过DCS配置泥浆pH值控制系统设计。控制效果明显优于当前主流的串级PID控制方法,和pH值的调整精度显著提高。

研究虽然取得了一些成就的pH值控制吸收塔浆在WFGD过程中,泥浆pH值的变化过程在吸收塔非线性的特点,时变、大滞后,所以建立其精确的数学模型是不可能的。的过程中pH值控制吸收塔浆,将生成大量的过程数据每一刻。对于这样一个系统,模范自由自适应控制(MFAC) [12- - - - - -15)是一种有效的控制方案。在这种方法中,pseudo-partial-derivative的概念(产后抑郁症)介绍,和非线性系统线性化是通过使用受控系统的输入和输出数据。然后设计加权一步向前控制器实现数据驱动的模范自由非线性系统的自适应控制。整个过程不需要建立系统的过程模型。模范自由自适应控制具有少量的计算,控制器结构简单,容易实现在实际系统。它已广泛应用于自动控制领域(16- - - - - -20.)等化学过程、航天器和可替换主体控制。摘要模范自由自适应控制方案应用于过程控制泥浆pH值的吸收塔,和CFDL-MFAC控制器是专为泥浆pH值控制过程。泥浆pH值控制,过程中有很多障碍,会导致控制系统参数的跳跃变化,甚至结构。的共同因素,可能导致参数跳pH值控制系统包括燃煤锅炉学位,煤的硫含量的变化,和发电机组负荷的变化。为了解决这个问题,一个模范自由基于切换策略的自适应控制算法。模范自由的仿真结果表明,自适应控制器基于切换策略可以切换多个控制器根据不同的工作条件,有效地减少超调,并迅速实现跟踪控制泥浆pH值的吸收塔。

本文组织如下。节2WFGD过程和汉默斯坦模型,泥浆pH值控制系统制定。节3,CFDL-MFAC控制器和CFDL-MFAC控制器基于切换策略,分别分析了算法的收敛性。节4,模范自由的有效性基于切换策略的自适应控制算法由MATLAB仿真验证。最后,给出了结论部分5。

2。pH值控制在WFGD过程的分析

2.1。WFGD过程

作为使用最广泛的脱硫技术,WFGD流程如图1。烟气脱硫主要由石灰浆制备系统、烟气换热系统、吸收塔脱硫系统、石膏脱水系统,污水处理系统,等。首先,石灰和水混合,搅拌石灰浆制备系统脱硫浆做准备。准备泥浆通过阀门和管道进入吸收塔的底部。原始的烟气排放来自锅炉热交换器通过引风机和增压风机降温,以保护塔的各种设施。原始的烟气冷却处理后进入吸收塔,从塔的底部流向塔顶。与此同时,从喷雾脱硫浆喷层的顶部吸收塔循环泵的作用下。原始的烟气和脱硫浆的液滴充分接触引起化学反应,和亚硫酸钙形成后的反应。在整个反应过程中,氧化风机不断吹空气进入吸收塔,和亚硫酸钙氧化为硫酸钙的空气中的氧气。硫酸钙变得湿石膏结晶后,湿石膏脱水成为固体石膏用于建筑材料。脱硫烟气首先通过顶部的吸收塔除雾器除去水分。 Then the dried flue gas is heated to 85°C through a heat exchanger and discharged into the atmosphere through the flue and chimney.

2.2。汉默斯坦泥浆pH值控制系统的模型

泥浆的pH值在吸收塔不仅是一个关键因素影响脱硫效率,而且石灰石利用率和石膏的纯洁性。泥浆的pH值通常是保持在5.0和6.0之间。在脱硫过程中,pH值的控制是通过控制实现的石灰石泥浆,和石灰石泥浆流的大小由泥浆阀的控制,所以pH值的控制泥浆可以视为石灰石浆液阀门开度的控制。摘要泥浆pH值控制过程以石灰石浆液阀门开度为控制输入和泥浆pH值作为系统输出。

汉默斯坦模型(21的泥浆pH值控制系统如下: 在哪里系统输出,表示吸收塔浆的pH值;是系统的输入,它表示的石灰石泥浆阀;和是非线性的输出部分,它也是线性系统的输入。作为中间变量,无法衡量。方程(1),这是一个典型的汉默斯坦模型,包含一个非线性多项式和一个离散传递函数。

3所示。控制器设计和算法稳定性分析

3.1。CFDL-MAFC控制器的设计

假设泥浆pH值的离散非线性投入产出系统控制过程如下: 在哪里 控制系统的输出在哪里时间; 控制系统的输入吗时间;是系统的输出顺序;和是输入系统的订单。

假设1。在系统(2),的偏导数关于是连续的。

假设2。系统(2)满足广义李普希兹条件;也就是说,对于任何时间 和 ,以下可以获得不平等: 在哪里 是一个常数。
从实用的角度来看,上述假设的控制对象是合理的和可接受的。假设1是一个典型的约束条件一般非线性系统的控制系统设计。假设2是一个上限的限制系统输入和输出的变化率。从能源的角度来看,有界浆阀门开度的变化只能导致系统中有限泥浆pH值的变化。

定理1。非线性系统(2)满足的假设1和假设2,当 ,必须有一个偏导数(产后抑郁症) ,所以系统(2)可以转化为下面的紧凑格式动态线性化(CFDL)数据模型: 在哪里 是两个相邻时刻的输入变化; 是两个相邻时刻的输出变化;和是一个时变参数和有限的时间吗 。

根据定理1,当非线性系统(2)满足的假设1和假设2,它满足条件 对所有时间,其CFDL数据模型可以表示为

如果两个相邻时刻的控制增量太大,系统的输入会急剧变化,和致动器的负担将增加。因此,以下控制输入条件的功能被认为是: 在哪里 是加权因子,用于限制控制输入的变化,然后呢 是系统的期望输出。

用模型(4)进入准则函数(6),发现的偏导数 ,并使其偏导数0,我们可以得到的加权一步控制器系统: 在哪里 是一步的因素。

它可以从控制器(7),CFDL-MFAC算法的实现依赖于产后抑郁症 。 是一个未知时变参数,因此有必要使用泥浆pH值控制系统的输入和输出数据实时估计。以下评估准则函数被认为是: 在哪里 是一步的因素。

极值的计算(8)的估计算法可以得到如下: 在哪里 因素和步吗产后抑郁症的估计价值吗 。

泥浆pH值控制是一个时变系统。为了使估计算法(9产后抑郁症的泥浆pH值控制系统的跟踪时变参数,下面的产后抑郁症重置算法介绍:

如果 , ,或 , 复位为 在哪里是一个足够小的正数。

方程(7),(9)和(10)构成的CFDL-MFAC算法泥浆pH值控制系统。

3.2。CFDL-MFAC算法的稳定性分析

假设3。对于一个给定的预期输出信号有界 ,总有一个有界的 ,这系统是由控制输入信号,其输出等于 。

假设4。对于任何时间和 ,产后抑郁症不变的符号系统;也就是说, 或 ,在哪里是一个小的正数。

定理2。非线性系统(2)条件下,假设1,假设2,假设3,假设4感到满意,当 采用CFDL-MFAC方案,总有一个正数 这样,当 ,得到了以下结论:(1)系统的输出跟踪误差收敛单调,和 很满意(2)闭环系统有界输入bounded-output (BIBO)稳定;也就是说,输出序列和输入序列是有界的

证明。如果条件 , ,或 是满意,显然是有界的。
在其他情况下,我们定义 产后抑郁症估计误差和减去两边的参数估计算法(9)获得 两岸的绝对值(11),我们得到 它是指出函数 是单调递增的变量 ,和它的最小值 。当 和 ,必须有令人满意的 根据结论 在定理1, 可以获得。使用(12)和(13),我们有以下不平等: 方程(14)意味着是有界的,因为是有界的,是有界的。
系统跟踪误差被定义为 用CFDL数据模型(5)(15)和两边的绝对值(15),我们得到 从假设4和重置算法(10),我们知道 。
采取 根据不平等 ,的条件 的假设4,条件 重置算法,和有界性证明了这个定理的第一步,我们知道如果 被选中时,必须有一个常数 ,它让以下公式把握: 在哪里是一个常数满足的结论 的定理1。
根据(17), ,和 ,必须有一个常数 这样,下面的公式是: 结合(16)和(18),我们有 公式(19)意味着结论(2)的定理2成立。
自是常数,输出跟踪误差的收敛吗意味着是有界的。
使用的不平等 和 ,下面的公式是获得(7): 在哪里 是一个有界的常数。
使用(19)和(20.),我们得到 因此,结论(2)的定理2是证明。

3.3。CFDL-MAFC控制器基于切换策略的设计

吸收塔浆的pH值控制过程是一个复杂的对象具有非线性、时变参数和许多不确定性。在这篇文章中,我们主要考虑如何提高泥浆pH值控制系统的控制效果,当吸收塔浆pH值控制系统的参数变化在不同的工作条件。针对时变的特征参数的泥浆pH值控制系统,我们认为跳跃变化参数的时变参数的一个特例。多模范自由自适应控制器的设计是为了覆盖所有跳参数根据不同的工作条件,提高泥浆pH值控制系统的控制精度的参数的变化。(1)根据系统的输入和输出数据在不同工作条件下,吸收塔浆pH值控制系统数学模型的建立。泥浆pH值控制系统的模型在不同工作条件如下: 在哪里表示系统模型,它可以写成 (2)建立了相应的模范自由自适应控制器根据不同工作条件的吸收塔的泥浆pH值控制过程: 在哪里是

如果 或 , 复位为 (3)建立指标切换函数: 在哪里 , 是理想的输出系统和的输出是什么我th模型;和是瞬时误差和累积误差的加权系数,分别;和是遗忘的因素。

的转换步骤CFDL-MAFC控制器基于切换策略如下:(1)根据不同的工作条件,建立了相应的模型和相应的模范自由自适应控制器,和索引建立开关函数。(2)在每个采样时间之前,选择最好的模型描述当前工作条件根据系统指标切换函数;即。,model是最优模型。被定义为 (3)在下一个采样时间,系统控制器切换到最优CFDL-MAFC控制器基于模型 。

3.4。基于切换CFDL-MAFC算法策略的稳定性分析

引理1。(见[22])。为 的特征值 , ,如果 ,下面的不平等可以保证: 在哪里是一个积极的常数和 。

证明。一个任意的积极 ,有一个兼容的标准满足 由于 ,我们可以让满足 ,,让 ;然后, 从功能分析,满足规范兼容 在哪里是一个正数由2-norm和之间的关系是什么 - - - - - -规范。
因此 这就完成了证明。

定理3。非线性系统(2)条件下,假设1,假设2,假设3,假设4感到满意,当 采用CFDL-MFAC方案,总有一个正数 这样,当 ,得到了以下结论:(1)系统的输出跟踪误差收敛单调,和 是满意的。(2)闭环系统有界输入bounded-output (BIBO)稳定;也就是说,输出序列和输入序列是有界的。(3)系统参数变化跳有限数量的值。

证明。定理的证明3类似于定理吗1。
假设,过程中pH值控制吸收塔浆,系统参数的变化在有限数量的值,我们可以写(19), 在哪里 。
从引理1,我们有 用(35)(34),我们得到 根据引理1,我们可以很容易知道 是一个积极的常数。如果是一种有限的价值, 是一个有界正的常数。因此,当 ,我们可以获得 ;然后, 。结论(1)和(3)定理的结论3是证明。结论(2)定理的证明方法3定理和结论(2)2都是一样的,他们将不会重复。

4所示。仿真研究与分析

4.1。仿真结果的泥浆pH值控制系统固定参数

汉默斯坦的参数模型的pH值控制系统吸收塔浆如下:

系统的期望输出值如下:

使用CFDL-MFAC MATLAB仿真的算法,我们设置仿真参数

仿真结果如图2和3。图2显示了泥浆pH值的跟踪控制曲线的过程中pH值控制吸收塔浆。从图可以看出,实际产出pH值的泥浆可以跟踪期望输出pH值,和较高的控制精度。图3显示跟踪误差曲线的实际输出的泥浆pH值的预期输出跟踪过程中pH值。可以看出,pH值的跟踪误差在整个跟踪过程几乎是零,除了预期的输出时pH值的变化。这表明CFDL-MFAC泥浆pH值控制算法的有效性。

4.2。仿真结果跳的泥浆pH值控制系统参数

部分的仿真结果4.1得到的条件下泥浆pH值控制系统的参数是固定的。在本节中,仿真分析进行了泥浆pH值控制系统与跳跃参数。假设模型参数泥浆pH值的控制系统在控制过程中跳跃,和跳跃参数如下:

在建模过程中,我们得到的模型参数往往是不准确的。我们随机取数的估计在模拟的真实价值。给出三个估计的参数值 ,对应于模型1、模型2和模型3。与跳跃参数对于系统,我们使用CFDL-MAFC控制算法和CFDL-MAFC控制算法基于切换策略进行仿真分析。

4.2.1。准备CFDL-MFAC算法

当系统参数跳在泥浆pH值控制,使用CFDL-MFAC算法仿真结果如图4和5。图4显示跟踪控制曲线的泥浆pH值条件下的系统参数跳。从图可以看出,由于系统参数的跳在600年代和1300年代采样时候,泥浆pH值的控制作用在这两个时刻差,有一个大的超调,不能满足控制要求。图5显示的跟踪误差曲线泥浆pH值条件下的系统参数跳。从曲线可以看出,pH值跟踪误差大的600年代和1300年代后一段时间内的采样时间,超出了合理的范围内的泥浆pH值的监管。

4.2.2。基于切换CFDL-MFAC算法策略

跳跃参数系统,CFDL-MFAC算法基于切换策略的仿真结果数据所示6- - - - - -8。从图可以看出8,当系统参数跳,CFDL-MFAC算法基于切换策略可以切换到最优CFDL-MFAC控制器在下次采样时间根据索引切换功能。例如,参数从1.586−−1.645第600采样时间,从控制器1控制器和系统开关2下一个采样时间。通过这种控制策略,系统的输出pH值达到一个好的跟踪期望值的影响,以及跟踪误差控制在一个合理的范围内。跟踪效果和跟踪误差数据所示6和7。与CFDL-MFAC算法相比,基于切换CFDL-MFAC算法策略可以有效降低系统参数跳时超调,改善控制效果。

5。结论

针对的pH值控制在石灰石-石膏湿法烟气脱硫吸收塔浆,一个模范自由自适应控制算法本文和CFDL-MFAC控制器是根据泥浆pH值控制设计过程。泥浆pH值是一个复杂的控制对象的非线性特点,大惯性、滞后、时变、等,以及系统参数跳容易由于外部干扰的过程中pH值控制,所以一个模范自由提出了基于切换策略的自适应控制算法。从理论上证明了算法的收敛性。模范自由的仿真结果表明,基于切换策略的自适应控制算法可以处理跳的系统参数的过程中泥浆pH值控制。与CFDL-MFAC算法相比,它可以有效地减少超调,提高控制pH值的影响。

数据可用性

使用的实验数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金(61873006和61873006)和国家重点研究和开发项目(2018 yfc1602704和2018 yfb1702704)。