靜電除塵用電源的模糊預測控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明設及高壓靜電除塵技術(shù)領域，尤其設及一種靜電除塵用高頻高壓電源模糊 預測控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高壓靜電除塵技術(shù)處理粉塵的顆粒度范圍寬，壓力損失小，可處理高溫氣體。靜電 除塵的效率主要取決于塵粒的驅(qū)進速度，而驅(qū)進速度是隨荷電場強E和收塵場強化的提高 而增大的（對于單區(qū)靜電除塵器，E =化）。為了實現(xiàn)更高的除塵效率，要盡可能的提高電 場強度。場強與電暈電流有關(guān)，而電暈電流與極板電壓成正比。對靜電除塵器電場電壓的 控制基于對閃絡信號的判斷和處理。閃絡信號的準確判斷和妥善處理對靜電除塵器運行參 數(shù)及其除塵效率有著至關(guān)重要的影響。從電場的工作特性可知，欲使電場達到最高效率，希 望電場能有最大的電暈功率，就要求靜電除塵電源輸出的電壓能隨時逼近電場本身的擊穿 電壓曲線，越逼近擊穿電壓，控制水平越高。而一旦因各種擾動電場出現(xiàn)不可避免的閃絡和 拉弧引起的電流沖擊時，電源需要能夠及時通過降低或者停止輸出來抑制閃絡與焰弧，W 防損壞本體及電氣設備，節(jié)約不必要消耗的電能，但又要在介質(zhì)恢復時能夠迅速恢復正常 供電。因此，選擇有效的火花檢測方式和電源控制方式，是靜電除塵電源控制的關(guān)鍵。
[000引 目前，國內(nèi)高壓靜電除塵設備電源控制方式主要為傳統(tǒng)的PID控制（比例-積 分-微分控制），其基本思想是根據(jù)給定的電壓值和輸出電壓值的誤差，采用增量PID控制 方式計算出新的控制信號來改變主回路兩個可控娃的導通角，實現(xiàn)輸出電壓的調(diào)壓，達到 高壓靜電場最大平均電壓跟蹤、最佳火花率跟蹤或者臨界火花率跟蹤。然而在實際使用中 發(fā)現(xiàn)電源控制系統(tǒng)具有非線性、時變性及遲滯特性等特點，很難得到精準的數(shù)學模型，使得 傳統(tǒng)的PID控制器的控制參數(shù)難W選定，因而控制往往失效，無法達到最佳火花率的跟蹤。
[0004] 為了避免PID控制器的缺陷，目前靜電除塵的高頻電源控制開始引入模糊控制的 方法。例如中國專利申請?zhí)枮?00810126315. 5的專利文獻公開了一種靜電除塵系統(tǒng)穩(wěn)定 運行的模糊控制方法，在除塵器開機上電后，進入模糊控制階段，通過階梯升壓，尋找可W 讓系統(tǒng)不發(fā)生極板放電、閃絡的工作點，在找到工作點并運行一段時間后，進入穩(wěn)定運行階 段；在穩(wěn)定運行階段，如果煙塵工況變化，發(fā)生閃絡，系統(tǒng)會自動按比例降壓，使系統(tǒng)工作 在不發(fā)生閃絡放電的工作點，并且在穩(wěn)定運行一定時間后上調(diào)運行參數(shù)，使系統(tǒng)能運行在 穩(wěn)定運行階段的設定值，達到對于除塵系統(tǒng)的穩(wěn)定運行完全實現(xiàn)自動控制的效果。運種模 糊控制方法，在電源電壓開始升壓階段，二次電流值還很小，采集值精確度偏低，使得火花 產(chǎn)生后的電場快速恢復時間增加，存在不利于節(jié)約電能的問題，另外，在實際靜電除塵系統(tǒng) 中，由于設備老化等問題的存在，會出現(xiàn)設備參數(shù)改變、模型失配等情況，而單一模糊控制 器自適應能力有限，無法自行解決該問題，造成控制結(jié)果無法達到最優(yōu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種靜電除塵用高頻高壓電源的模糊預測控制系統(tǒng)及其 控制方法，克服因靜電除塵電源的非線性、時變性、遲滯性帶來的難w建立精確數(shù)學模型的 問題；同時，在靜電除塵工作過程中克服除塵器負載特有的煙塵工況變化引起的閃絡、除塵 效率低下等問題，保證除塵系統(tǒng)工作正常、工作電壓穩(wěn)定、除塵效果穩(wěn)定，并且控制器的設 計成本較低。
[0006] 本發(fā)明提出的靜電除塵用電源的模糊預測控制系統(tǒng)采用的技術(shù)方案是：該模糊預 測控制系統(tǒng)與靜電除塵用電源的主回路相連，包括模擬信號采集單元、主控單元、數(shù)字邏輯 單元和驅(qū)動單元，主控單元由T-S模糊控制器和預測控制器組成；模擬信號采集單元連接 于靜電除塵用電源主回路的除塵器等效網(wǎng)絡和高頻變壓器輸入端之間，采集除塵器等效網(wǎng) 絡端的二次電壓W及電源端的一次電流的模擬信號，模擬信號采集單元輸出端連接T-S模 糊控制器輸入端，T-S模糊控制器輸出端連接預測控制器輸入端，預測控制器輸出端連接數(shù) 字邏輯單元輸入端，數(shù)字邏輯單元輸出端連接控制驅(qū)動單元輸入端，驅(qū)動單元輸出端連接 主回路中的全橋逆變電路輸入端。
[0007] 主控單元與上位機監(jiān)控單元通過RS485通訊，上位機監(jiān)控單元包括有故障檢測裝 置，對主控單元實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與監(jiān)控；手操器是便攜式無線手操器，與上位機監(jiān)控單元實現(xiàn) 通信。
[0008] 本發(fā)明提出的靜電除塵用電源的模糊預測控制系統(tǒng)的控制方法采用的技術(shù)方案 是包括W下步驟：
[0009] A、模擬信號采集單元將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為電號，進行濾波等調(diào)理后輸出至 T-S模糊控制器，T-S模糊控制器根據(jù)調(diào)理后的信號先辨識出T-S模糊模型的前件和結(jié)論部 分，得到T-S模糊模型，再將T-S模型轉(zhuǎn)化為階躍響應模型，將階躍響應模型輸出至預測控 制器23作為預測模型；
[0010] B、預測控制器利用階躍響應模型作為預測模型，進行滾動優(yōu)化及反饋校正，輸出 控制信號至數(shù)字邏輯單元；
[0011] C、控制信號經(jīng)過數(shù)字邏輯單元后作為控制驅(qū)動單元的驅(qū)動信號，對電源進行模糊 預測控制。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點是：
[0013] 1、本發(fā)明引入T-S模糊控制與預測控制相結(jié)合的方法，利用T-S模糊控制器對采 集的二次電壓和一次電流進行系統(tǒng)辨識，輸出T-S模糊模型，解決了靜電除塵系統(tǒng)難W建 立數(shù)學模型的問題，并將T-S模糊模型輸出作為預測控制器的預測模型，使預測控制器對 精準的數(shù)學模型的依賴性降低，利用預測控制器在模型失配工況下良好的魯棒性。該預測 模型在運行中會不斷優(yōu)化，并隨硬件參數(shù)變化不斷更新，增強了控制器的自適應能力。
[0014] 2、本發(fā)明通過預測控制器綜合利用實時信息和模型信息，對目標函數(shù)不斷進行滾 動優(yōu)化，并根據(jù)事跡測得的對象輸出對靜電除塵用電源的輸出進行修正，實現(xiàn)預測控制，解 決了靜電除塵用高頻高壓電源系統(tǒng)遲滯性、非線性和時變性等問題，提高了系統(tǒng)的動態(tài)響 應速度，對除塵器負載具有良好的適應性，結(jié)合除塵器負載特性，利用閃絡發(fā)生時的一次電 流和二次電壓的急劇變化，及時判斷、處理閃絡工況，使得電源適用于多種工況。
[0015] 3、本發(fā)明采用基于數(shù)據(jù)的適應主元分析法對靜電除塵用電源系統(tǒng)的時變性進行 分析模型的自適應更新，實現(xiàn)了靜電除塵用電源系統(tǒng)運行過程中的故障實時檢測功能。
[0016] 4、本發(fā)明利用無線手操器來方便、快速、準確地在工業(yè)現(xiàn)場進行設備的數(shù)據(jù)采集 與參數(shù)設置，增加了現(xiàn)場設備的靈活性和可移動性，最終使電源系統(tǒng)的安全、高效運行得到 保證。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明靜電除塵用電源的模糊預測控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[001引 圖2是圖1中主控單元的結(jié)構(gòu)框圖；
[0019] 圖3是圖1中上位機監(jiān)控單元的結(jié)構(gòu)框圖；
[0020] 圖4是圖1中手操器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0021] 圖5是本發(fā)明靜電除塵用電源的模糊預測控制方法的流程圖。
[002引圖中：1、主回路；2、模糊預測控制系統(tǒng)；11、EMI濾波器；12、S相整流模塊；13、全 橋逆變電路；14、諧振電容組；15、高頻變壓器；16、高壓整流娃堆16 ;20、模擬信號采集單 元；21、主控單元；24、數(shù)字邏輯單元；25、驅(qū)動單元；26、iFIX上位機監(jiān)控單元；27、手操器； 28、故障檢測裝置。
【具體實施方式】
[0023] 參見圖1，本發(fā)明靜電除塵用電源的模糊預測控制系統(tǒng)2連接于靜電除塵用電源 系統(tǒng)的主回路1。靜電除塵用電源系統(tǒng)的主回路1包括依次連接的S相交流電源扣、V、 W) 10、EMI濾波器11、=相整流模塊12、全橋逆變電路13、諧振電容組14、高頻變壓器15 W 及高壓整流娃堆16。=相整流模塊12采用=相橋式整流方式。由諧振電容組14、高頻變 壓器15的等效漏感、分布電容共同組成串并聯(lián)諧振網(wǎng)絡。高頻變壓器15為高應比高頻升 壓變壓器。高壓整流娃堆16的輸出連接除塵器等效網(wǎng)絡17,高壓整流娃堆16采用橋板整 流方式為除塵器等效網(wǎng)絡17中的靜電除塵器提供工作電壓。
[0024] 模糊預測控制系統(tǒng)2由模擬信號采集單元20、主控單元21、數(shù)字邏輯單元24、驅(qū)動 單元25。iFIX上位機監(jiān)控單元26 W及手操器27組成。其中，主控單元21主要由T-S模 糊控制器22和預測控制器23組成，模擬信號采集單元20由電壓、電流互感器組成。模擬 信號采集單元20連接于除塵器等效網(wǎng)絡17和高頻變壓器15輸入端之間，用于采集除塵器 等效網(wǎng)絡17端的二次電壓W及電源端（即高頻變壓器輸入端15)的一次電流等電源參數(shù) 的模擬信號。模擬信號采集單元20的輸出端連接T-S模糊控制器22的輸入端，模擬信號 采集單元20將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為電信號，進行濾波等調(diào)理操作后輸出至T-S模糊控 制器22。將T-S模糊控制器22的輸出端連接預測控制器23的輸入端。T-S模糊控制器22 根據(jù)調(diào)理后的信號辨識出T-S模糊模型的前件和結(jié)論部分，得到T-S模糊模型，再將T-S模 型轉(zhuǎn)化為階躍響應模型，將階躍響應模型輸出至預測控制器23。預測控制器23利用階躍響 應模型作為預測模型，進行滾動優(yōu)化及反饋校正，輸出控制信號。預測控制器23的輸出端 連接數(shù)字邏輯單元24的輸入端，預測控制器23輸出控制信號至數(shù)字邏輯單元24。數(shù)字邏 輯單元