本發(fā)明涉及一種智能控制系統(tǒng)，尤其涉及一種生物質(zhì)氣化爐智能控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國生物質(zhì)能資源（如稻殼、秸稈、薪柴）十分豐富，但這些資源硅含量高，不易被細(xì)菌分解，且堆積密度小，廢棄后將破壞環(huán)境。生物質(zhì)氣化爐外形與傳統(tǒng)的煤球爐相比，其特別之處是多了一根長管子，原理是以茅草、秸稈、樹葉、廢菌棒等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和自然生長的可再生資源和農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物為原料，在缺氧、高溫條件下，通過發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)將原料熱裂解生成可燃性混合氣體并產(chǎn)生熱量。

生物質(zhì)氣化過程是一類具有非線性、時變及強(qiáng)耦合的復(fù)雜工業(yè)過程，如果僅僅采用經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論，難以達(dá)到理想的控制效果。隨著工業(yè)技術(shù)和過程控制技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)過程越加復(fù)雜，控制的目標(biāo)越來越多樣化，控制精度的需求也越來越高，智能優(yōu)化的控制思想的提出極大地滿足了這些需求，并在很多工業(yè)過程控制中實(shí)施應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的效果。如果將這一思想應(yīng)用于生物質(zhì)氣化過程，利用智能集成控制方法可以綜合多種智能控制策略的優(yōu)點(diǎn)，較好地把握生物質(zhì)氣化爐氣化過程的本質(zhì)規(guī)律，提高控制精度，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了將智能優(yōu)化的思想應(yīng)用于生物質(zhì)氣化過程，從而達(dá)到更好的控制效果，設(shè)計了一種生物質(zhì)氣化爐智能控制系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：生物質(zhì)氣化爐智能控制系統(tǒng)由下吸式固定床氣化爐、溫度控制環(huán)、含氧量控制環(huán)、等部分構(gòu)成。生物質(zhì)氣化爐系統(tǒng)控制所要解決的問題主要在于如何將爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在最佳區(qū)間及怎樣降低最終可燃?xì)怏w的含氧量。為穩(wěn)定氣化爐爐頂溫度和降低出口處可燃?xì)怏w的含氧量，本文選取雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，對生物質(zhì)燃料與一次風(fēng)的投放量分別進(jìn)行控制。

所述的氣化爐是進(jìn)行生物質(zhì)氣化過程的技術(shù)設(shè)備，在氣化爐中，生物質(zhì)完成了氣化反應(yīng)過程并轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)燃?xì)?，氣化過程主要受到空氣當(dāng)量比和氣化反應(yīng)溫度的影響。本文研究的是下吸式固定床氣化爐。

所述的溫度控制環(huán)采用主、副控制結(jié)構(gòu)，采用BP預(yù)測方法建立物料和溫度的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。主控制器根據(jù)當(dāng)前溫度和溫度設(shè)定值，預(yù)測最優(yōu)的生物質(zhì)物料添加量；副控制PID根據(jù)該添加量，對上料機(jī)構(gòu)的送料速度進(jìn)行跟隨控制，達(dá)到精確上料和穩(wěn)定爐溫的目的。

所述的含氧量控制環(huán)的主控制器采用免疫PID控制，它能根據(jù)爐內(nèi)含氧量偏差和爐溫偏差推算出鼓風(fēng)機(jī)的最優(yōu)轉(zhuǎn)速；副控制PID則根據(jù)推算出的最優(yōu)轉(zhuǎn)速對鼓風(fēng)機(jī)速度進(jìn)行跟隨控制，確保鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

本發(fā)明的有益效果是：仿真實(shí)驗(yàn)證明：生物質(zhì)氣化爐智能控制系統(tǒng)不僅能適應(yīng)對象參數(shù)的變化、表現(xiàn)出良好的控制品質(zhì)，而且有調(diào)節(jié)時間短、魯棒性強(qiáng)和抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是下吸式固定床氣化爐原理圖。

圖2是生物質(zhì)氣化爐控制系統(tǒng)框圖。

其中，1-物料，2-空氣，3-干燥層，4-熱分解層，5-氧化層，6-還原層，7-灰室，8-一次風(fēng)，9-鼓風(fēng)機(jī)，10-引風(fēng)機(jī)，11-二次風(fēng)，12-可燃?xì)怏w。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，下吸式固定床氣化爐的工作過程為：首先，粉碎處理后的生物質(zhì)物料1由爐子頂部混合空氣2后，經(jīng)由上料口投入下吸式固定床氣化爐；其次，氣化爐底部燃?xì)獬隹谔幵O(shè)置有引風(fēng)機(jī)10，正常工作時，引風(fēng)機(jī)10輸出抽力，在爐內(nèi)形成負(fù)壓，使反應(yīng)產(chǎn)生的氣體在爐內(nèi)流動；同時設(shè)置在喉管區(qū)的鼓風(fēng)機(jī)9，負(fù)責(zé)向氧化層5輸入一次風(fēng)8，為氣化過程提供充分的氧氣，實(shí)現(xiàn)對生物質(zhì)物料1的充分氧化；最后經(jīng)過還原反應(yīng)區(qū)，生成可燃?xì)怏w12。物料1和空氣2在爐內(nèi)由上至下、隨著溫度的變化按照干燥、熱解、氧化、還原4個反應(yīng)層依次地進(jìn)行氣化反應(yīng)，形成有少量雜質(zhì)的可燃?xì)怏w12，該氣體經(jīng)過凈化工藝處理，最終形成可以直接使用的可燃?xì)怏w12。氣化過程是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，其處理的植物燃料來源眾多，物理、化學(xué)特性差異較大；同時，氣化過程中爐溫受到一次風(fēng)8量、物料1含水量等諸多因素的共同影響。這些因素對于氣化過程的影響相對較小，氣化過程主要受到空氣2當(dāng)量比和氣化反應(yīng)溫度的影響。

如圖2所示，本發(fā)明選取雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，對生物質(zhì)燃料與一次風(fēng)8的投放量分別進(jìn)行控制，基于生物質(zhì)氣化過程的機(jī)理分析及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，為降低神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，影響焦?fàn)t集氣管壓力的可測量因素初步確定為一次風(fēng)量、物料分布及物料1含水量，將其作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，氣化爐溫度的預(yù)測值為輸出，此時BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就變成為一個4輸入單輸出的模型。其中，啟停次數(shù)為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點(diǎn)，特征參數(shù)值為輸出節(jié)點(diǎn)，建立一個隱含層有5個神經(jīng)元的3層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。理論上已經(jīng)證明：如果一個網(wǎng)絡(luò)具有偏差和至少一個S型隱含層加上一個線性輸出層，那它就能夠逼近任意有理函數(shù)。訓(xùn)練算法采用梯度下降法，學(xué)習(xí)速率為0.15，網(wǎng)絡(luò)的初始權(quán)值為0～1中的隨機(jī)數(shù)。含氧量控制環(huán)的主控制器采用免疫PID控制，它能根據(jù)爐內(nèi)含氧量偏差和爐溫偏差推算出鼓風(fēng)機(jī)9的最優(yōu)轉(zhuǎn)速；副控制PID則根據(jù)推算出的最優(yōu)轉(zhuǎn)速對鼓風(fēng)機(jī)9速度進(jìn)行跟隨控制，確保鼓風(fēng)機(jī)9轉(zhuǎn)速。