摘要：針對(duì)火電廠鍋爐的過熱汽溫調(diào)節(jié)特性差、經(jīng)常出現(xiàn)過熱器汽溫超調(diào)的問題。根據(jù)模糊控制理論，對(duì)主汽溫控制回路進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種基于模糊邏輯主蒸汽溫度PID控制器，結(jié)合模糊邏輯控制和傳統(tǒng)串級(jí)PID控制各自優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)混合型模糊主蒸汽溫度PID控制系統(tǒng)；并在MATLAB上進(jìn)行了仿真試驗(yàn)，結(jié)果表明，與傳統(tǒng)串級(jí)PID控制系統(tǒng)相比，主蒸汽溫度模糊串級(jí)控制具有良好的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)和較強(qiáng)的魯棒性。

關(guān)鍵詞：串極控制模糊PID控制Matlab

Main Steam Temperature Fuzzy Controller of Thermoelectric Power Station Boiler

Abstract：To solve the problems of thermal power plants, such as poor regulation performance of superheated steam temperature and overshooting of superheated stem temperature，the control circuit for the main steam temperature was improved based On the fuzzy control theory. It proposed one kind of fuzzy logic main vapor temperature PID controller，together with the union fuzzy logic control and traditional cascade PID controls the respective merit，and design a mixed type fuzzy host vapor temperature PID control system; and it did the simulation test in Matlab. Finally indicated that compares with the traditional cascade PID control system，the main vapor temperature fuzzy cascade control has good dynamic regulation quality and strong robustness．

Key words： fuzzy logic control；cascaded control；MATLAB

引言

過熱蒸汽溫度是火電廠鍋爐運(yùn)行質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，過熱汽溫過高或過低都會(huì)顯著地影響電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

改善鍋爐主蒸汽溫度控制的必要性：理論上，主汽溫越高，機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性越好，但安全性差；主汽溫越低，機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性越差，但安全性好。而在火電機(jī)組運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行人員調(diào)解主蒸汽溫度頻繁，勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，特別是機(jī)組負(fù)荷擾動(dòng)比較大時(shí)，很容易超溫，在這種情況下，過熱汽溫表現(xiàn)為非線性、大慣性、參數(shù)時(shí)變和不確定因素的典型復(fù)雜系統(tǒng)。常規(guī)的機(jī)組控制方案結(jié)合前饋補(bǔ)償、變參數(shù)、串級(jí)等控制策略，已無法滿足上述復(fù)雜控制系統(tǒng)的要求，減溫水自動(dòng)無法保證長(zhǎng)期正常投入運(yùn)行，只能用來維持生產(chǎn)過程的平穩(wěn)運(yùn)行，復(fù)雜工況需要運(yùn)行人員大量的手工操作和監(jiān)督控制，機(jī)組運(yùn)行參數(shù)偏離經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較大，嚴(yán)重影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益和安全可靠運(yùn)行。其中，尤以I級(jí)減溫水調(diào)節(jié)表現(xiàn)為調(diào)節(jié)特性差，響應(yīng)速度慢，經(jīng)常因?yàn)闇囟绕畲髮?dǎo)致自動(dòng)退出，影響主汽溫的控制，故需要采用先進(jìn)控制策略對(duì)控制回路進(jìn)行優(yōu)化。常規(guī)PID控制器是建立在被控對(duì)象精確數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)之上的，而模糊控制不要求被控對(duì)象的精確模型且適應(yīng)性強(qiáng)。模糊控制主要是模仿人的控制經(jīng)驗(yàn)而不是完全依賴于控制對(duì)象的模型，因此模糊控制能近似地反映人的控制行為，而無需建立對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，有很強(qiáng)的魯棒性。為此本文提出了一種鍋爐主蒸汽溫度模糊控制器。

1被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組不同負(fù)荷下的擾動(dòng)試驗(yàn)，采集擾動(dòng)試驗(yàn)下的減溫水對(duì)象數(shù)據(jù)，分析試驗(yàn)曲線，采用T．S模糊模型辨識(shí)方法，擬合試驗(yàn)曲線，可近似得到不同負(fù)荷下的廣義汽溫對(duì)象模型，分析汽溫對(duì)象模型可知，時(shí)間常數(shù)和階次隨負(fù)荷遞減呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，選取50％，100％的汽溫對(duì)象模型在MATLAB里搭設(shè)串級(jí)調(diào)節(jié)回路，PID參數(shù)通過

準(zhǔn)則確定后，進(jìn)行仿真。但實(shí)際中，因煤種的變化和負(fù)荷工況的變化，并不能完全滿足主汽溫的控制要求，考慮到模糊控制器能實(shí)現(xiàn)非線性，變參數(shù)的調(diào)節(jié)性能，故對(duì)主汽溫控制回路采取模糊控制器和PID控制器聯(lián)合控制的辦法。本文建立了600MW直流鍋爐過熱汽溫對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。見表1。

表1特定負(fù)荷下汽溫對(duì)噴水?dāng)_動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性

2模糊PID復(fù)合控制器設(shè)計(jì)

模糊PID系統(tǒng)是將傳統(tǒng)的串級(jí)PID控制與模糊控制器有機(jī)地結(jié)合起來。即在傳統(tǒng)的串級(jí)PID控制方案中采用模糊控制器作為主回路調(diào)節(jié)器，副回路調(diào)節(jié)器依然不變，從而建立起混合型模糊PID系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要有外回路和內(nèi)回路組成，內(nèi)回路(副回路)調(diào)節(jié)器依然采用PID控制，克服系統(tǒng)內(nèi)部擾動(dòng)，消除內(nèi)部靜態(tài)偏差作用，外回路(主回路)調(diào)節(jié)器采用模糊控制器，充分利用模糊控制的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)特性克服外部擾動(dòng)給系統(tǒng)帶來的影響。

2．1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

主蒸汽溫度模糊PID控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一級(jí)減溫器和二級(jí)減溫度器組成，一級(jí)減溫器起到粗調(diào)作用，二級(jí)減溫器起到細(xì)調(diào)作用。模糊控制器將主汽溫偏差和偏差變化率轉(zhuǎn)換為模糊量，經(jīng)過模糊控制規(guī)則的處理得到模糊輸出量，最后將模糊變量去模糊化處理得到精確值，作為副調(diào)節(jié)器PID2的參考輸入信號(hào)。模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要有模糊控制器和被控制對(duì)象兩部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。經(jīng)過主蒸汽流量修正的輸入r為系統(tǒng)設(shè)定值(精確量)。e=r—y為系統(tǒng)誤差，ec=de／dt為誤差變化率(精確量)，y為系統(tǒng)的輸出量(精確量)。誤差e和誤差變化率ec作為輸入信號(hào)進(jìn)入模糊控制器。U為輸出閥門的開度，作為模糊控制器的輸出，經(jīng)過反模糊化去控制被控對(duì)象。

                           圖1     模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2模糊控制器的設(shè)計(jì)

模糊控制器的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是模糊控制規(guī)則的獲取，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算出屏過出口溫度的最大偏差，屏過出口溫度變化的最大速率以及閥門開度的最大變化量，并將該數(shù)據(jù)設(shè)為語言變量的論域。根據(jù)語言變量的論域，論域子集，選擇三角形函數(shù)確定隸屬度函數(shù)如圖2一圖4所示。

模糊規(guī)則如下表2。

表2  模糊規(guī)則表

3Matlab的仿真實(shí)驗(yàn)

3.1主氣溫控制系統(tǒng)的simulink仿真比較

本文討論的主汽溫控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)采用串級(jí)控制系統(tǒng)，其中主回路采用采用模糊控制器，副回路采用PID控制器。模糊PID串級(jí)控制系統(tǒng)仿真框圖如圖5所示。在Simulink仿真界面里將設(shè)計(jì)好的模糊控制器加入到整個(gè)控制回路中，其中各參數(shù)整定好，即可實(shí)現(xiàn)控制回路的仿真

從圖6中可以看出，模糊控制與串級(jí)PID控制相比，過渡時(shí)間短，較快進(jìn)入穩(wěn)定，無超調(diào)，動(dòng)態(tài)調(diào)解品質(zhì)好。

3.2被控對(duì)象在不同負(fù)荷下的仿真圖形

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的FC對(duì)主汽溫對(duì)象控制效果，本文采用了600MW直流鍋爐過熱汽溫對(duì)象在100％和50％兩種負(fù)荷下的動(dòng)態(tài)特性來仿真，模糊控制系統(tǒng)和傳統(tǒng)的串級(jí)PID控制系統(tǒng)的性能相比，來分析此種控制系統(tǒng)在理論和工程上的可行性。仿真結(jié)果如圖7和圖8所示。

4結(jié)論

提出基于模糊調(diào)整的控制策略，將該策略應(yīng)用到火電廠鍋爐主蒸汽溫度的控制系統(tǒng)中。與串級(jí)PID控制控制相比，模糊控制器利用推理機(jī)產(chǎn)生的控制策略，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的快速無超調(diào)控制。同時(shí)使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和魯棒性，仿真結(jié)果表明了該方案的有效性和優(yōu)越性。

參考文獻(xiàn)

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