模糊控制在鍋爐給水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

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1、模糊控制在鍋爐給水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用-暖通論文摘要:本文提出了一種基于模糊控制原理的實時控制系統(tǒng)。　　關(guān)鍵詞:模糊控制;鍋爐給水;PID;參數(shù)整定和優(yōu)化　　　　1引言　　　　FUZZY控制器簡要介紹:　　1.1Fuzzy控制的基本原理　　模糊控制是人工智能控制的典型代表。它模仿人的思維邏輯,對被控對象的運行規(guī)律(往往沒有確切的數(shù)學(xué)模型)進(jìn)行總結(jié)、抽象、推理、量化,實施有效的控制。模糊控制的基礎(chǔ)是模糊數(shù)學(xué),利用模糊數(shù)學(xué)的推理理論,離線建立隸屬函數(shù)數(shù)據(jù)庫,將各種復(fù)雜的過程對象簡單化。該過程需要對被控對象充分的了解,是直接的操作者,具有豐富的經(jīng)驗,才能總結(jié)

2、規(guī)律,建立隸屬函數(shù)數(shù)據(jù)庫。當(dāng)在線運行時,利用計算機的高速、大容量性能,通過推理、量化運算得到具體的控制量。模糊控制是一種非線性控制器,適合于時變、非線性、強耦合系統(tǒng)?！　?.2FUZZY(模糊)控制器的組成　　FUZZY控制器主要由四部分組成:　　1.2.1模糊化　　這部分的作用是將輸入的精確量進(jìn)行處理變成模糊控制器要求的輸入量。對處理過的輸入量進(jìn)行尺度變換,使其變換到各自的論域范圍,然后進(jìn)行模糊處理,并用相應(yīng)的模糊集合表示。其中輸入量包括外界的參考輸入、系統(tǒng)的輸出或狀態(tài)?！　?.2.2知識庫　　知識庫通常由數(shù)據(jù)庫和模糊控制規(guī)則庫兩部分組成。數(shù)據(jù)庫

3、包括各語言變量的隸屬度函數(shù),尺度變換因子以及模糊空間的分級數(shù)等。規(guī)則庫包括了用模糊語言變量表示的一系列控制規(guī)則。它們反映了實際控制的經(jīng)驗和知識?！　?.2.3模糊推理　　模糊推理是FUZZY控制器的核心,模糊推理過程是基于模糊邏輯中的蘊涵關(guān)系及推理規(guī)則來進(jìn)行?！　?.2.4清晰化　　清晰化的作用是將模糊的控制量經(jīng)清晰化變換變成表示在論域范圍的清晰量,最后將清晰量經(jīng)尺度變化成實際的　　控制量。　　　　2鍋爐給水回路控制原理及過程:　　　　汽包水位控制采用常規(guī)儀表或單回路調(diào)節(jié)器組成的“三沖量汽包水位控制”有兩種方案。方案1是簡單易調(diào)的“并極三沖量”。這

4、種控制方案從控制系統(tǒng)原理上講為單閉環(huán)加前饋控制系統(tǒng),被控量為汽包水位,給水流量、主汽流量以前饋方式加到控制輸出。方案2為“串極三沖量”。這種方案從控制系統(tǒng)原理上講為雙閉環(huán)加前饋控制系統(tǒng),外環(huán)控制汽包水位,內(nèi)環(huán)控制給水流量,主汽流量以前饋方式加到控制輸出。方案1的優(yōu)點是須整定的參數(shù)少,調(diào)試簡單,方便易行;缺點是系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差大,動態(tài)過程周期長,容易振蕩,執(zhí)行器動作頻度大。方案2的優(yōu)點是系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差小,動態(tài)過程周期短,系統(tǒng)的魯棒性能好,執(zhí)行器動作頻度小;缺點是調(diào)試復(fù)雜,工作量大,需要技術(shù)人員能力較強。目前,方案1基本不用,方案2在單回調(diào)節(jié)器及常規(guī)DC

5、S系統(tǒng)中普遍應(yīng)用?！　∩鲜龅姆桨?和方案2均為傳統(tǒng)的汽包水位控制方案,存在如下缺點:　　均為“位置式”PID控制,當(dāng)給水流量、主汽流量信號故障時,控制回路失靈?！　》桨涪蛟诮o水壓力波動或給水系統(tǒng)無調(diào)壓泵時,給水門動作頻度過大,鍋爐負(fù)荷波動時,給水跟蹤慢,水位偏差大?！　♂槍ι鲜銮闆r,HIC-1000系統(tǒng)的給水控制采取了如下措施:　　2.1采用“增量式”PID控制器,雙閉環(huán)控制系統(tǒng)?！　?.2主汽流量信號以微分形式作為前饋加入到內(nèi)環(huán)給定?！　?.3外環(huán)輸出限幅,使內(nèi)環(huán)給定值與反饋值的偏差非飽和,有效克服給水壓力波動或給水系統(tǒng)無調(diào)壓泵時汽包水位控制不穩(wěn)

6、的困難?！　≈鹘o水門、副給水門(給水大旁路、幅主給水門)采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng),啟動給水門采用單閉環(huán)控制系統(tǒng)。鍋爐由點火到并汽前啟動給水門投自動,在10-70%額定負(fù)荷時副給水門投自動,在70-100%額定負(fù)荷時主給水門投自動。三個給水調(diào)節(jié)門在任何時刻只能有一個投入自動運行,其余為手動?！　》栒f明:　　sp_h:汽包水位給定值(h:汽包水位);　　sp_Dgs:內(nèi)環(huán)給水流量給定(Dgs:給水流量);　　Dq:主汽流量;　　fb0:主汽流量前饋系數(shù);　　PI1:主調(diào)節(jié)器,PI2:副調(diào)節(jié)器;　　G1:給水門特性函數(shù),G2:汽包特性函數(shù)。　　·PID控制器

7、參數(shù):　　共有三組PID控制器參數(shù),每組兩個調(diào)節(jié)器--汽包水位調(diào)節(jié)器和給水流量調(diào)節(jié)器。三組PID控制器參數(shù)分別對應(yīng)主給水門、輔助給水門和啟動給水門。主給水門用于鍋爐70%--100%負(fù)荷,輔助給水門用于10--70%負(fù)荷,啟動給水門用于鍋爐啟動過程及并汽前的控制。三個給水調(diào)節(jié)門在任何時刻只能有一個投入自動運行,其余為手動。PID校正參數(shù):是PID控制的輔助參數(shù),與PID控制器配合實現(xiàn)各種控制狀態(tài)的轉(zhuǎn)換及控制策略的調(diào)整?！　　　?給水控制回路實時趨勢驗證:　　　　投用后趨勢圖(見圖1):　　從此趨勢圖中可以看出,#5鍋爐投用給水自動控制系統(tǒng)之后,給水

8、流量(位號FT101-F-CV)輸出值穩(wěn)定在縱軸數(shù)值188值之下,波動范圍在10之間,振幅不及5%,輸出值穩(wěn)定,自動控制效