淺談火電廠球磨機制粉系統的自調整模糊控制

王國君 郭守義

摘要：常規的單回路調節器無法對火電廠的球磨機制粉系統進行有效的控制。文章針對球磨機制粉控制系統多變量、強耦合等特點，采用模糊控制中的直接算法形式控制球磨機的制粉系統，從而簡化了控制系統的設計并避免了系統變量間的耦合性。

關鍵詞：火電廠；球磨機；模糊控制；分級控制

中圖分類號：TK227文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2014）24-0138-02火電廠的球磨機制粉系統是一個具有多變量、相互影響的非線性系統，常規的單回路調節器根本無法對其進行有效的控制。如果采用模糊控制措施對給煤量、再循環風門等進行調整，將磨煤機的入口負壓與出口溫度控制于設定范圍，可有效保障球磨煤機長期運行的可靠性和企業的整體經濟效益。

1系統的工作原理

通過給煤機，被初級破碎的原煤由煤倉輸送至系統，與熱干空氣混合，再進入磨煤機內并繼續干燥。此時，磨煤機筒體通過旋轉將鋼球提升至一定高度，后自由落體下落，原煤被打砸成煤粉。再由排粉機吸力氣流作用，吸至粗粉分離器并被篩選，合格的煤粉伴隨氣流至細粉分離器，經分離后儲存至煤粉倉，并由排粉機輸送于鍋爐內。不合格的煤粉則要由回粉管返回磨煤機繼續磨制。

球磨機分別包含三個輸入和三輸出系統，三個輸入量（R1、R2、R3）為煤機轉速、熱和冷風門的開度，而三個輸出量則是磨煤機的負荷和球磨機出口的溫度和壓力。如圖1所示：

圖1?球磨機運行原理示意圖

2模糊控制系統

模糊控制器由三個基本單元構成：模糊化接口、推理機、模糊判決接口。精確量和誤差信號經模糊化接口模糊量化后，生成為模糊語言所表達的模糊量，再由推理機依據模糊控制規則和模糊輸入，取得模糊輸出，最后由模糊判決接口進行模糊推理和決策，判斷出模糊控制的準確控制量。

模糊控制器的基本設計方法為：明確輸入和輸出變量—控制規則設計—明確模糊化與非模糊化方法—明確輸入和輸出變量區域—模糊控制程序的編制—模糊控制算法采樣時間的選擇。

3球磨機的制粉系統

3.1分級模糊控制系統的結構及功能

第一級控制結構包括負壓、溫度及負荷模糊控制器，第二級為協調模糊控制器。球磨機的入口負壓偏差為負壓模糊控制器的輸入變量，其輸出變量為u1；出口的溫度偏差及其變化率為溫度模糊控制器的輸入變量，其輸出變量為u2；負荷偏差及變化率為負荷模糊控制器的輸入變量，其輸出變量為u3。上述三個模糊控制器的輸出變量，為協調級模糊控制器的輸入變量，經協調級處理后，輸出變量（U1，U2，U3）分別控制系統的再循環風門、熱風門和給煤量。

3.2入口負壓的模糊控制

入口磨負壓的延遲量很大，其工作流程包含三部分：模糊量化處理—模糊控制規則—模糊推理。

3.2.1模糊量化處理。磨煤機的入口負壓控制范圍在[-200，200]Pa間，誤差大小的量化為-3，-2，-1，0，+1，+2，+3共七個等級。入口負壓給定值p0與實測值p之差，可得入口負壓偏差ep。輸入和輸出變量的偏差值描述分為四個模糊子集（NB、NS、0、PS、PB），分別表示負大、負小、零、正小、正大。由語言變量ep與u1隸屬函數曲線的關系，可以得出對應的模糊變量賦值。

3.2.2模糊控制規則。模糊控制規則采用如下邏輯公式：ifep=（NB、NS、0、PS、PB）then u1=（NB、NS、0、PS、PB）

3.2.3模糊推理。控制量的大小決定模糊控制器的控制范圍，根據輸入量與入口負壓偏差關系u1=ep·R1，可獲得入口負壓模糊控制值。

3.3出口溫度的模糊控制

出口溫度的延遲量較大，溫度模糊控制器的輸入變量，增加了偏差變化率，其他相同。

3.3.1模糊量化處理。如果磨煤機的出口溫度給定值為t0，實測值為t，則溫度偏差值el=t-to，偏差變化率ec1=del/dt。其出口溫度的變化范圍為[-10，10]℃，變化率范圍為[-2，2]℃／min。同樣，由語言變量el、ec1與u2隸屬函數曲線的關系，可以得出對應的模糊變量賦值。

3.3.2模糊控制規則。設磨煤機的出口溫度偏差為Ai，溫度偏差變化率為Bj，輸出語言的變量值為Ck，則其出口溫度的模糊控制規則采用如下邏輯公式：ifel=Ai and ec1=Bj then u2=Ck，i、j、k=1、2、3。

3.3.3模糊推理。與入口負壓模糊控制相同，根據輸入量和出口溫度偏差及變化率關系Ck=（Ai×Bj）·R2，獲得出口溫度的模糊控制值。

3.4負荷模糊控制

系統磨入口的負荷屬于一階慣性環節，延遲量較小，其輸入量及工作流程，與溫度模糊控制器相同。

模糊量化處理。如果磨煤機的磨入口負荷設定值為mo，實測值為m，則偏差em=mo-m；偏差變化率ecm=dem/dt。系統磨入口的負荷變化范圍為[-10，10]%，而負荷變化率范圍為[-3，3]%/min。同樣，由語言變量em、ecm與u3隸屬函數曲線的關系，可以得出對應的模糊變量

賦值。

另外，此階段的模糊控制規則、模糊推理，與磨煤機的出口溫度模糊控制方法相同。

3.5協調級模糊控制

由于球磨機制粉系統中，變量間存在嚴重的耦合性，上述磨入口負壓控制器輸出的模糊控制量ul、磨出口溫度控制器輸出的模糊控制量u2、磨負荷控制器輸出的模糊控制量u3，必須要由協調級進行任務分配（U1，U2，U3），再傳送到執行器，從而達到系統調整的相應控制量（y1，y2，y3）。顯而易見，系統中協調級的主要功能就是對其輸入的變量進行模糊解耦。

3.5.1模糊控制規則。采用的邏輯公式為：iful=Ai and u2=Bj and u3=Ck then y1=Ui，y2=Uj，y3=Uk（i，j，k=1，2，…7），模糊關系為R4=∑（Ai×Bj×Ck×U1）。

3.5.2模糊推理。協調級輸入量ul，u2，u3與模糊控制量Y=（Ai×Bj×Ck）·R的函數值，只有在量化等級上取1，其余情況取為0。

4系統仿真

采用模糊控制直接算法后，對上述入口的負壓、出口溫度及磨負荷加入10%的定值擾動，利用Matlab語言得出仿真曲線如圖2所示：

圖2?入口負壓、出口溫度及磨符合10%定值的擾動曲線

5結語

綜上所述，本文結合傳統球磨機制粉控制系統多變量、強耦合、非線性、慢時變的特點，采取模糊分級控制的策略，先分析模糊控制系統的功能，再提出測試方案及要求，簡化控制規則的數量，進而排除變量間的耦合性，由此不僅使系統獲得良好的可控性，還提高了制粉系統的安全性和經濟性，應用前景廣闊。

參考文獻

[1]?趙建軍．模糊預測控制在火電廠的應用研究[D]．華

北電力大學碩士學位論文，2006．

[2]?趙華邦．球磨機制粉系統分級預測模糊控制的研究與

應用[D]．重慶大學碩士學位論文，2003．

作者簡介：王國君（1986—），男（滿族），河北省電力建設第一工程公司助理工程師，研究方向：電廠調試；郭守義（1983—），男，河北省電力建設第一工程公司助理工程師，研究方向：電廠調試。