穩壓器液位智能模糊控制

張微微（紫光（北京）智控科技有限公司，廣東　珠海　519080）

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穩壓器液位智能模糊控制

張微微
（紫光（北京）智控科技有限公司，廣東珠海519080）

摘要：本文詳細介紹了核電站穩壓器的結構及功能，穩壓原理，數學模型及其控制系統。研究核電站穩壓器的數學模型的建立以及將模型用于穩壓器液位的模糊控制。本文在合理的假設下建立較為精確的模型，并應用模糊控制的策略對穩壓器的液位進行智能控制。

關鍵詞：模糊控制；液位控制；仿真

1　對象分析

本文研究對象為核電站穩壓器，通過在100%的工況下改變波動水流量、噴淋水流量、加熱器加熱功率以及安全閥排放流量，來分析穩壓器中水位的瞬態特性。

2　模糊控制方法簡介

2.1概述

模糊控制是一種運用模糊數學的理論和思想的控制。在傳統的控制策略中，控制的精確度和效果好壞取決于控制對象模型建立的精確程度。傳統的控制策略對于那些有精確模型的控制對象具有良好的控制效果，而對于無法建立精確模型的控制對象就顯得不盡理想了。所以，人們便引用了模糊數學的方法來對這種沒有精確模型的對象做模糊控制。

2.2變量選擇與論域分割

在控制中，控制變量的選擇要有代表性，即要能反映出系統的基本特性，而控制變量選擇的正確與否對一個控制模型來說是至關重要的。在模糊控制中，可選擇系統輸出誤差、輸出誤差變化量、輸出、輸出變化量、及輸出誤差量總和等作為模糊控制的變量。本文選取輸出誤差和輸出誤差率作為控制變量。

在模糊控制變量確定下來之后，就要按照控制對象和經驗寫出變量的控制規則，在制作成模糊控制規則前，要對控制變量進行變量空間的模糊劃分。變量空間劃分時各個不同區域之間的重合程度對控制有很大的影響。但不同區域的劃分并沒有一個確定的規則，一般都是通過實驗和模擬進行區域的調整。但有些數據也指出大約1/3～1/2較為理想。區域之間的重合程度對應著控制規則之間的模糊程度。所以，變量空間的模糊劃分是模糊控制的一個重要特征。

2.3函數形式

隸屬度函數有兩種形式，分別為離散型和連續型。連續型隸屬函數又分為很多種，有三角形函數，梯形函數，高斯函數。一個隸屬函數對應著一個模糊集合，一個模糊集合只有一個隸屬函數與之對應。不同的模糊控制構架是由語言變量和相應的隸屬函數決定的；有連續型隸屬度函數和離散型隸屬度函數。

2.4控制規則

模糊控制器的核心是模糊控制規則，模糊控制規則直接影響了模糊控制的性能，模糊控制規則數目也對模糊控制起著重要的影響。模糊控制規則的取得方式：第一種，根據專家的經驗和知識。通過向專家詢問經驗知識，在獲得相關的知識后，將所獲知識改為if….then的句式，就構成了模糊控制規則；第二種，操作員的操作模式，在很多工業系統無法通過控制系統做出正確的控制的情況下，熟練的操作員可以在沒有數學模型的基礎上正確的對系統做出控制；因此，根據操作員的操作模式，并將其整理為if….then的句式，也可構成模糊控制的控制規則；第三種，學習。為了使模糊控制器有良好的控制性能，就必須使其本身具有學習能力，使其可以根據控制對象對自身的模糊控制規則進行修改。

2.5模糊自適應PID控制

在很多工業系統中，大量采用的仍是PID算法。PID的整定方法有很多，但基本都是以控制對象為基礎的。

隨著計算機技術的發展與應用，我們可以將操作員的操作模式作為數據儲存在電腦里，再根據現場的實際情況，計算機便可以自動的控制工業系統，于是便出現了自適應PID控制。這種PID控制將先進的專家系統控制與傳統的PID控制相結合，成為了一種性能較好的控制策略。但這種控制必須要有控制對象的精確模型，根據模型將操作員的操作模式轉化為語言模型，然后運用推理就可以實驗對PID參數的調整，使其成為最優值。

由于操作員的各種操作難以用語言來表示，控制過程中的各種信號量難以定量的進行表示，所以上述控制策略也存在局限性。而將模糊控制理論應用到這里則是一種有效的解決辦法。人們將操作員的操作模式用模糊集合，模糊規則來表示，同時把這些模糊規則和相關的信息儲存在計算機的知識庫里，然后計算機根據控制對象的實際響應應用計算機中的模糊推理，就實現了對PID參數的調整，這就是模糊自適應PID控制。

3　穩壓器模糊控制系統Simulink仿真

3.1模糊控制模型的搭建

以噴淋量和電加熱器功率為控制量搭建模糊控制模型。其中的模糊控制模塊采用輸出誤差和輸出誤差率作為輸入變量，以Kp，Ki，Kd作為輸出量。采用三角形隸屬函數。

其中模糊自適應PID的三個參數Kp、Ki、Kd可由合適的模糊規則得到各自整定的模糊規則表。

3.2仿真結果

該控制模型可以實現對噴淋量擾動和電加熱器功率擾動的同時控制。首先我們給定初始水位為1的階躍，但不給任何擾動。實驗進行300s，響應曲線如圖 1所示。

行有擾動的響應曲線時，在100s時給噴淋量一個階躍擾動，在200s時給加熱量一個階躍擾動，其響應曲線如圖2所示。

從圖中可見100s時有一個明顯擾動，后曲線平穩。200s時曲線有一個很微小的擾動，后曲線平穩。該微小擾動為電加熱器功率的擾動，擾動較小的原因為電加熱器功率的改變對水位的影響較小，模型中其傳遞函數特別小。

4　結論

本章主要介紹了模糊控制的方法，模糊控制自適應PID的控制。并應用模糊控制的方法在simulink平臺上搭建仿真模型進行仿真。從仿真的結果可以看出：

（1）采用模糊控制能達到控制穩壓器水位的效果。

（2）模糊水位控制具有以下優點，其振蕩小，調節時間短，使系統調節更穩更準更快。實現穩壓器穩定運行。

（3）本文所建的穩壓器模型適合于控制。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.131