模糊PID控制器在火電廠(chǎng)溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

李業(yè)功

摘 要在工業(yè)中溫度控制有非常廣泛的應(yīng)用，如鋼鐵廠(chǎng)、發(fā)電廠(chǎng)、化工廠(chǎng)等鍋爐溫度控制系統(tǒng)，針對(duì)火電廠(chǎng)主蒸汽溫度控制對(duì)象的大慣性、大延遲和非線(xiàn)性特征。提出了PID控制算法結(jié)合模糊控制算法，實(shí)現(xiàn)了主蒸汽溫度的有效控制。并仿真驗(yàn)證其控制效果。

【關(guān)鍵詞】主汽溫度控制 模糊控制 PID控制 火電廠(chǎng)

隨著我國(guó)電力行業(yè)的飛速發(fā)展，大容量火電機(jī)組已成為電網(wǎng)的骨干，為保證機(jī)組正常安全運(yùn)行。 對(duì)機(jī)組提出了更高的自動(dòng)化要求。 由于單元滯后大、慣性大、非線(xiàn)性等特性，傳統(tǒng)的控制方式不能滿(mǎn)足電網(wǎng)的要求，采用先進(jìn)的智能控制策略來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制策略，已成為電廠(chǎng)過(guò)程控制的發(fā)展趨勢(shì)。

智能控制理論和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，使智能控制在火電廠(chǎng)主蒸汽溫度過(guò)程控制中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。本文的目的是研究一種新的智能控制系統(tǒng)及其在溫度控制中的應(yīng)用。 具有一定的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。

1 火電廠(chǎng)主汽溫控制系統(tǒng)概述

現(xiàn)代鍋爐過(guò)熱器工作條件是高溫高壓。鍋爐出口過(guò)熱蒸汽溫度是汽水運(yùn)行過(guò)程中整個(gè)系統(tǒng)最高溫度，影響著火電廠(chǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。當(dāng)主蒸汽溫度的測(cè)量值等于設(shè)定值，液壓閥不動(dòng)作，系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)，如果爐膛燃燒室條件變化使溫度上升，導(dǎo)致測(cè)量值與給定值出現(xiàn)偏差，通過(guò)控制器判斷偏差的方向，產(chǎn)生控制信號(hào)，使噴水閥以適當(dāng)?shù)姆绞酱蜷_(kāi)。測(cè)量值返回到設(shè)定值，系統(tǒng)恢復(fù)平衡。

2 模糊PID控制器的設(shè)計(jì)

火力發(fā)電廠(chǎng)主蒸汽溫度控制系統(tǒng)控制對(duì)象具有大滯后、大慣性的特點(diǎn)。典型的PID只能由一組固定控制參數(shù)控制，對(duì)動(dòng)態(tài)性能與靜態(tài)性能、設(shè)定值和擾動(dòng)之間的矛盾無(wú)法解決。 模糊控制方法可以有效克服復(fù)雜系統(tǒng)的非線(xiàn)性和不確定性。 然而，模糊控制系統(tǒng)的控制效果非常粗糙，使得穩(wěn)態(tài)控制精度較低。 模糊控制結(jié)合常規(guī)PID控制技術(shù)，可以根據(jù)初始PID參數(shù)校正提高主蒸汽溫度控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 模糊自適應(yīng)PID控制基于偏差e和偏差率ec作為輸入，可以滿(mǎn)足不同時(shí)間PID參數(shù)自整定的要求。 模糊PID控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 模糊PID控制器仿真研究

根據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際情況，當(dāng)|e|較大時(shí)，為了使系統(tǒng)具有良好的快速跟蹤性能，應(yīng)把kp取大一些，kd取小一些，同時(shí)，針對(duì)積分進(jìn)行限制，避免超調(diào)量大，通常為零；當(dāng)|e|中等大小，為了避免大的超調(diào)，kp應(yīng)取得小一些，各變量取值適度；當(dāng)|e|很小時(shí)，kp和ki要大，為了避免設(shè)定點(diǎn)附近振蕩，kd值非常重要，通常取中等值。 如圖2所示，是模糊自適應(yīng)PID和常規(guī)PID仿真比較圖。 通過(guò)模糊自適應(yīng)PID的輸入偏差和偏差率自動(dòng)調(diào)節(jié)PID參數(shù)，從而達(dá)到良好的控制效果。 模糊自適應(yīng)PID可以提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度。 PID控制穩(wěn)態(tài)輸出值為0.99979，模糊自適應(yīng)PID控制輸出值為0.99996。從仿真圖。 使用模糊自適應(yīng)PID控制器控制高精度控制系統(tǒng)是一個(gè)很好的選擇。

4 結(jié)論

模糊控制結(jié)合常規(guī)PID控制，完成模糊自適應(yīng)PID控制器的設(shè)計(jì)。 仿真表明，模糊自適應(yīng)PID控制在火電廠(chǎng)主蒸汽溫度控制系統(tǒng)中效果良好。 控制效果優(yōu)于常規(guī)PID控制策略，可適應(yīng)參數(shù)變化，顯示出良好的控制品質(zhì)，具有很強(qiáng)的魯棒性和適應(yīng)性。 有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 模糊PID控制器的研究，有很多工作要做，如多變量模糊PID控制等。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院 山西省太原市 030000