模糊控制在鍋爐給水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

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摘要:本文提出了一種基于模糊控制原理的實(shí)時(shí)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(jiǎn)要介紹:
　　1.1 Fuzzy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(duì)被控對(duì)象的運(yùn)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(shí)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(kù),將各種復(fù)雜的過(guò)程對(duì)象簡(jiǎn)單化。該過(guò)程需要對(duì)被控對(duì)象充分的了解,是直接的操作者,具有豐富的經(jīng)驗(yàn),才能總結(jié)規(guī)律,建立隸屬函數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)在線運(yùn)行時(shí),利用計(jì)算機(jī)的高速、大容量性能,通過(guò)推理、量化運(yùn)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(shí)變、非線性、強(qiáng)耦合系統(tǒng)。
　　1.2 FUZZY(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(duì)處理過(guò)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)。
　　1.2.2 知識(shí)庫(kù)
　　知識(shí)庫(kù)通常由數(shù)據(jù)庫(kù)和模糊控制規(guī)則庫(kù)兩部分組成。數(shù)據(jù)庫(kù)包括各語(yǔ)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(jí)數(shù)等。規(guī)則庫(kù)包括了用模糊語(yǔ)言變量表示的一系列控制規(guī)則。它們反映了實(shí)際控制的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。
　　1.2.3 模糊推理
　　模糊推理是FUZZY控制器的核心,模糊推理過(guò)程是基于模糊邏輯中的蘊(yùn)涵關(guān)系及推理規(guī)則來(lái)進(jìn)行。
　　1.2.4 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(shí)際的
　　控制量。
　　
　　2 鍋爐給水回路控制原理及過(guò)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(jiǎn)單易調(diào)的“并極三沖量”。這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(diǎn)是須整定的參數(shù)少,調(diào)試簡(jiǎn)單,方便易行;缺點(diǎn)是系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差大,動(dòng)態(tài)過(guò)程周期長(zhǎng),容易振蕩,執(zhí)行器動(dòng)作頻度大。方案2的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差小,動(dòng)態(tài)過(guò)程周期短,系統(tǒng)的魯棒性能好,執(zhí)行器動(dòng)作頻度小;缺點(diǎn)是調(diào)試復(fù)雜,工作量大,需要技術(shù)人員能力較強(qiáng)。目前,方案1基本不用,方案2在單回調(diào)節(jié)器及常規(guī)DCS系統(tǒng)中普遍應(yīng)用。
　　上述的方案1和方案2均為傳統(tǒng)的汽包水位控制方案,存在如下缺點(diǎn):
　　均為“位置式”PID控制,當(dāng)給水流量、主汽流量信號(hào)故障時(shí),控制回路失靈。
　　方案Ⅱ在給水壓力波動(dòng)或給水系統(tǒng)無(wú)調(diào)壓泵時(shí),給水門動(dòng)作頻度過(guò)大,鍋爐負(fù)荷波動(dòng)時(shí),給水跟蹤慢,水位偏差大。
　　針對(duì)上述情況,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)。
　　2.2 主汽流量信號(hào)以微分形式作為前饋加入到內(nèi)環(huán)給定。
　　2.3 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(dòng)或給水系統(tǒng)無(wú)調(diào)壓泵時(shí)汽包水位控制不穩(wěn)的困難。
　　主給水門、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(dòng)給水門采用單閉環(huán)控制系統(tǒng)。鍋爐由點(diǎn)火到并汽前啟動(dòng)給水門投自動(dòng),在10-70%額定負(fù)荷時(shí)副給水門投自動(dòng),在70-100%額定負(fù)荷時(shí)主給水門投自動(dòng)。三個(gè)給水調(diào)節(jié)門在任何時(shí)刻只能有一個(gè)投入自動(dòng)運(yùn)行,其余為手動(dòng)。
　　符號(hào)說(shuō)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控制器參數(shù):
　　共有三組PID控制器參數(shù),每組兩個(gè)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(duì)應(yīng)主給水門、輔助給水門和啟動(dòng)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(dòng)給水門用于鍋爐啟動(dòng)過(guò)程及并汽前的控制。三個(gè)給水調(diào)節(jié)門在任何時(shí)刻只能有一個(gè)投入自動(dòng)運(yùn)行,其余為手動(dòng)。
PID校正參數(shù):是PID控制的輔助參數(shù),與PID控制器配合實(shí)現(xiàn)各種控制狀態(tài)的轉(zhuǎn)換及控制策略的調(diào)整。
　　
　　3給水控制回路實(shí)時(shí)趨勢(shì)驗(yàn)證:
　　
　　投用后趨勢(shì)圖(見圖1):
　　從此趨勢(shì)圖中可以看出,#5鍋爐投用給水自動(dòng)控制系統(tǒng)之后,給水流量(位號(hào)FT101-F-CV)輸出值穩(wěn)定在縱軸數(shù)值188值之下,波動(dòng)范圍在10之間,振幅不及5%,輸出值穩(wěn)定,自動(dòng)控制效果明顯。
　　
　　4 結(jié)論
　　
　　本文基于模糊控制原理,詳細(xì)論述了模糊控制與實(shí)時(shí)控制相結(jié)合的單閉環(huán)加前饋控制系統(tǒng),并將其運(yùn)用于鍋爐給水控制系統(tǒng),使得給水流量即使在工況變化較大,負(fù)荷擾動(dòng)等的情況下,依然能夠保持自控,并用實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖證明了其良好的控制效果。本文提出的鍋爐給水自動(dòng)控制思路對(duì)于國(guó)內(nèi)鍋爐特別是工況較為惡劣的電站鍋爐的自控長(zhǎng)期投運(yùn)有很好的指導(dǎo)意義。其實(shí)施方案易于實(shí)現(xiàn), 且與電廠采用的控制設(shè)備類型無(wú)關(guān)。
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]曾光奇.《模糊控制理論與工程應(yīng)用》 武漢 華中科技大學(xué)出版社,2006年08月.
　　[2]張德泉.《集散控制系統(tǒng)原理及其應(yīng)用》北京 電子工業(yè)出版社,2007年08月.