基于自整定模糊pid控制的鍋爐汽包水位控制研究

基于自整定模糊pid控制的鍋爐汽包水位控制研究

在鍋爐的運行中，水位是一個非常重要的參數(shù)如果水位過高，會影響水壓分離的效果，導(dǎo)致空氣設(shè)備的失敗。如果水位太低，你就會破壞水和汽油箱的循環(huán)，嚴(yán)重時會導(dǎo)致鍋爐爆炸。與此同時，高性能鍋爐的蒸汽流量很大，汽包的體積相對較小。因此，對鍋爐水位的控制非常重要。記錄鍋爐水位的自動控制任務(wù)是控制給水流量，并將蒸發(fā)量與允許范圍內(nèi)的水位變化一起。1鍋爐汽包水位動態(tài)特性三沖量控制系統(tǒng)是在流量反饋控制基礎(chǔ)上,引入蒸汽流量前饋沖量而構(gòu)成的汽包水位控制系統(tǒng)·這種系統(tǒng)以汽包水位、蒸汽流量和給水流量為沖量來調(diào)節(jié)給水調(diào)節(jié)閥的開度,維持水位的穩(wěn)定·通過對給水流量的調(diào)節(jié),使汽包內(nèi)部的物料達到動態(tài)平衡,如圖1所示·變化在允許范圍之內(nèi),鍋爐汽包水位對蒸氣流量和給水流量變化的響應(yīng)呈積極特性·但是在負荷(蒸氣流量)急劇增加時,表現(xiàn)卻為“逆響應(yīng)特性”,即所謂的“虛假水位”·如何克服“虛假水位”現(xiàn)象是汽包水位調(diào)節(jié)的關(guān)鍵·由于在不同階段,汽包水位動態(tài)特性不斷變化,使得采用單一結(jié)構(gòu)和參數(shù)的三沖量控制方法達不到滿意的控制效果·采用自整定模糊PID控制方法來控制鍋爐的汽包水位,使得鍋爐水位即使在擾動幅度較大的情況下仍能保持自控,獲得了良好的控制效果·2模糊自整定pid控制器自整定pid控制器運用模糊數(shù)學(xué)的基本理論和方法,把規(guī)則的條件、操作用模糊集表示,并把這些模糊控制規(guī)則以及有關(guān)信息(如評價指標(biāo)、初始工參數(shù)等)作為知識存入計算機知識庫中,然后計算機根據(jù)控制系統(tǒng)的實際響應(yīng)情況(即專家系統(tǒng)的輸入條件),運用模糊推理,即可自動實現(xiàn)對參數(shù)的最佳調(diào)整,這就是模糊自整定PID控制·自整定模糊PID控制器結(jié)構(gòu)如圖2所示·1模糊自整定psd控制器的設(shè)計在鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中,輸入變量選擇為汽包水位的偏差值e和偏差值的變化量ec,輸出變量選擇為PID參數(shù)的校正值,即ΔKp,ΔKi和ΔKd·在模糊自整定P1D控制器中,采用的是二維模糊控制器(如圖3所示)·2模糊算子的性質(zhì)取輸入語言變量e和ec的論域均為e,ec={-6,-4,-2,0,2,4,6},其模糊子集為e,ec=NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB·語言變量e,ec,ΔKp,ΔKi,ΔKd語言變量的隸屬度函數(shù)均采用三角形隸屬度函數(shù)如圖4所示,語言變量ΔKi的隸屬度函數(shù)如圖5所示·3參數(shù)模糊規(guī)則表IfeandecthenΔKpIfeandecthenΔKiIfeandecthenΔKd根據(jù)以上規(guī)則可得參數(shù)模糊規(guī)則表如表1～表3所示·4ax-min推理合成算法在模糊控制中采用易于實現(xiàn)的數(shù)據(jù)驅(qū)動的正向推理,并采用MAX-MIN推理合成算法,即C′=(A′andB′)?RR=21∪i=1R1Ri=(A′andB′)→Ci式中,模糊集合C′表示輸出模糊量u;Ri代表每一條模糊規(guī)則·5鍋爐汽包水位實時控制系統(tǒng)優(yōu)化仿真結(jié)果在汽包水位實時控制中,根據(jù)汽包水位的誤差e和誤差變化量ec,直接查找模糊控制表得出校正量,分別乘以比例因子求得最終結(jié)果ΔKp,ΔKi,ΔKd·在鍋爐汽包水位實時控制系統(tǒng)中,在求得模糊控制器輸出量ΔKp,ΔKi,ΔKd后,將其與PID基準(zhǔn)值相加,到整定的瞬態(tài)PID參數(shù)·3模糊控制出現(xiàn)超調(diào),這也是保證系統(tǒng)運行的一個重要在Simulink中的模糊自調(diào)整PID控制系統(tǒng)如圖6所示·從仿真結(jié)果分析,采用模糊控制方法對PID參數(shù)進行在線調(diào)整,是在偏差較大時使Kp增大,提高了系統(tǒng)的響應(yīng)時間,在中間過程抑制了系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)超調(diào),在接近穩(wěn)態(tài)時Kp,Ki增大,Kd減小,使系統(tǒng)縮短了穩(wěn)態(tài)時間,抑制了振蕩,控制精度高,動態(tài)性能好,魯棒性強·鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線可以看出,采用模糊自調(diào)整的PID控制系統(tǒng)的效果要好于傳統(tǒng)的P1D控制系統(tǒng)和純模糊的控制系統(tǒng),具體體現(xiàn)在:1)自整定模糊PID控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間短;2)自整定模糊PID控制的超調(diào)量較小;3)自整定模糊PID控制上升時