Fuzzy-PI复合控制在火电厂过热蒸汽温度系统中的应用

2022-10-29

1 模糊化设计

对子过热蒸汽温度θ2, 将设定温度和实际过热器出口温度之间的误差值。模糊化, 选择语言集为{负大 (NB) , 负中 (NM) , 负小 (NS) , 零 (ZE) , 正小 (PS) , 正中 (PM) , 正大 (PB) }, 模糊论域选择为[-n n-1…-1 0 1…n-1 n], 最大温度偏差范围为[-q q], 则量化因子为:

对于过热蒸汽温度偏差变化率ec, 选择合适的模糊论域和偏差变化率范围, 按照上式可以计算出相应的模糊量化因子Kec, 在这里为了方便起见, 本文选择偏差e、偏差变化率ec具有相同模糊论域。

对于输出量u, 调节范围为[-R R], 语言集为{负大 (NB) , 负中 (NM) , 负小 (NS) , 零 (ZE) , 正小 (PS) , 正中 (PM) , 正大 (PB) }, 模糊论域选择为[-m m-1…-1 0 1…m-1m], 输出比例因子为:

在设计过程中, 选取这些变量的模糊论域均为[-20-19…-1 0 1…19 20], 选取相同的三角形隶属函数。并建立E, EC, U的隶属度赋值

2 仿真研究

在时间t=450s至t=470s时, 对常规PID控制器和Fuzzy-PI复合控制器加入蒸汽流量扰动信号, 幅值为0.5, 其他时间内没有扰动信号, 进行仿真。两个控制系统阶跃响应对比曲线如图1与2所示。

通过MATLAB仿真, 比较Fuzzy-PI复合串级控制与常规PID控制的效果, 可以得出:对于锅炉这种具有非线性、参数不稳定、难以建立精确的数学模型的控制对象, 采用Fuzzy-PI复合控制方式, 可以取得比常规PID控制更好的控制效果, 其特点主要是超调小, 调节时间短, 系统很快进入稳态, 控制精度高, 无稳态误差, 而且系统的鲁棒性和抗干扰能力均有所提高, 但由以上的相应曲线可知, 这种模糊控制的精度并不是很高, 并且当有扰动出现的时候, 系统随扰动而出现波动, 抗扰动的能力不强。可见这种模糊控制器对一般工况具有较好的调节能力, 但是对于扰动情况, 效果并不是很理想, 因此为了实现蒸汽温度控系统的良好控制性能, 有必要对控制方法进行一定的改进。

3 结语

蒸汽温度是火电厂非常重要的监测与控制参数, 基于蒸汽温度控制的严格要求, 其控制策略历来被重视。传统的控制系统是采用PID串级控制, 但由于常规PID控制器是以固定参数为主, 当外界扰动较大和对象特性变化较大时, 抑制干扰能力及控制效果均较差, 因此考虑模糊控制对对象模型难以确定、非线性、大滞后情况有良好的控制品质, 提出一种Fuzzy-PI复合模糊控制结构, 并用遗传算法对隶属度函数、量化因子和比例因子加以改进。通过仿真对其进行研究并同常规的PID控制系统进行比较证明其可行性。

摘要：本文在对火电厂过热气温控制对象特点分析基础上, 保留串级控制抗内扰的性能, 结合模糊控制动态特性好的特点, 提出了一种复合模糊串级控制设计。将建立在传统的PID控制下的模型与之复合模糊串级控制的模型运用MATLAB中的SIMULINK软件进行方针, 并将仿真结果进行比较, 得到复合模糊串级控制设计的方法更容易达到稳定, 抗干扰能力更强。

关键词：模糊控制,PID控制,过热气温