【文章內(nèi)容簡介】 繼續(xù)加強(qiáng)，其結(jié)果勢必造成系統(tǒng)再次出現(xiàn)超調(diào)，這時 的積分作用對系統(tǒng)的有效控制幫了倒忙。 在控制系統(tǒng)中引入積分控制作用是減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)偏差的重要途徑。在常規(guī) PID控制中，積分作用對偏差的積分過程在一定程度上模擬了人的記憶特性，記憶了偏差的存在及其變化的全部信息。但它有以下幾個缺點(diǎn)： 1）．積分控制作用對積分過程選擇的針對性不強(qiáng)； 2）．只要偏差存在，就一直進(jìn)行積分，容易造成“積分飽和”： 3）．積分參數(shù)不易選擇，選用不當(dāng)會造成系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。 造成上述 積分控制作用不佳的原因在于：它沒有很好地體現(xiàn)出有經(jīng)驗(yàn)的操作人員的控制決策思想。在圖 3． 2的積分曲線區(qū)間 (a， b)和 (b， c)中，積分作用和有經(jīng)驗(yàn)的操作人員的控制作用相反。此時系統(tǒng)出現(xiàn)了超調(diào)。正確的控制策略應(yīng)該 是使控制量在常 值上加一個負(fù)量控制，以壓低超調(diào)，盡快減少偏差。但在此區(qū)間的積分控制作用卻增 加了一個正量控制。這是由于在 (0， a)區(qū)間的積分結(jié)果很難被抵消而改變符號，故積分控制量仍保持為正。這樣的結(jié)果導(dǎo)致系統(tǒng)超調(diào)不能迅速降低，從而延長了系統(tǒng)的過渡過程時間。 仿人智能 P1D控制器由比例和積分組成，其系數(shù)由控制 規(guī)則提供：另外，在判斷條件中用上誤差的差分，因此，它也含有對誤差微分的作用，故仍稱之為 PID控制器，其結(jié)構(gòu)框圖如下： 圖 仿人智能 PID結(jié)構(gòu)框圖 從誤差 e和誤差的變化△ P這兩個基本的模糊控制變量出發(fā)，引入其它的特征變量，以便從動態(tài)過程中獲取更多的特征信息，進(jìn)而利用這些信息更好地設(shè)計仿人智能控制器。 仿人智能控制系統(tǒng)的設(shè)計方法 被控對象的“類等效”簡化模型 具有可調(diào)參數(shù)的控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型簡化理論表明，盡管在許多情況下被控對象的全特性不確知，但其所具有的非線性， 時變性和不確定性對控制的影響總可以用一些典型的非線性環(huán)節(jié)加上被控對象的“類等效”的簡化線性模型，在結(jié)構(gòu)和參數(shù)上的變化來近似模擬。根據(jù)對被控對象的定性了解，建立起對象的結(jié)構(gòu)模型，并根據(jù)對某些反映被控對象動態(tài)特性的主要特征量的模糊估計確定對象模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)可能變化的大致范圍 [7]。 設(shè)一個帶有純滯后環(huán)節(jié)的高階線性動態(tài)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)形式為： G（ s) = snnmm esbsb sasaK ???? ??? )......1( )......1( 1 1τ （ 231） 則描述系統(tǒng)動態(tài)特性的時域和頻域的主要特征量有： 增益（ Gain） K：表示系統(tǒng)對零頻（直流）輸入信號的放大能力，決定了穩(wěn)定系統(tǒng)系統(tǒng)域中單位階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值，即 K = )(lim0 sGs? （ 232） 純滯后τ：表示系統(tǒng)對輸入信號的不應(yīng)期。 等效時滯：表示系統(tǒng)對輸入信號的滯后特性，由下述積分定義表示 D = tdKtgtu ))()((0 ??? (233) 式中： u（ t）為單位階躍輸入函數(shù)， g（ t）為 G（ s）的單位階躍響應(yīng)。 D是系統(tǒng)中所有滯后（積分）因素和所有超前（微分）因素之差，其與傳遞函數(shù)的關(guān)系為 D = b1 0111 )]([ ??? ????? ?? wwmi inj j jwGddTa ? (234) 等效支配極點(diǎn)： 確定系統(tǒng)的基本性狀（單調(diào)，振蕩，穩(wěn)定或不穩(wěn)定）。 主要頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)（帶寬頻率，截止頻率，穿越頻率，轉(zhuǎn)角頻率及相應(yīng)的相位角）：反映系統(tǒng)對不同頻率信號的通過能力，以及系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。 被控對象的“類等效”簡化模型應(yīng)該在增益，純滯后，等效時滯，等支配極點(diǎn)和某些主要頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)上與對象一致。因此，“類等效”簡化模型最大的特點(diǎn)是，它在反映對象主要動態(tài)特性的一些主要特征量上與實(shí)際對象一致。 被控對象的模型處理 根據(jù)系統(tǒng)“類等效”模型的定義，可以通過對被控對象的定性了解，建立起 對象的結(jié)構(gòu)模型，并根據(jù)對主要 特征量（如某些非線性特征，純滯后，等效時滯和增益等）的模糊估計，可以確定對象模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)可能變化的大致范圍。例如：具有純滯后的過程對象和具有非線性環(huán)節(jié)的伺服對象，可以對被控對象做如下處理 帶純滯后過程對象 ???? ? esbsb saK )1)(1( )1(211 ???????????????????39。39。39。239。39。2239。139。39。1139。139。39。1139。39。39。39。???bbbbbbaaaKKK (235) 帶非線性環(huán)節(jié)伺服對象 )1( )1()( bss asKf ??? ???????????39。39。39。39。39。39。39。39。39。bbbaaaKKK （ 236） 仿人智能控制器具有多種控制模態(tài)（變結(jié)構(gòu)，多參數(shù)）和分層遞階（運(yùn)行控制，參數(shù)校正，任務(wù)適應(yīng)）的控制結(jié)構(gòu)，因而有非常強(qiáng)的魯棒性和適應(yīng)性。仿人智能控制器的設(shè)計就是要確定其結(jié)構(gòu)和參數(shù)。式（ 235）中 5個參數(shù)變化的范圍可以在相當(dāng)程度上模擬一類具有純滯后的過程對象，式（ 236）中 3個參數(shù)變化的范圍則可以在相當(dāng)程度上模擬一類帶典型非線性環(huán)節(jié)的伺服對象。仿人智能控制器設(shè)計的任務(wù)就是采用盡 可能簡單的結(jié)構(gòu)和盡可能少的控制模態(tài)和參數(shù)，能夠在以上對象模型參數(shù)變化的范圍內(nèi)，都能達(dá)到控制指標(biāo)的要求?？梢哉f這樣的模型處理解決了在沒有對象準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型的條件下的仿人智能控制器設(shè)計時的對象模型問題 [7]。 仿人智能控制算法研究 仿人比例控制算法 仿人比例控制系統(tǒng)如下圖 ：圖中積分開關(guān)只有在滿足穩(wěn)定輸出時才閉合一次，完成 eee nn ?? ?100 運(yùn)行后又立即斷開，此后 ne0 不變。 圖 仿人比例控制 為了判斷系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)而不受干擾和擾動的影響，給出如下判據(jù)：系統(tǒng)處于穩(wěn)定的充分條件是存在一個 ko使得 ko≤ k≤ ko+N時 , |e(k)e(k1)| δ （ 241） 或者以連續(xù) N滿足 |e(k)e(k1)| δ 作為判穩(wěn)條件。 為實(shí)現(xiàn)仿人比例控制方法 ,可采用如下產(chǎn)生式規(guī)則描述： IF ??????? )1()(,00 kekeNKKK THEN （ 242） eee nn ?? ?100 )(k （ 243） 常數(shù) δ 取系統(tǒng)允許穩(wěn)定差的 — 2倍。 N與對象的時間常數(shù) P和純滯后 τ 有關(guān)。設(shè)采樣時間為 T，則 N∝ (P/T+τ /T)。 上述控制算法實(shí)質(zhì)上等價于比例控制加智能積分。（未滿足條件僅起比例作用，穩(wěn)定條件滿足積分起一次作用）。 上述的仿人比例控制算法 =比例 +智能積分，有效地解決了傳統(tǒng) 控制器設(shè)計中穩(wěn)態(tài)精度與穩(wěn)態(tài)誤差的矛盾。 仿人積分控制算法 在控制系統(tǒng)中引入積分控制作用是減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)偏差的重要途徑，在常規(guī) PID控制中，其積分是對時間軸上的所有數(shù)據(jù)的全時效積分，即記憶了偏差的存在及其變化的全部信息，它有以下幾個缺點(diǎn)： 1） 積分控制作用針對性弱 2） 只要偏差存在，積分就起作用，易于引起積分飽和現(xiàn)象 3） 積分參數(shù)選擇不當(dāng)即易造成系統(tǒng)的振蕩 造成上述積分控制作用不佳的原因在于：它沒有很好的體現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)的操作人員的控決策思想。下圖給出了系統(tǒng) PID 中的積分和人類積分的響應(yīng)曲線。圖 8 圖 偏差與積分 對 ab 和 bc段而言：在 ab段已出現(xiàn)超調(diào)，正確的作用是使控制量在常志上加一個負(fù)量控制以壓低超調(diào)盡快減小偏差，但是 PID 中控制量還是正的，這是因?yàn)閛a 積分作用過大， ab 是負(fù)積分難以抵消 oa 的影響，故積分控制量仍是正值。從而導(dǎo)致超調(diào)不能迅速降低，延長系統(tǒng)的過渡時間。 為克服上述積分控制作用的缺點(diǎn)，采用第二種積分作用，即在（ a,b）（ c,d）（ e,f）等區(qū)間中積分，這時的積分能為積分控制作用及時給出正確的積分控制量，能有效的抑制系統(tǒng)誤 差的增加，而在（ o,a）（ b,c）（ d,e）區(qū)間上停止積分作用，只利用系統(tǒng)借助于慣性向穩(wěn)態(tài)過渡，而此時系統(tǒng)并不失控，它還受到比例等控制作用的抑制。 根據(jù)前面的分析，可以得到引入智能積分的判斷條件為： 當(dāng) e△ e0時，對偏差進(jìn)行積分；當(dāng) e△ e0時，不對偏差進(jìn)行積分。在考慮到偏差及偏差變化的極值點(diǎn)的情況，可把引入積分和不引入積分的條件綜合如下： 1） if e△ e0 or (△ e=0 and e≠ 0) then 積分 2） if e△ e0 or e=0 then 不積分 這樣引入的積分即為智能積分作用 ，下圖 8 為具有智能積分的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 。 圖 具有智能控制積分控制的控制系統(tǒng) 仿人智能控制器算法模型 仿人智能控制器基本的控制算法模型如下 : 選擇描述系統(tǒng)動態(tài)特性的特征模型φ為 ? ?4321 , ????? ? ?????????????????0:0:0,0:0:4321EEEEEEE???? (244) 選擇決策與控制模式Ψ為 Ψ = {Ψ 1 ,Ψ 2 } ??????????????NimppiEKKnuuEKnuu1201,)(:)1(: (245) 式中 , u 為控制器的輸出 。 Kp 為控制器的增益系數(shù) 。 K 為控制器的保持系數(shù) 。 u0 ( n) 為 u 的第 n 次保持值 。 E 為系統(tǒng)的偏差 。 E為偏差的變化率 。 Em, i為第 i 個極值。啟發(fā)式與直覺推理規(guī)則 , 即產(chǎn)生式規(guī)則Ω為 : ? ?4321 , w?? ???????????444333222111::::T H E NIFwT H E NIFwT H E NIFwT H E NIFw???? (246) 于是推理決策過程 φ ,Ψ ,Ω 表示為如下算法 ???????????????????????0,0,)(0,0,0,)1()(100EOREEiEKKnuEEOREEEKnutu Nimpp (247) 3 500t/h CFB 鍋爐爐膛負(fù)壓仿人智能控制系統(tǒng)設(shè)計 500t/h CFB 鍋爐爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)的簡介 爐膛壓力控制系統(tǒng)簡介 鍋爐作為電廠中的重要設(shè)備，為了保證爐膛的穩(wěn)定燃燒 ，爐膛壓力控制的作用就顯而易見了。對于負(fù)壓燃燒鍋爐，如果爐膛壓力接近于大氣壓力，則爐煙往外冒出，能源浪費(fèi)且影響設(shè)備和工作人員的安全；反之，如果爐膛壓力太低，又會使大量的冷空氣漏入爐膛內(nèi)，降低爐膛溫度，增大了引風(fēng)機(jī)負(fù)荷和排煙帶走的熱量損失。一般爐膛壓力維持在比大氣壓力低 20100Pa 左右 [8]。 引風(fēng)控制的任務(wù)是保持爐膛負(fù)壓在規(guī)定的范圍之內(nèi)。由于引風(fēng)調(diào)節(jié)對象的動態(tài)響應(yīng)快，測量也容易，所以引風(fēng)控制系統(tǒng)一般只需采用以爐膛負(fù)壓 pf作為被調(diào)量的單回路控制系統(tǒng)。由于送風(fēng)量的變化時引起負(fù)壓波動的主要原因，為了使引風(fēng)量快 速地跟蹤送風(fēng)量，以保持二者的比例，可將送風(fēng)量作為前饋引入引風(fēng)調(diào)節(jié)器。這樣當(dāng)送風(fēng)控制系統(tǒng)動作時，引風(fēng)控制系統(tǒng)也立即跟著動作，而不是等爐膛負(fù)壓偏離給定值后再動作，從而能使?fàn)t膛負(fù)壓基本保持不變。所以引風(fēng)控制系統(tǒng)引入送風(fēng)前饋信號以后，將有利于提高引風(fēng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和減小爐膛負(fù)壓的動態(tài)偏差。 送風(fēng)量信號通過前饋補(bǔ)償裝置 f（ x）送到引風(fēng)調(diào)節(jié)器而使引風(fēng)量跟著改變，是一個快速補(bǔ)償（前饋）系統(tǒng)。但當(dāng)系統(tǒng)處于靜態(tài)時，前饋補(bǔ)償裝置 f（ x）的輸出應(yīng)為零，以使?fàn)t膛壓力保持為給定值。 爐膛壓力的測量 爐膛壓力的測量采用 3 個差壓變送器， 3個差壓變送器的輸出分別送到 3個小值選擇器， 3個小值選擇器的輸出再送到大值選擇器，大值選擇器的輸出為 3個差壓變送器的輸出（測量）值的中間值。采用 3 個差壓變送器的目的是為了防止因變送器故障或信號管路阻塞而影響測量值的可靠性，從而影響爐膛余力控制的可靠性。 測量的中間值與差壓變送器的輸出（測量）值進(jìn)行比較，如果偏差超過一定范圍，則將發(fā)出報警信號。爐膛壓力大于 +30Pa 或小于 40Pa,通過“三態(tài)信號監(jiān)視器”發(fā)出報警信號。 爐膛壓力控制的主要功能 控制系統(tǒng)除完成正常的控制功能外 , 還實(shí)現(xiàn) 下列保護(hù)功能：