【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 繼續(xù)加強(qiáng)，其結(jié)果勢(shì)必造成系統(tǒng)再次出現(xiàn)超調(diào)，這時(shí) 的積分作用對(duì)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(duì)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(gè)缺點(diǎn)： 1）．積分控制作用對(duì)積分過程選擇的針對(duì)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(huì)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(shí)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(gè)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(gè)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(hào)，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(zhǎng)了系統(tǒng)的過渡過程時(shí)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(duì)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(gè)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(dòng)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(jì)仿人智能控制器。 仿人智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 被控對(duì)象的“類等效”簡(jiǎn)化模型 具有可調(diào)參數(shù)的控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化理論表明，盡管在許多情況下被控對(duì)象的全特性不確知，但其所具有的非線性， 時(shí)變性和不確定性對(duì)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(duì)象的“類等效”的簡(jiǎn)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(duì)被控對(duì)象的定性了解，建立起對(duì)象的結(jié)構(gòu)模型，并根據(jù)對(duì)某些反映被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的主要特征量的模糊估計(jì)確定對(duì)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(gè)帶有純滯后環(huán)節(jié)的高階線性動(dòng)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(dòng)態(tài)特性的時(shí)域和頻域的主要特征量有： 增益（ Gain） K：表示系統(tǒng)對(duì)零頻（直流）輸入信號(hào)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(duì)輸入信號(hào)的不應(yīng)期。 等效時(shí)滯：表示系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)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(duì)不同頻率信號(hào)的通過能力，以及系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。 被控對(duì)象的“類等效”簡(jiǎn)化模型應(yīng)該在增益，純滯后，等效時(shí)滯，等支配極點(diǎn)和某些主要頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)上與對(duì)象一致。因此，“類等效”簡(jiǎn)化模型最大的特點(diǎn)是，它在反映對(duì)象主要?jiǎng)討B(tài)特性的一些主要特征量上與實(shí)際對(duì)象一致。 被控對(duì)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(duì)被控對(duì)象的定性了解，建立起 對(duì)象的結(jié)構(gòu)模型，并根據(jù)對(duì)主要 特征量（如某些非線性特征，純滯后，等效時(shí)滯和增益等）的模糊估計(jì)，可以確定對(duì)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(duì)象和具有非線性環(huán)節(jié)的伺服對(duì)象，可以對(duì)被控對(duì)象做如下處理 帶純滯后過程對(duì)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(duì)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(jì)就是要確定其結(jié)構(gòu)和參數(shù)。式（ 235）中 5個(gè)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(duì)象，式（ 236）中 3個(gè)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(duì)象。仿人智能控制器設(shè)計(jì)的任務(wù)就是采用盡 可能簡(jiǎn)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(duì)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(duì)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(jì)時(shí)的對(duì)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(shí)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(dòng)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(gè) ko使得 ko≤ k≤ ko+N時(shí) , |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(duì)象的時(shí)間常數(shù) P和純滯后 τ 有關(guān)。設(shè)采樣時(shí)間為 T，則 N∝ (P/T+τ /T)。 上述控制算法實(shí)質(zhì)上等價(jià)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(jì)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(duì)時(shí)間軸上的所有數(shù)據(jù)的全時(shí)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(gè)缺點(diǎn)： 1） 積分控制作用針對(duì)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(duì) 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(gè)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(zhǎng)系統(tǒng)的過渡時(shí)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(shí)的積分能為積分控制作用及時(shí)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(shí)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(shí)，對(duì)偏差進(jìn)行積分；當(dāng) e△ e0時(shí)，不對(duì)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(dòng)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(gè)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(jì) 500t/h CFB 鍋爐爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)介 爐膛壓力控制系統(tǒng)簡(jiǎn)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(duì)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(huì)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(duì)象的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，測(cè)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(shí)引起負(fù)壓波動(dòng)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(dòng)作時(shí)，引風(fēng)控制系統(tǒng)也立即跟著動(dòng)作，而不是等爐膛負(fù)壓偏離給定值后再動(dòng)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(hào)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(dòng)態(tài)偏差。 送風(fēng)量信號(hào)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(gè)快速補(bǔ)償（前饋）系統(tǒng)。但當(dāng)系統(tǒng)處于靜態(tài)時(shí)，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(cè)量 爐膛壓力的測(cè)量采用 3 個(gè)差壓變送器， 3個(gè)差壓變送器的輸出分別送到 3個(gè)小值選擇器， 3個(gè)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(gè)差壓變送器的輸出（測(cè)量）值的中間值。采用 3 個(gè)差壓變送器的目的是為了防止因變送器故障或信號(hào)管路阻塞而影響測(cè)量值的可靠性，從而影響爐膛余力控制的可靠性。 測(cè)量的中間值與差壓變送器的輸出（測(cè)量）值進(jìn)行比較，如果偏差超過一定范圍，則將發(fā)出報(bào)警信號(hào)。爐膛壓力大于 +30Pa 或小于 40Pa,通過“三態(tài)信號(hào)監(jiān)視器”發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 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：