【文章內(nèi)容簡介】 過 3 階。通常取熱電偶傳遞函數(shù)： (22) 綜上所述，對于煙氣再 循環(huán)再熱器調(diào)溫自動控制系統(tǒng)，調(diào)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對動態(tài)特性的影響取為熱量 q1(s)對出口焓 i2(s)擾動型的傳遞函數(shù)。表達(dá)式如 式 (23)： (23) 擺動燃燒器法再熱器溫度控制系統(tǒng)對動態(tài)參數(shù)的影響 通過擺動燃燒器的傾角來改變爐膛火焰中心的位置和爐膛出口溫度，從而改變爐膛受熱面的負(fù)荷分布，且使得相應(yīng)吸熱比例發(fā)生變化，達(dá)到 調(diào)溫 的目的。 其動態(tài)特性可視為吸熱量對出口焓值的擾動。因此，其動態(tài)特性也可按式 (21)來計(jì)算，且其動態(tài)特性不會超過 2 階，加上熱電偶在內(nèi)，總動態(tài)特性也不會超過 3階。 綜上所述，對于 擺動燃燒器 再熱器調(diào)溫自動控制系統(tǒng)，調(diào)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對動態(tài)特性的影響取為熱量 q1(s)對出口焓 i2(s)擾動型的傳遞函數(shù)，其 表達(dá) 式如 式 (23)。 再熱汽溫 數(shù)學(xué)模型的建立 現(xiàn)在以華能大連電廠 3和 4爐額定蒸發(fā)量均為 1165t/h，單爐膛、單鼓、一次再熱、自然循環(huán)燃煤鍋爐 為例 。 鍋爐 運(yùn)行規(guī)程 參數(shù) 末級過參數(shù)：出口蒸汽流量 ；出口壓力 /溫度 ℃。 再熱器參數(shù)： 出口蒸汽流量 ； 出口壓力 /溫度 ℃。 再熱器結(jié)構(gòu)：再熱器為一級，分為低溫段和高溫段，兩段之間無聯(lián)箱，其低溫段位于豎井煙道一級過熱器的下部，高溫段為混合式懸掛于水平煙道中。再熱器入口 設(shè)ssG 301 1)( ??2ssTαsGsGsG 3011)121(11)()()(m2 ?????? ）（21))1(21(11)(sTsGm???? 21 8 有事故噴水減溫器 調(diào)溫方式：正常汽溫調(diào)節(jié)使用煙氣再循環(huán)控制，在循環(huán)煙 氣來自引風(fēng)機(jī)出口至冷灰斗底部；當(dāng)汽溫偏高時(shí)，輔以事故噴水減溫。 表 21 為華能大連電廠二期鍋爐運(yùn)行規(guī)程鍋爐數(shù)據(jù)一覽表 。 表 21 華能大連 電廠二期鍋爐運(yùn)行規(guī)程鍋爐數(shù)據(jù)一覽表 名稱 外徑（ mm） 厚度（ mm） 數(shù)目（根） 材料 平均煙速 再熱器入口聯(lián)箱 736/1D 30 1 BS3602 500N 再熱器入口聯(lián)箱 726/1D 38 1 ASTMA335M P91 再熱器低溫管排 871? BS3059 440 再熱器垂直管 871? BS3059 440 m/s 再熱器末級入口段 871? BS3059 440 m/s 再熱器末級前段 871? RS3059 622 490 m/s 再熱器末級倒數(shù)第二段 871? ASTM A213M P91 m/s 再熱器末級出口段 871? ASTM A213M P91 m/s 計(jì)算過程 ： 再熱器系統(tǒng)的金屬總重量 Gm=17317+26400+58630+245410+347757Kg 管子換熱的內(nèi)表面積 H2=7206+1652=858m2 金屬比熱 Cm=? 管子 內(nèi)壁對工質(zhì)的放熱系數(shù) ?20 =? 工質(zhì)定壓比熱容 Cp=? 金屬蓄熱時(shí)間常數(shù) 動態(tài)參數(shù) ； sTnT 2 1 7302 ??? 1 )( ???? 21 2T nTn 若取 3?n ， 則 sT 72? sHD GCT mmm ??????? 20sCD H p ??????? 0 2??sTαT m ）(121）211（ 2 1 ????????12?n 9 則再熱器系統(tǒng) 總 的傳遞函數(shù)： (24) 121615 55232 724 8 1)721 1)( 233 ?????? sssssG （ 10 第三章 模糊控制 與 PID 控制 模糊控制是一類應(yīng)用模糊集合理論的控制方法。一方面，模糊控制提出一種新的機(jī)制用于實(shí)現(xiàn)基于知識甚至語義描述的控制規(guī)律；另一方面，模糊控制為非線性控制器提出一個(gè)比較容易的設(shè)計(jì) 方法，尤其 是當(dāng)受控裝置含有不確定性而且很難用常規(guī)非線性控制理論處理時(shí)，更為 有效。 PID 控制具有原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)、參數(shù)整定方便、結(jié)構(gòu)改變靈活、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在連續(xù)系統(tǒng)中獲得很廣泛的應(yīng)用 。 本章將首先簡述模糊控制系統(tǒng)的組成，然后講述模糊控制的原理，其次講述模糊控制器的基本設(shè)計(jì) 和 PID 控制 。 模糊控制理論 模糊控制簡介 1965 年扎德 （ ）引入的模糊邏輯 成為處理現(xiàn)實(shí)世界各類物體的方法，此后，對模糊集合和模糊控制的理論研究和實(shí)際應(yīng)用獲得廣泛開展，在過去的 20 年中，模糊控制也是智能 控制中一個(gè)十分活躍的研究與應(yīng)用領(lǐng)域。 一般的模糊控制是一種基于模糊控制規(guī)則的控制。被控對象的非線性、時(shí)變性及隨機(jī)干擾等因素，或多或少地造成了模糊控制的不適合和不完整，這必然會 影響控制效果。另外，模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性也得不到保證。對模糊 控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，有利于了解模糊控制系統(tǒng)的優(yōu)勢和不足，有利于為再 熱汽溫模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供相關(guān)的重要理論依據(jù)，有利于在模糊控制器設(shè)計(jì)的過程中，揚(yáng)長避短，最大限度地發(fā)揮模糊控制的優(yōu)勢，克服模糊控制自身的不足。 模糊控制的基本原理 模糊控制系統(tǒng)是以模糊數(shù)學(xué)、模糊 語言形式的知識表示和模糊邏輯的規(guī)則推理為理論基礎(chǔ)，采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有反饋通道的閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)字控制系統(tǒng)。在用模糊控制方法解決控制問題時(shí)，只需對控制中所可能出現(xiàn)的各種情形加以分析，依據(jù)控制者的經(jīng)驗(yàn)和知識，尋求解決的一般方法，然后用模糊控制規(guī)則集的形式加以體現(xiàn)，模糊控制的精度依賴于模糊控制規(guī)則集制定的是否完整和詳細(xì)。 模糊控制屬于計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的一種形式，因此，模糊控制系統(tǒng)的組成類似于一般的數(shù)字控制系統(tǒng)。如圖 31 所示。 11 圖 31 模糊控制系統(tǒng)框圖 模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)如圖 31 虛線框 中所示。它由模糊化、知識庫、模糊推理和清晰化四個(gè)基本單元組成。它們的作用說明如下： （ 1）模糊化。測量輸入變量和受控系統(tǒng)的輸出變量，并把它們映射到一個(gè)合適的響應(yīng)論域的量程，然后，精確的輸入數(shù)據(jù)被變換為適當(dāng)?shù)恼Z言值或模糊集合的標(biāo)識符。本單元可視為模糊集合的標(biāo)記。 （ 2）知識庫。涉及應(yīng)用領(lǐng)域和控制目標(biāo)的相關(guān)知識，它由數(shù)據(jù)庫和語言控制規(guī)則庫組成。數(shù)據(jù)庫為語言控制規(guī)則的論域離散化和隸屬函數(shù)提供必要的定義。語言控制規(guī)則標(biāo)記控制目標(biāo)和領(lǐng)域?qū)＜业目刂撇呗浴? （ 3）模糊推理。這是模糊控制的核心，以模糊概念為基礎(chǔ)，模糊控制信 息可通過模糊蘊(yùn)涵和模糊邏輯的推理規(guī)則來獲取，并可實(shí)現(xiàn)擬人決策過程。根據(jù)模糊輸入和模糊控制規(guī)則，模糊推理求解模糊關(guān)系方程，獲得模糊輸出。 （ 4）清晰化。起到模糊控制的推斷作用，并產(chǎn)生一個(gè)精確的或非模糊的控制規(guī)則。此精確控制作用必須進(jìn)行輸出定標(biāo)，這一作用是在對受控過程進(jìn)行控制之前通過變量交換實(shí)現(xiàn)的 [6]。 模糊控制器的設(shè)計(jì) 模糊控制可以被認(rèn)為是在總結(jié)采用人類自然語言概念操作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上升華而發(fā)展起來的模仿人類智能的一類控制方法，這類控制的核心是模糊控制器。 模糊控制器的作用過程，是將控制偏 差等精確量模糊數(shù)學(xué)化為模糊量，然后， 根據(jù)基于語言控制規(guī)則或操作經(jīng)驗(yàn)提取的模糊控制規(guī)則，經(jīng)推理得到控制作用的 模糊量，最后，采用一定的清晰化算法，將模糊控制量換算為精確控制量輸入給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而完成系統(tǒng)的模糊作用過程。 模糊化運(yùn)算 模糊化運(yùn)算是將輸入空間的觀測量映射為輸入論域上的模糊集合。模糊化在處理不確定信息方面具有重要的作用。對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊化是必不可少的。 在模糊控制器中，一般可以將 誤差 、 誤差 變化率 作為 模糊控制 的輸 入量。 12 在模糊控制系統(tǒng)中， 誤差 E 和 誤差 變化率 EC 的變化范圍必須被變換成 相應(yīng)的語言 變量 E 及 EC 的實(shí)際變化范圍， E 及 EC 的實(shí)際變化范圍被稱為 誤差及其 變化率 語言 變量的基本論域。 在模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，由于必須將模糊控制器輸 入量誤差 e 的任何實(shí)際數(shù)值，變換成其論域中相應(yīng)的元素，二者的 差異很 大，因而需要通過量化因子進(jìn)行論域變換。 設(shè)誤差 的實(shí)際變化范圍為 [ *mine ， *maxe ]，其模糊論域?yàn)?[ mine ， maxe ]，故 誤差的量化因子 ek 為 （ 31）同理，可得 誤差 變化率的量化因子 eck 同上式所示。 與量化因子進(jìn)行 論域變換相對應(yīng)，需要通過比例因子才能將經(jīng)過模糊控制器運(yùn)算后的結(jié)果 [ minu ， maxu ]變換成輸出量 [ *minu ， *maxu ]。輸出量 u 的比例因子 ?k 為 （ 32） 知識庫 一、數(shù)據(jù)庫 模糊控制器中的知識庫由兩部分組成 :數(shù)據(jù)庫和模糊控制規(guī)則庫。首先討論數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫中包含了與模糊控制規(guī)則及模糊數(shù)據(jù)處理有關(guān)的各種參數(shù)，其中包括模糊空間分割和隸屬度函數(shù)的選擇等。 I/O 空間的模糊劃分 I/O 空間的模糊劃分是指輸入輸出語言變量的論域上定義了多少個(gè)基本模糊子集，換言之，即每個(gè)語言變量的辭集定義多少個(gè)語言值。對于一般的工業(yè)生產(chǎn)過程控制， I/O 論域多劃分為 7 個(gè)左右等級，如正大 (PB)、正中 ((PM)、正小 (PS) ,零 (ZO)、負(fù)小 (NS)、負(fù)中 (NM)、負(fù)大 (NB)。 論域上定義的基本模糊子集可以在論域上均勻地分布，也就是每一基本模糊子集的支集都覆蓋了論域上等寬度的一個(gè)區(qū)段。也可以定義不均勻的或不對稱的模糊劃分。不均勻和不對稱的模糊劃分，使得模糊控制器有更靈活的非線性特性，以適應(yīng)對象的各種特性。 模糊分割的個(gè)數(shù)決定了最大可能的模糊規(guī)則的個(gè)數(shù)。例如，對于雙輸入 /單 輸出的模糊系統(tǒng)， x 和 y 的模糊分割數(shù)分別為 5 和 7，則最大可能的規(guī)則數(shù)為 57=35。顯然，模糊分割數(shù)越多，控制規(guī)則數(shù)也越多，控制就比較精細(xì)和靈活 。但模糊分割不可太細(xì)，否則，需要確定太多的控制規(guī)則，除了工作量相當(dāng)大外，還容易出現(xiàn)控制規(guī)則minmax*min*maxuu uuk ????*min*max minmax ee eeke ??? 13 彼此矛盾、很難糾正和影響過程控制效果的情況。當(dāng)然，模糊分割數(shù)太少將導(dǎo)致控制太粗略，難以對控制性能進(jìn)行有效 的 調(diào)整， 同樣 也會影響過程控制的效果。目前，尚沒有一個(gè)確定模糊分割數(shù)的指導(dǎo)性的方法和步驟 ， 主要依靠經(jīng)驗(yàn)和試湊來確定 [7]。 總之，在選取語言變量值時(shí)，既要考慮到控制規(guī)則的精細(xì)、靈活和彼此 不 矛盾，又要兼顧簡單、有效和容易實(shí)現(xiàn)。 基本模糊子集的錄屬函數(shù)定義 根據(jù)論域?yàn)殡x散和連續(xù)的不同情況，隸屬度函數(shù)的描述也有如下兩種方法。 （ 1） 數(shù)值描述方法 當(dāng)論域?yàn)殡x散，且元素個(gè)數(shù)為有限時(shí)，模糊集合的隸屬度函數(shù)可以用向量或 表格的形式來表示。 （ 2） 函數(shù)描述方法 對于論域?yàn)檫B續(xù)的情況，隸屬度常采用函數(shù)的形式來描述，最常見的有鈴形函數(shù)、三角形函數(shù)、梯形函數(shù)等。 隸屬度函數(shù)的形狀對模糊控制器的性能有很大影響。當(dāng)隸屬度函數(shù)比較窄瘦時(shí)，控制較靈敏；反之，控制較粗略和平穩(wěn)。通常，當(dāng)誤差較小時(shí)，隸屬度函數(shù)可取得較為窄瘦；誤差較大時(shí)，隸屬度函數(shù)可取得寬胖些。 二、規(guī)則庫 模糊控制規(guī)則庫由一系列“ IFTHEN”型的模糊條件句構(gòu)成。條件句 的前件為輸入變量，后件為控制變量。模糊控制規(guī)則的建立是非常重要的，規(guī)則是否正確地反映操作人員和有關(guān)專家的經(jīng)驗(yàn)和知識，是否能適應(yīng)被控對象的特性，直接關(guān)系到整個(gè)控制器的性能和控制效果。 控制規(guī)則的生成方法有以下幾種 : 1） 根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)或過程知識生成控制規(guī)則 ； 2） 根據(jù)過程模型生成控制規(guī)則 ； 3） 從輸入輸出信息中得出控制規(guī)則 。 初步建立的模糊控制規(guī)則不一定是完美無缺的，也往往需要進(jìn)一步調(diào)整。沒有一套很完善規(guī)范的調(diào)整辦法，往往需要試湊，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)效果 。 模糊推理 對建立的模糊控制規(guī)則要經(jīng) 過模糊推理才能決策出控制變量的一個(gè)模糊子集 ,因而模糊推理在模糊控制過程中也是很重要的一個(gè)組成部分。 14 下面僅介紹一下本論文模糊控制器中所使用 的 Mamdani 模糊推理方法： Mamdani 模糊推理法采用取小運(yùn)算規(guī)則定義模糊蘊(yùn)涵表達(dá)的模糊關(guān)系。記為 Rc?？紤]以下模糊推理形式： 規(guī)則 1： 111 CandBA ? 規(guī)