【文章內容簡介】 過 3 階。通常取熱電偶傳遞函數： (22) 綜上所述，對于煙氣再 循環(huán)再熱器調溫自動控制系統(tǒng)，調溫系統(tǒng)結構對動態(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。表達式如 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荷分布，且使得相應吸熱比例發(fā)生變化，達到 調溫 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)來計算，且其動態(tài)特性不會超過 2 階，加上熱電偶在內，總動態(tài)特性也不會超過 3階。 綜上所述，對于 擺動燃燒器 再熱器調溫自動控制系統(tǒng)，調溫系統(tǒng)結構對動態(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，其 表達 式如 式 (23)。 再熱汽溫 數學模型的建立 現在以華能大連電廠 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 運行規(guī)程 參數 末級過參數：出口蒸汽流量 ；出口壓力 /溫度 ℃。 再熱器參數： 出口蒸汽流量 ； 出口壓力 /溫度 ℃。 再熱器結構：再熱器為一級，分為低溫段和高溫段，兩段之間無聯箱，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ssG 301 1)( ??2ssTαsGsGsG 3011)121(11)()()(m2 ?????? ）（21))1(21(11)(sTsGm???? 21 8 有事故噴水減溫器 調溫方式：正常汽溫調節(jié)使用煙氣再循環(huán)控制，在循環(huán)煙 氣來自引風機出口至冷灰斗底部；當汽溫偏高時，輔以事故噴水減溫。 表 21 為華能大連電廠二期鍋爐運行規(guī)程鍋爐數據一覽表 。 表 21 華能大連 電廠二期鍋爐運行規(guī)程鍋爐數據一覽表 名稱 外徑（ mm） 厚度（ mm） 數目（根） 材料 平均煙速 再熱器入口聯箱 736/1D 30 1 BS3602 500N 再熱器入口聯箱 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 再熱器末級倒數第二段 871? ASTM A213M P91 m/s 再熱器末級出口段 871? ASTM A213M P91 m/s 計算過程 ： 再熱器系統(tǒng)的金屬總重量 Gm=17317+26400+58630+245410+347757Kg 管子換熱的內表面積 H2=7206+1652=858m2 金屬比熱 Cm=? 管子 內壁對工質的放熱系數 ?20 =? 工質定壓比熱容 Cp=? 金屬蓄熱時間常數 動態(tài)參數 ； 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： (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制用于實現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比較容易的設計 方法，尤其 是當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，更為 有效。 PID 控制具有原理簡單、易于實現、參數整定方便、結構改變靈活、實用性強等優(yōu)點，在連續(xù)系統(tǒng)中獲得很廣泛的應用 。 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計 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 成為處理現實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際應用獲得廣泛開展，在過去的 20 年中，模糊控制也是智能 控制中一個十分活躍的研究與應用領域。 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、時變性及隨機干擾等因素，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)的設計提供相關的重要理論依據，有利于在模糊控制器設計的過程中，揚長避短，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)是以模糊數學、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，采用計算機控制技術構成的一種具有反饋通道的閉環(huán)結構的數字控制系統(tǒng)。在用模糊控制方法解決控制問題時，只需對控制中所可能出現的各種情形加以分析，依據控制者的經驗和知識，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，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。 模糊控制屬于計算機數字控制的一種形式，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構如圖 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合適的響應論域的量程，然后，精確的輸入數據被變換為適當的語言值或模糊集合的標識符。本單元可視為模糊集合的標記。 （ 2）知識庫。涉及應用領域和控制目標的相關知識，它由數據庫和語言控制規(guī)則庫組成。數據庫為語言控制規(guī)則的論域離散化和隸屬函數提供必要的定義。語言控制規(guī)則標記控制目標和領域專家的控制策略。 （ 3）模糊推理。這是模糊控制的核心，以模糊概念為基礎，模糊控制信 息可通過模糊蘊涵和模糊邏輯的推理規(guī)則來獲取，并可實現擬人決策過程。根據模糊輸入和模糊控制規(guī)則，模糊推理求解模糊關系方程，獲得模糊輸出。 （ 4）清晰化。起到模糊控制的推斷作用，并產生一個精確的或非模糊的控制規(guī)則。此精確控制作用必須進行輸出定標，這一作用是在對受控過程進行控制之前通過變量交換實現的 [6]。 模糊控制器的設計 模糊控制可以被認為是在總結采用人類自然語言概念操作經驗的基礎上升華而發(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 差等精確量模糊數學化為模糊量，然后， 根據基于語言控制規(guī)則或操作經驗提取的模糊控制規(guī)則，經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)行機構，從而完成系統(tǒng)的模糊作用過程。 模糊化運算 模糊化運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。對輸入數據進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 相應的語言 變量 E 及 EC 的實際變化范圍， E 及 EC 的實際變化范圍被稱為 誤差及其 變化率 語言 變量的基本論域。 在模糊控制系統(tǒng)設計過程中，由于必須將模糊控制器輸 入量誤差 e 的任何實際數值，變換成其論域中相應的元素，二者的 差異很 大，因而需要通過量化因子進行論域變換。 設誤差 的實際變化范圍為 [ *mine ， *maxe ]，其模糊論域為 [ 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。 與量化因子進行 論域變換相對應，需要通過比例因子才能將經過模糊控制器運算后的結果 [ 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、數據庫 模糊控制器中的知識庫由兩部分組成 :數據庫和模糊控制規(guī)則庫。首先討論數據庫。數據庫中包含了與模糊控制規(guī)則及模糊數據處理有關的各種參數，其中包括模糊空間分割和隸屬度函數的選擇等。 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基本模糊子集，換言之，即每個語言變量的辭集定義多少個語言值。對于一般的工業(yè)生產過程控制， I/O 論域多劃分為 7 個左右等級，如正大 (PB)、正中 ((PM)、正小 (PS) ,零 (ZO)、負小 (NS)、負中 (NM)、負大 (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，以適應對象的各種特性。 模糊分割的個數決定了最大可能的模糊規(guī)則的個數。例如，對于雙輸入 /單 輸出的模糊系統(tǒng)， x 和 y 的模糊分割數分別為 5 和 7，則最大可能的規(guī)則數為 57=35。顯然，模糊分割數越多，控制規(guī)則數也越多，控制就比較精細和靈活 。但模糊分割不可太細，否則，需要確定太多的控制規(guī)則，除了工作量相當大外，還容易出現控制規(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。當然，模糊分割數太少將導致控制太粗略，難以對控制性能進行有效 的 調整， 同樣 也會影響過程控制的效果。目前，尚沒有一個確定模糊分割數的指導性的方法和步驟 ， 主要依靠經驗和試湊來確定 [7]。 總之，在選取語言變量值時，既要考慮到控制規(guī)則的精細、靈活和彼此 不 矛盾，又要兼顧簡單、有效和容易實現。 基本模糊子集的錄屬函數定義 根據論域為離散和連續(xù)的不同情況，隸屬度函數的描述也有如下兩種方法。 （ 1） 數值描述方法 當論域為離散，且元素個數為有限時，模糊集合的隸屬度函數可以用向量或 表格的形式來表示。 （ 2） 函數描述方法 對于論域為連續(xù)的情況，隸屬度常采用函數的形式來描述，最常見的有鈴形函數、三角形函數、梯形函數等。 隸屬度函數的形狀對模糊控制器的性能有很大影響。當隸屬度函數比較窄瘦時，控制較靈敏；反之，控制較粗略和平穩(wěn)。通常，當誤差較小時，隸屬度函數可取得較為窄瘦；誤差較大時，隸屬度函數可取得寬胖些。 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專家的經驗和知識，是否能適應被控對象的特性，直接關系到整個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） 根據專家經驗或過程知識生成控制規(guī)則 ； 2） 根據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，也往往需要進一步調整。沒有一套很完善規(guī)范的調整辦法，往往需要試湊，經過實驗檢驗效果 。 模糊推理 對建立的模糊控制規(guī)則要經 過模糊推理才能決策出控制變量的一個模糊子集 ,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算規(guī)則定義模糊蘊涵表達的模糊關系。記為 Rc?？紤]以下模糊推理形式： 規(guī)則 1： 111 CandBA ? 規(guī)