【導讀】再熱汽溫的相對穩(wěn)定在火電廠安全性和。經(jīng)濟性運行中有著重要的作用。由于再熱器具有大慣性、非線性、時變、多變量和有。的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理。論文針對再熱器具有的諸多特點及火電廠對再熱汽溫控制的要。求，提出了對火電廠再熱汽溫采用Fuzzy-PID的控制策略。其主要目的是使PID控制。和模糊控制的優(yōu)勢結(jié)合、互補，探索進一步提高再熱汽溫控制質(zhì)量的有效途徑。和環(huán)保的要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　

【正文】 If．．． Then．．． ”形式的模糊控制規(guī)則。由該編輯器進行模糊控制規(guī)則的設(shè)計非常方便，它將輸入量的各語言變量自動匹配，設(shè)計者只需通過交互式的圖形環(huán)境選擇相應(yīng)的輸出語言變量。規(guī) 20 則編輯器還可以為每條規(guī)則選擇權(quán)重，以便進行規(guī)則的優(yōu)化。 4） 模糊 規(guī)則觀察 器 (Rule Viewer)。用于顯示各種模糊控制規(guī)則輸入量和輸出量的隸屬函數(shù)。通過指定輸入量，可以直觀地顯示所采用的控制規(guī)則，以及通過模糊推理得到相應(yīng)輸出量的過程， 以便對模糊規(guī)則進行修改和優(yōu)化。 5） 輸出 曲面觀察 器 (Surface Viewer)。用于顯示輸入、輸出量對應(yīng)的表面空間，并可改變各軸對應(yīng)的變量及觀察的視角，便于用戶對設(shè)計的模糊推理進行修改和優(yōu)化。 這些圖形化工具之間是動態(tài)鏈接的， 在 使用 中，對任意一個 GUI 的 參數(shù)或性質(zhì)被用戶 修改 ，其他打開的任何 GUI 中 相應(yīng)的參數(shù)或性質(zhì)都自動地被改變， 這一點極大地方便了用戶對自己的模糊推理系統(tǒng)進行調(diào)試 [11]。 基于再 熱汽溫控制的模糊控制器的設(shè)計 在 MATLAB 命令窗口中鍵入 fuzzy，回車，進入模糊邏輯編 輯窗口 (FIS Editor)。如圖 41 所示。 圖 41 模糊邏輯編輯窗口 模糊決策采用 Mamdani 模糊推理法 ，解模糊 數(shù)采用 重心法 。 在 Edit 菜單下，選擇 Add Variable/Input 添加輸入，并將兩個輸入分別命名為 E、 EC，將輸出命名為 U，其中 E 為偏差、 EC 為偏差變化率 、 U 為閥門開度。 在 再 熱汽溫模糊控制系統(tǒng)設(shè)計過 21 程中 ，取 E、 EC、 U 的論域均為 [5 5]。 圖 42 為變量編輯窗口。 圖 42 變量編輯窗口 對變量采用正、負兩個方向和零狀態(tài)的描述方法 ， 即 采用 {NB， NM， NS， ZO，PS， PM， PB}7 個狀態(tài)來描述。 E、 EC、 U 的隸屬函數(shù)選常用的三角形（ trimf）隸屬度函數(shù)。圖 43 為 E 的隸屬度函數(shù)， EC 和 U 的隸屬度函數(shù)與 E 的隸屬度函數(shù)相同。 圖 43 E 的隸屬度函數(shù) 22 控制規(guī)則是對專家的理論知識與實踐經(jīng)驗的總結(jié)。由第二章中所述本文共有 49條控制規(guī)則如表 41 所示。 表 41 模糊控制規(guī)則表 U E NB NM NS ZO PS PM PB EC NB NB NB NM NM NM NS NS NM NB NM NM NS NS ZO PS NS NM NM NS NS ZO PS PM ZO NM NM NS ZO PS PM PM PS NM NS ZO PS PS PM PM PM NS ZO PS PS PM PM PM PB PS PS PM PM PM PB PB 在 Eidt 菜單下，選擇 Rules 進入規(guī)則編輯器 ， 按照表 41 中定義的規(guī)則形式，在 Rule Editer 內(nèi) 設(shè)置 E、 EC 和 U 的 值 ，點擊 Add rule 將相對應(yīng)的規(guī)則加入其中。形式如 if E is NB and EC is NB then u is NB。 規(guī)則編輯器窗口 如圖 44 所示。 圖 44 模糊規(guī)則編輯窗口 此外 ， 在模糊 規(guī)則編輯時 ， 在 View 菜單下，選擇 Rules 可以在模糊規(guī)則觀察器 23 中觀測到規(guī)則的變化過程，如圖 45 所示。 圖 45 模糊規(guī)則觀察器窗口 在 View 菜單下，選擇 Surface 可以在輸出曲面觀察器中觀測 輸出曲面 圖 ，如圖46 所示。 24 圖 46 輸出曲面觀察器窗口 至此，一個完整的模糊控制器就設(shè)計完成了， 顯然模糊控制是一種非線性控制 。 在 File 菜單下，選擇 Export/To Workspace，將模糊控制器導 入到工作間內(nèi)，這樣在 SIMULINK 才能夠鏈接到模糊控制器。 在 SIMULINK 平臺下構(gòu)建該模糊控制器的結(jié)構(gòu)圖，如圖 47 所示 。 圖 47 模糊控制器的結(jié)構(gòu)圖 基于 Fuzzy 控制再熱汽溫控制的仿真 被控對象為大慣性三階系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)為： 121615 55232 724 8 1)721 1)( 233 ?????? sssssG （ (41) 對再熱汽溫 采用 Fuzzy 控制仿真 所設(shè)計的控制方案如圖 48 所示。 圖 48 Fuzzy 控制 再熱汽溫 系統(tǒng) 方案圖 由此控制方案圖 ，在 MTLAB/SIMULINK 下 ， 將 其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的仿 真框圖如圖49 所示，并對其進行仿真研究，檢驗控制系統(tǒng)品質(zhì)。如果仿真的控制效果不滿意，一般首先調(diào)整比例變換因子，再調(diào)整隸屬度函數(shù) 。 圖 49 Fuzzy 控制 再熱汽溫 系統(tǒng)仿真框 圖 按 圖 49 的 仿真框圖 進行仿真，得到 Fuzzy 控制再熱汽溫 系統(tǒng) 的 單位階躍響應(yīng) 曲線如圖 410 所示 。 25 圖 410 Fuzzy 控制 再熱汽溫 單位階躍響應(yīng)曲線 由圖 410 可知 ：超調(diào)量 0%?? ；上升時間 tr=326s；調(diào)節(jié)時間 ts=326s。 基于 FuzzyPID控制的 再熱汽溫控制的仿真 對再熱汽溫 采用 FuzzyPID 控制 所設(shè)計的 仿真 方案 如圖 411 所示。 圖 411 FuzzyPID 控制 再熱汽溫系統(tǒng) 仿真 方案圖 在 SIMULINK 下，將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的仿真框圖，如 圖 412 所示。 圖 412 FuzzyPID 控制 再熱汽溫系統(tǒng) 仿真框圖 其中 Subsystem 為子系統(tǒng)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 47。 26 按圖 412 的仿真框圖進行仿真，得到 fuzzyPID 控制再熱汽溫系統(tǒng) 的 單位階躍響應(yīng)曲線如圖 413 所示 。 圖 413 FuzzyPID 控制 再熱汽溫 單位階躍響應(yīng)曲線 由圖 413 可知 ：超 調(diào)量 %%?? ；上升時間 tr=149s；調(diào)節(jié)時間 ts=149s。 基于 PID 控制的 再熱汽溫控制的仿真 對再熱汽溫采用 PID 控制 所設(shè)計的 仿真 方案 如圖 414 所示 。 圖 414 PID 控制 再熱汽溫 方案圖 由此控制方案圖，在 SIMULINK 下，將 其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的仿真框圖，如下圖 415所示 。 圖 415 PID 控制 再熱汽溫 系統(tǒng) 仿真框圖 按圖 415 的仿真框圖進行仿真 ， 設(shè)置 kp=； ki=； kd=。得到 PID控制再熱汽溫 系統(tǒng) 的 單位階躍響應(yīng) 曲線如圖 416 所示 。 27 圖 416 PID 控制 再熱汽溫系統(tǒng) 單位階躍響應(yīng)曲線 由圖 416 可知 ：超調(diào)量 %%?? ；上升時間 tr=89s；調(diào)節(jié)時間 ts=542s。 仿真分析 將三種控制策略下再熱汽溫系統(tǒng) 仿真得到的動態(tài)性能指標制作為如表 42。 表 42為三種控制 策略下再熱汽溫系統(tǒng) 動態(tài)性能指標表。 表 42 三種控制 策略下再熱汽溫 動 系統(tǒng) 態(tài)性能指 標表 上升時間 調(diào)節(jié)時間 超調(diào)量 Fuzzy 控制 tr=326s ts=326s 0%?? PID 控制 tr=89s ts=542s %%?? FuzzyPID 控制 tr=149s ts=149s %%?? 由表 42 可知： FuzzyPID 控制 超調(diào) 量 較 PID 控制減小了，同時上升時間和調(diào)節(jié)時間較 Fuzzy 控制縮短了。 28 總 結(jié) 由 于被控對象 再 熱 汽溫 具有大慣性、時變、非線性和具有自平衡能力等特性，目前火電廠的 再 熱汽溫 常規(guī) PID 控制系統(tǒng)的控 制過程不理想，本文針對 再 熱汽溫提出了FuzzyPID 控制的方案 。 仿真實驗表明 ： 在 再 熱汽溫 FuzzyPID 控制系統(tǒng)中， 既減小了較 常規(guī) PID 控制系統(tǒng) 的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間，又減小了較模糊控制系統(tǒng)的上升時間 ， FuzzyPID 控制 結(jié)合了 PID 控制和模糊控制 各自的優(yōu)點，可以得到優(yōu)于常規(guī) PID 控制方案的控制效果。 由于客觀條件和自身能力的限制，論文中還存在一些不足和需要進一步完善的地方，主要包括以下兩點： (1)仿真使用的被控對象的模型較為簡單，系統(tǒng)的給定和干擾也只是采用了階躍信號，在今后的研究工作中有必要進一步改 進。 (2)目前，模糊控制大多處于理論和仿真的階段，本文的后續(xù)工作也只是處在理論與仿真的階段，如何能夠?qū)⑵鋺?yīng)用到現(xiàn)場還需要做更多的工作。 29 參考文獻 [1] 王新一． 300MW 再熱器調(diào)溫系統(tǒng)動態(tài)特性及 H∞ 狀態(tài)變量控制策略在溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究 ． 大連理工大學碩士學位論文 ， 2021 [2] 孫增圻 ． 智能控制理論與技術(shù) [M]． 北京 ： 清華大學出版社 ， 1997 [3] 葉之奎． 發(fā)電廠熱力系統(tǒng)及輔助設(shè)備 [M]． 北京：水利電力出版社， 1993 [4] 鄒凌，孫玉強 ． 模糊自整定 PID 控制器在再熱汽溫 控制中的應(yīng)用研究 [J]．微型計算機 （測控自動化） 2021 年第 21 卷第 121 期 [5] 火力發(fā)電廠鍋爐設(shè)備 /蘇州電力技工學校編 修訂版 [M]． 北京：水利電力出版社，1993 [6] 諸靜 ． 模糊控制原理與應(yīng)用 [M]． 北京 ： 機械工業(yè)出版社 ， 19951： 400 [7] 石兆三 ． 模糊控制在熱力過程控制中的應(yīng)用 [J]． 中國電力 ， 1995， 28 (4)： 4651 [8] 張波 ． 火電廠過熱蒸汽溫度串級模糊控制研究 ． 重慶大學碩士學位論文， 2021 [9] 林梅金 ， 羅飛 ． 模糊 PID 控制器在火電廠主汽溫控制中的應(yīng)用 [J]． 動力工程 ， 2021，4(2)： 231234 [10] 李華，范多旺，魏文軍，侯濤．計算機控制系統(tǒng) [M]．北京：機械工業(yè)出版社，： 62— 71 [11] 張曉華 ． 控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與 CAD[M]． 北京：機械工業(yè)出版社， 2021 [12] 胡一倩 ， 呂 劍虹 ， 張鐵軍 ． 一類自適應(yīng)模糊控制方法研究及在鍋爐汽溫控制中的應(yīng)用 [J]． 中國電機工程學報 ， 2021， 23(1)： 136140 [13] Li Zhibin． Application of Self Adaptation FuzzyPID Control for Main Steam Temperature Control System in Power Station [J]. Machine Learning and Cyberics, 2021,115 (2):3236 [14] Qiao Wuzhi， Masaharu Mizumoto． PID type fuzzy controller and parameters adaptive method[J]． Fuzzy Sets and Systems, 1996, 78(1):2335 [15] LIU Xiangjie, GUAN Ping． Neurofuzzy generalized predictive control of boiler steam temperature. Journal of Control Theory and Applications [J].2021/5(1) 8388 30 謝辭 本文的研究工作是在 ? 老師的精心指導和關(guān)心下完成的。從論文的選題及研究，從資料的收集到構(gòu)思，從思路的形成到 仿真 ，直到最后的撰 寫論文階段，一步 步的進展，一點一滴的收獲都傾注著導師的大量心血。導師為人謙虛誠懇，做事嚴謹認真，治學一絲不茍，以及生活上導師正直的人格品德及其寬以待人的作風，深深地影響著我，并將使我終身受益，在此，對導師的辛勤培養(yǎng)致以崇高的敬意和衷心的感謝。 在論文的完成過程中， 與其他研究模糊控制理論的同學共同探討，互相幫助，在此向他們表示感謝 。 附錄：外文翻譯 In Wang Zuoliang?s translation practices, he translated many poems, especially the poems written by Robert Burns. His translation of Burn?s “A Red, Red Rose” brought him fame as a verse translator. At the same time, he published about ten papers on the translation of poems. Some argue that poems cannot be translated. Frost stresses that poetry might get lost in translation. According to Wang, verse translation is possible and necessary, for “The poettranslator brings over