【導(dǎo)讀】再熱汽溫的相對(duì)穩(wěn)定在火電廠安全性和。經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行中有著重要的作用。由于再熱器具有大慣性、非線性、時(shí)變、多變量和有。的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理。論文針對(duì)再熱器具有的諸多特點(diǎn)及火電廠對(duì)再熱汽溫控制的要。求，提出了對(duì)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(shì)結(jié)合、互補(bǔ)，探索進(jìn)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(jìn)行模糊控制規(guī)則的設(shè)計(jì)非常方便，它將輸入量的各語言變量自動(dòng)匹配，設(shè)計(jì)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(jìn)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(duì)模糊規(guī)則進(jìn)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(duì)應(yīng)的表面空間，并可改變各軸對(duì)應(yīng)的變量及觀察的視角，便于用戶對(duì)設(shè)計(jì)的模糊推理進(jìn)行修改和優(yōu)化。 這些圖形化工具之間是動(dòng)態(tài)鏈接的， 在 使用 中，對(duì)任意一個(gè) 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(dòng)地被改變， 這一點(diǎn)極大地方便了用戶對(duì)自己的模糊推理系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試 [11]。 基于再 熱汽溫控制的模糊控制器的設(shè)計(jì) 在 MATLAB 命令窗口中鍵入 fuzzy，回車，進(jìn)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(gè)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(jì)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(duì)變量采用正、負(fù)兩個(gè)方向和零狀態(tài)的描述方法 ， 即 采用 {NB， NM， NS， ZO，PS， PM， PB}7 個(gè)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(duì)專家的理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(jìn)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(diǎn)擊 Add rule 將相對(duì)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(shí) ， 在 View 菜單下，選擇 Rules 可以在模糊規(guī)則觀察器 23 中觀測(cè)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(cè) 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(gè)完整的模糊控制器就設(shè)計(jì)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(dǎo) 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(tái)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(duì)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(duì)再熱汽溫 采用 Fuzzy 控制仿真 所設(shè)計(jì)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(duì)其進(jìn)行仿真研究，檢驗(yàn)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(jìn)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(shí)間 tr=326s；調(diào)節(jié)時(shí)間 ts=326s。 基于 FuzzyPID控制的 再熱汽溫控制的仿真 對(duì)再熱汽溫 采用 FuzzyPID 控制 所設(shè)計(jì)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(jìn)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(shí)間 tr=149s；調(diào)節(jié)時(shí)間 ts=149s。 基于 PID 控制的 再熱汽溫控制的仿真 對(duì)再熱汽溫采用 PID 控制 所設(shè)計(jì)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(jìn)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(shí)間 tr=89s；調(diào)節(jié)時(shí)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(dòng)態(tài)性能指標(biāo)制作為如表 42。 表 42為三種控制 策略下再熱汽溫系統(tǒng) 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)表。 表 42 三種控制 策略下再熱汽溫 動(dòng) 系統(tǒng) 態(tài)性能指 標(biāo)表 上升時(shí)間 調(diào)節(jié)時(shí)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(shí)上升時(shí)間和調(diào)節(jié)時(shí)間較 Fuzzy 控制縮短了。 28 總 結(jié) 由 于被控對(duì)象 再 熱 汽溫 具有大慣性、時(shí)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(duì) 再 熱汽溫提出了FuzzyPID 控制的方案 。 仿真實(shí)驗(yàn)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(shí)間，又減小了較模糊控制系統(tǒng)的上升時(shí)間 ， FuzzyPID 控制 結(jié)合了 PID 控制和模糊控制 各自的優(yōu)點(diǎn)，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(jìn)一步完善的地方，主要包括以下兩點(diǎn)： (1)仿真使用的被控對(duì)象的模型較為簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的給定和干擾也只是采用了階躍信號(hào)，在今后的研究工作中有必要進(jìn)一步改 進(jìn)。 (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(chǎng)還需要做更多的工作。 29 參考文獻(xiàn) [1] 王新一． 300MW 再熱器調(diào)溫系統(tǒng)動(dòng)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(xué)碩士學(xué)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(xué)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(qiáng) ． 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(jì)算機(jī) （測(cè)控自動(dòng)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(xué)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(jī)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(jí)模糊控制研究 ． 重慶大學(xué)碩士學(xué)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(dòng)力工程 ， 2021，4(2)： 231234 [10] 李華，范多旺，魏文軍，侯濤．計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) [M]．北京：機(jī)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(jī)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(jī)工程學(xué)報(bào) ， 2021， 23(1)： 136140 [13] Li Zhibin． Application of Self Adaptation FuzzyPID Control for Main Steam Temperature Control System in Power Station [J]. 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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