模糊控制在直流炉给水系统中的应用

王欲平　梁伟平　董丽静

【摘 要】给水控制系统是一个非常复杂且多变量的对象，给水控制的品质好坏与否直接关乎机组的安全性和经济性。虽然前人对于给水控制已做了大量的研究，整个给水控制系统相对已经比较完善，但先进的自动控制理念的出现，使得控制效果仍有可提升的空间。本文采用粒子群算法对600WM机组建模，在中间点温度控制的基础上，对给水控制的校正回路引入模糊控制的方法，与原来PID串级控制效果进行比较得出相关结论。

【关键词】超临界直流锅炉；中间点温度；模糊控制

0 引言

给水控制系统作为直流锅炉控制系统中的一个非常重要子系统，关系着整个机组的安全、稳定运行。同时对提高机组效率与降低设备损耗有着重要的作用，积极研究直流锅炉给水控制有着重要的意义。当常规控制无法得到满意的控制效果，从而要想获得精确的数学模型、使用先进的控制理念。

目前对中间点温度的控制方案主要有两种：一种是通过修正给水流量来控制；另一种是通过修正给煤量来控制[1]。修正给水量控制可以快速调节中间点温度，使中间点温度偏差保持在较小范围内。对于数学模型比较明确，没有外界参数干扰影响的系统来说，PID控制无疑有着很好的控制效果。然而在实际运行过程中， PID控制器对工况变化的响应速度就会受到影响，优势也就无法得到充分的发挥了。模糊控制能克服这样的缺点。

1 基于PSO建立给水模型

PSO 中，每个优化问题的潜在解都是搜索空间中的一只鸟，称之为粒子。所有的粒子都有一个由被优化的函数决定的适值（ fitness value） ，每个粒子还有一个速度决定它们飞翔的方向和距离。然后粒子们就追随当前的最优粒子在解空间中搜索[2]。

将被控对象传递函数带入，得到拟合出的给水系统模型，如图3所示：

2 模糊控制器实现

模糊推理系统的基本结构由四个重要部件组成见图4：知识库、推理机制、模糊化输入接口与去模糊化输出接口。知识库又包含模糊IF-THEN规则库和数据库。规则库（rule base）中的模糊规则定义和体现了与领域问题有关的专家经验或知识，而数据库中包含了与模糊控制规则以及模糊数据处理的有关各种参数，其中包括尺度变换参数、模糊空间参数分割和隶属函数的选择等[3]。

由文献[4]可知三种不同工况下给水扰动给中间点温度的关系：

3 优化仿真

如图3我们将中间点温度偏差修正给水流量的PID控制器，采用模糊控制器来加以改进。系统做定值阶跃扰动，仿真时间为500s，仿真结果如图8所示：

由仿真结果图9可知，采用PID控制方法，中间点温度的超调最明显高于模糊控制，振荡加剧，调节时间稍短，但釆用模糊控制方法的鲁棒性明显优于PID控制，曲线更加平缓。

【参考文献】

[1]张秋生，梁华.超超临界机组的两种典型协调控制方案[J].中国电力，2011，44（10）：74-79.

[2]Kennedy J， Eberhart R. Particle swarm optimization [C]// Proceedings of the 4th IEEE International Conference on Neural Networks， Piscataway： IEEE Service Center， 1995：1942-1948.

[3]李国勇，杨丽娟.神经·模糊·预测控制及其MATLAB实现[M].电子工业出版社，2013.

[4]谷俊杰，秦达飞，曹晓威，王丕洲，李伟，陈顺青.超临界锅炉中间点温度增益切换控制方法[J].中国电机工程学报，2014，34（14）：2275-2280.

[责任编辑：汤静]