基于模糊PID的锅炉汽包水位三冲量控制系统的研究

2019-07-05 版权声明 举报文章

基于模糊PID的锅炉汽包水位三冲量控制系统的研究

【摘 要】本文论述了汽包水位的动态特性,针对三种汽包水位控制方案进行分析,选择了三冲量汽包水位控制系统,并建立了汽包水位的数学模型,并提出了基于模糊数学的PID控制方法,并在Matlab/Simulink上进行传统PID控制、模糊自整定PID控制仿真,结果显示,模糊自调整 PID 控制与传统 PID 控制相比,其稳定性和自我调节能力增强,系统的响应速度变快,控制精度高,控制效果较好。

【关键词】三冲量;模糊控制;数学建模;Matlab仿真

0.引言

随着火电机组容量在不断的变大,参数的要求也在不断的变高,火电厂针对锅炉的安全与稳定性方面加大要求,而锅炉给水是一个重要的参数,以确保锅炉正常运行,其主要目的是使锅炉汽包水位保持在预定的范围,在这种情况下,其作用不仅是保证锅炉安全生产,而且还是作为衡量锅炉是否正常运作的因素之一,通常情况下,高水位与汽包内汽与水的分离效果有关,容易导致汽轮机产生冲击,而且在这种情况下很容易使轴封出现损坏,叶片出现断裂的现象;水位太低会导致水分蒸发过快,易造成局部水冷壁管的破坏,甚至引起爆炸现象[1-5]。

智能控制主要是用来解决解决复杂的控制系统,例如智能机器人系统,计算机集成制造系统,复杂的工业过程控制系统,航天航空控制系统,交通物流、商务、建设作业、农业等非制造业中的控制系统、环保能源系统等[7]。近些年来,复杂系统的自学习和参数或规则自调整模糊系统方面的研究关注最高,如引入了自学习模糊控制策略,并用Matlba/Simulink进行仿真,结果显示模糊控制对汽包水位的控制效果较好。

1.锅炉汽包水位控制系统

1.1锅炉汽包水位的数学模型

通常情况下,高水位与汽包内汽与水的分离效果有关,容易导致汽轮机产生冲击,而且在这种情况下很容易使轴封出现损坏,叶片出现断裂的现象;水位太低会导致水分蒸发过快,易造成局部水冷壁管的破坏,甚至引起爆炸现象[3]。火力发电厂中锅炉汽包水位的被控制量水位是以汽包蒸发管中贮藏着蒸汽和水的多少来决定的,如果只考虑主要干扰,则汽包水位的动态方程为:

1.2锅炉汽包水位三冲量控制系统

由于锅炉容量大,汽包容水量小,而且在双冲量控制系统中,其给水量变化不能通过汽包水位的改变而反映出来,再加上控制对象繁多,当几台锅炉一起运行时,控制参数会相互影响,所以在双冲量的基础上,把给水量也作为反馈信号。

2.锅炉汽包水位模糊PID控制系统建模与仿真

2.1模糊控制器的设计

2.2模糊PID控制系统仿真研究

3.结论

由仿真结果可知,模糊PID控制系统的稳定时间在72s,普通PID为94s,明显优于普通PID控制。即传统PID控制方法鲁棒性较差,模糊自整定PID控制控制效果好,鲁棒性强,而且,模糊自整定PID的高精度,快速性使其广泛用于工业锅炉汽包水位控制,由系统响应曲线可以看出,模糊PID控器与普通PID控制和模糊控制相比,具有速度响应快,超调量小,控制精度高的特点。

【参考文献】

[1]李士勇.模糊控制?神经控制和智能控制论[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2002.

[2]中国电力企业联合会.大中型火力发电厂设计规范(GB50660-2011)[M].北京:中国设计出版社,2011.

[3]叶江明.电厂过原理及设备(第3版)[M].北京:中国电力出版社,2010.

[4]郭一楠,常俊林,赵峻. 过程控制系统[M].北京:机械工业出版社,2009.

[5]黄忠霖.控制系统MATLAB计算及仿真[M].北京:国防工业出版社,2004.

[6]刘金琨.先进PID控制MATLAB仿真[M].北京:电子工业出版社,2005.

[7]刘金琨.智能控制(第2版)[M].北京:电子工业出版社,2012.

[8]薛定宇.反馈控制系统设计与分析――MATLAB语言应用[M].北京:清华大学出版社,2000.

[9]吴天明,赵新力,刘建存.MATLAB电力系统设计与分析(第3版)[M].北京:国防工业出版社,2010.

[10]土卓.模糊控制在锅炉水位控制系统中的应用:[D].北京:北京科技大学,2005.

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