锅炉气压模糊控制器的设计与仿真

摘 要:模糊控制鲁棒性强,适用于非线性时变及滞后系统,在不知道被控对象的精确数学模型条件下,可以得到理想的控制效果。

关键词:模糊控制器;被控对象;锅炉燃烧控制

中图分类号:TB

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)07-0288-01

锅炉燃烧控制是火电厂最重要的过程控制。由于锅炉燃烧是典型的多变量复杂系统,难以建立精确的数学模型,使得基于数学模型带固定参数的常规PID控制方案难以获得理想的控制效果,锅炉燃烧控制也因此成为火电厂过程控制中的一大难题。

模糊控制的突出特点在于控制系统的设计不要求知道被控对象的精确数学模型,只需要提供现场操作人员的经验知识及操作数据,而且模糊控制器鲁棒性强,适用于非线性时变及滞后系统。因此将模糊控制方案引入锅炉燃烧控制应能取得有效的结果。锅炉燃烧控制中主气压力Pm与一次风挡板开度vr的关系是

Pm402100s2+210s+1Vr(1)

1 设计模糊控制器

模糊控制器采用以锅炉气压变化和气压变化率为输入变量,以一次风挡板开度为输出变量的双输入单输出结构。它们的模糊集和论域定义如下:

偏差E,偏差变化率Ec,控制量U的模糊集均为{NB,NM,NS,0,PS,PM,PB},模糊控制规则如表1,隶属度函数如图1。

表1 控制规则表

E

Ec

NBNMNS0PSPMPB

NBPSPSPSPSPMPBPB

NMNSPSPSPSPMPMPB

NSNMNS00PSPMPM

0NBNMNS0PSPMPM

PSNBNMNS00PSPM

PMNBNBNMNSNSPSPS

PBNBNBNMNSNSNSNS

图1 隶属度函数

2 仿真

Matlab中的Simulink环境可以直观明了地观察所设计的模糊系统是否符合需要,也可以帮助分析和解决问题,指导系统的设计、修改以及完善。

火电厂的锅炉燃烧控制仿真方框图如下:

图2 模糊控制系统Simulink仿真模型图

其中引入Ke和Kec分别对误差信号及其变化率进行规范处理,使得其值域范围与模糊变量的论域吻合,然后对这两个信号模糊化后得出的信号进行模糊推理,并将得出的模糊量解模糊,得出精确变量,通过规范化增益Ku后就可以得到控制信号。设定Ke=2.3,Kec=0.001,Ku=0.18。

图3 模糊控制系统仿真图

给系统加上扰动

图4 模糊控制系统加扰动后的模型图

图5 模糊控制系统加扰动后的仿真图

3 结果分析

(1)模糊控制系统具有良好的性能。

(2)系统在受到定值扰动时候,调节时间和超调量都较小。

参考文献

[1]李德毅.知识表示中的不确定性[J].中国工程科学,2000,2(10):73-79.

[2]诸静等.模糊控制原理和应用[M].北京:机械工业出版社,1995.