基于模糊自整定PID的鍋爐連排過程控制研究

【摘 要】鍋爐連排控制系統(tǒng)是一個多參量時變的復(fù)雜控制系統(tǒng)，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。采用傳統(tǒng)的PID控制器進(jìn)行控制，效果并不理想。為了提高系統(tǒng)的控制品質(zhì)，提出采用模糊自整定PID控制算法。通過建模仿真，獲得控制效果較為理想。

【關(guān)鍵詞】鍋爐連續(xù)排污 模糊自整定PID控制 建模仿真

一、引言

目前國內(nèi)鍋爐連續(xù)排污普遍采用手動控制，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中，常出現(xiàn)排污過量和排污量不足的情況，影響排污效果。將人工調(diào)節(jié)改為自動調(diào)節(jié)，用模糊自整定PID控制應(yīng)用于鍋爐連續(xù)排污系統(tǒng)，可以提升控制對象的動、靜態(tài)性能。

二、鍋爐連排控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)

（一） 鍋爐連排控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

鍋爐連排控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是精確控制鍋爐的連排流量，確保爐內(nèi)污水按設(shè)定值排出。圖1為鍋爐連排控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，從電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)到流量計(jì)階段可分為分為兩個過程。

首先是電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)解流量過程。輸入為電流信號，輸出為排污流量，此過程在動態(tài)特性上是一個二階慣性加滯后環(huán)節(jié)，調(diào)解過程具有純滯后時間T。

其次是污水流經(jīng)中間連排管過程，輸入為電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)出口處流量，輸出為流量計(jì)入口處流量。此過程由于溫度壓力等工質(zhì)因素的變化對排污流量帶來的影響，可以用一階慣性環(huán)節(jié)近似的描述其動態(tài)特性。

綜合上面兩部分的公式可以得到鍋爐連續(xù)排污過程傳遞函數(shù)為：

（二）模糊自整定PID控制器的實(shí)現(xiàn)

模糊自整定PID控制器由模糊控制器和PID控制器兩部分組成。其思想是在傳統(tǒng)PID控制的基礎(chǔ)上，采用模糊邏輯推理建立PID控制參數(shù)與流量偏差和流量偏差的變化率之間函數(shù)關(guān)系，根據(jù)不同的流量偏差和流量偏差變化率對PID控制器控制參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整，提升控制系統(tǒng)的控制性能。結(jié)合鍋爐連排控制系統(tǒng)實(shí)際情況、專家經(jīng)驗(yàn)和模糊自整定控制算法，制定鍋爐連排模糊自整定控制系統(tǒng)。參數(shù)設(shè)定如表1所示。

三、仿真及結(jié)果實(shí)驗(yàn)分析

根據(jù)公式（1），結(jié)合現(xiàn)場鍋爐運(yùn)行情況，鍋爐連續(xù)排污系統(tǒng)傳遞函數(shù)可簡化為：

根據(jù)以上傳遞函數(shù)，搭建鍋爐連續(xù)排污控制系統(tǒng)Simulink仿真模型，對該系統(tǒng)分別通過模糊自整定PID控制和傳統(tǒng)的PID控制方法進(jìn)行仿真。

當(dāng)系統(tǒng)不加擾動時連排控制系統(tǒng)的仿真曲線如圖2所示，從仿真結(jié)果可以看出使用新方法調(diào)節(jié)時間減少12.7s，超調(diào)降低了34%。在55s施加擾動，如圖3所示，可知使用新方法調(diào)節(jié)時間減少11s。仿真結(jié)果表明模糊自整定PID控制明顯優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制，具有超調(diào)小，調(diào)整時間短，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

四、結(jié)論

本文在傳統(tǒng)的PID控制算法的基礎(chǔ)上結(jié)合模糊控制算法，實(shí)現(xiàn)了鍋爐連續(xù)排污的模糊自整定控制。通過Simulink對該系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，仿真結(jié)果證明模糊PID自整定控制器更適合鍋爐連排控制系統(tǒng)，能夠獲得更好的動態(tài)響應(yīng)。