分布式鍋爐控制算法設(shè)計

段征，尹崗

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

本文主要研究方面是對于控制計量表的集中供熱系統(tǒng)，該課題主要研究目標(biāo)是供熱系統(tǒng)的用戶假若裝有熱量表，調(diào)節(jié)室內(nèi)的流量閥后，可一直處于最適宜的溫度環(huán)境下即流量閥全開不可以出現(xiàn)，室內(nèi)溫度仍然較低的現(xiàn)象，也不能流量閥開關(guān)量最小出現(xiàn)的情況下，室內(nèi)溫度仍舊很高的情況[2]。講解模糊控制發(fā)展史以及關(guān)于設(shè)計模糊控制器的理念。詳細說明本文主要研究對象，集中供熱模糊控制器的設(shè)計過程。利用MATLAB模糊工具箱對設(shè)計完成的模糊控制器進行仿真，對結(jié)果進行分析。

1 集中供熱系統(tǒng)

所謂的城市中央供暖，即在鍋爐房區(qū)域作為熱源或熱與動力裝置，通過其熱網(wǎng)的熱輸出，熱傳遞到用戶需要滿足這些溫?zé)嵊脩粜枨?。中央加熱的主要任?wù)是滿足的前提下，對熱用戶的需求，盡可能降低成本和減少污染[3]。中央加熱系統(tǒng)，換熱站已經(jīng)發(fā)揮了核心作用，換熱站簡圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The overall structure of System

在中央加熱系統(tǒng)，連接熱源和熱交換站用戶的方面是它的熱水管網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)和副網(wǎng)絡(luò)一起形成的加熱系統(tǒng)的供水網(wǎng)絡(luò)，一級網(wǎng)絡(luò)連接到所述熱源和變化裝置熱水管網(wǎng)站；二級網(wǎng)絡(luò)的連接站，換熱器的熱水管網(wǎng)的用戶。站之間的熱傳遞是在一級網(wǎng)絡(luò)和副網(wǎng)絡(luò)，并配有相關(guān)的設(shè)備和用戶連接。換熱站是由：熱鍋爐，熱交換器，循環(huán)泵，給水泵，熱水填充罐，閥，旁通閥和儀表，溫度傳感器，警報裝置等[4]。

非變頻調(diào)速循環(huán)水泵調(diào)節(jié)，此種方法主要是應(yīng)用對一次供水網(wǎng)中閥門的調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)管道中流量的方法進行調(diào)節(jié)，分為間接連接系統(tǒng)和直接連接系統(tǒng)兩種方式，如圖2，圖3所示。

圖2 換熱站間接連接系統(tǒng)Fig.2 The heat exchange station indirect connection system

圖3 換熱站直接連接系統(tǒng)Fig.3 The heat exchange station directly connected system

1）補水泵的轉(zhuǎn)速與頻率的關(guān)系：

n=60f（1-S）/P

式中:n-補水泵的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；

f-換熱站電源的頻率；

3 腸內(nèi)營養(yǎng)制劑的輸注方式 腸內(nèi)營養(yǎng)制劑可通過一次性輸入、間歇性重力滴注或連續(xù)性泵入的方式輸注。一次性輸注的優(yōu)點在于不受連續(xù)輸注的約束，有類似正常膳食的間隔。間歇滴注比連續(xù)泵入有更多活動時間。連續(xù)泵入適用于危重癥、十二指腸或空腸造口喂養(yǎng)的患者。應(yīng)根據(jù)患者具體情況選擇合適的輸注方式。

s-補水泵采用異步電機的轉(zhuǎn)差率；p-補水泵的極對數(shù)。

2）電機的流量，功率和葉輪轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系：

式中:G-管道內(nèi)熱水的流量，單位為m3/h；

P-電機的功率，單位為kW；

n-電機葉輪的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；

2 模糊控制

所謂模糊控制是指在自然語言陳述出控制策略，或?qū)＜腋鶕?jù)經(jīng)驗和大量的實際運行數(shù)據(jù)采集，總結(jié)了控制規(guī)則，輸入電腦，利用電腦輔助進行控制反對自動控制。

這里只介紹作者所使用的模糊控制器類型Mamdani型，控制器基本組成如圖4所示。

集中供熱系統(tǒng)控制器的設(shè)計數(shù)據(jù)，測試數(shù)據(jù)是2009年由公司提供的內(nèi)蒙古電加熱系統(tǒng)熱電熱的一年，后來以驗證數(shù)據(jù)控制器的精度為先導(dǎo)區(qū)的蓬勃發(fā)展提供了筆者的熱交換期六天實地考察熱站，收集獲得270個數(shù)據(jù)。

1）模糊控制器結(jié)構(gòu)的確定

圖4 Mamdani二維模糊控制器原理圖Fig.4 The principle diagram of the Mamdani two-dimensional fuzzy controller

由于用戶從熱力公司獲取的供熱熱量的影響因素主要有：供熱管道內(nèi)熱水的壓力；室外溫度；熱水的流量供熱管道內(nèi)；供水溫度。

2）數(shù)據(jù)幅值和增量的約束

作者引用了大量的數(shù)據(jù)，兩個相鄰的數(shù)據(jù)往往差別不大，但情況會出現(xiàn)較大的偏差，這是因為外部環(huán)境變化較大，導(dǎo)致跳讀數(shù)發(fā)生后，總結(jié)出一個可能的跳躍點，除了限制的大小，數(shù)據(jù)的調(diào)整值了科學(xué)的預(yù)測，使之更加自滿。

3）輸入，輸出量模糊分布的定義

模糊控制器組建的重要部分是規(guī)則建立，本課題應(yīng)用探究系統(tǒng)批量的輸入一輸出數(shù)據(jù)，而且應(yīng)用總結(jié)的方法對數(shù)據(jù)進行分析進而建立控制器的模糊規(guī)則，總結(jié)歸納全年供熱數(shù)據(jù)，分別處理系統(tǒng)輸入和輸出數(shù)據(jù)，最終得到控制器模糊規(guī)則。

3 集中供熱模糊控制器的MATLAB仿真

仿真是基于相似理論，控制論，信息技術(shù)和相關(guān)知識為基礎(chǔ)的各種物理設(shè)備和計算機為工具，用實際系統(tǒng)的系統(tǒng)模型，該技術(shù)的綜合實驗研究，該系統(tǒng)包括實體模型和數(shù)學(xué)模型的模型，基于計算機的模擬，通過數(shù)值計算，數(shù)據(jù)分析，最終實現(xiàn)集中供熱MATLAB仿真模糊控制器的實時系統(tǒng)的試點研究的目的[6]。

鑒于前期工作已經(jīng)籌備完全，此刻可以對前期的準(zhǔn)備工作輸入到MATLAB工具箱對模糊控制器進行建模和仿真。

所建立的模糊控制器，輸送到MATLAB的Simulnk工作空間中，將所有元件放入Simulink仿真空間后進行連線，建立仿真框圖如圖5所示。

4 結(jié) 論

非線性，時變性是集中供熱系統(tǒng)[7]所具有的特性，隨機干擾以及不確定的對象模型參數(shù)也是其重要特性之一，所以該設(shè)計使用現(xiàn)場得到的采集數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，將真實數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)進行對比，結(jié)果表明兩條曲線產(chǎn)生較好重合度，高精度計算結(jié)果，可以完全滿足集中供熱系統(tǒng)，進一步提高了模糊控制器的研究理解能力，使模糊規(guī)則的科學(xué)性更具有說服力，這種數(shù)據(jù)的處理方法提升了系統(tǒng)精度，這與常用的模糊規(guī)則的制定方法存在著不同之處。

圖5 集中供熱模糊控制器Simulink仿真框圖Fig.5 The central heating fuzzy controller Simulink block diagram

圖6 集中供熱模糊控制器仿真系統(tǒng)輸入輸出曲線Fig.6 The central heating fuzzy controller simulation system input and output curve

圖7 計算數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)對比曲線Fig.7 The calculated data and actual data contrast curve

[1]賀平.論我國集中供熱技術(shù)發(fā)展趨向的幾個主要問題區(qū)域供熱[J].區(qū)域供熱，1992（3）:6-11.HE Ping.Talk about the our country the central heating district heating technology development trend of several main problem[J].Journal of District Heating，1992（3）:6-11.

[2]李先瑞.城市集中供熱發(fā)展成就和發(fā)展展望[J].中國建設(shè)信息供熱制冷，2002（l）:39-42.LI Xian-rui.Urban central heating the development achievements and development prospect of[J].China construction information heating refrigeration，2002（l）:39-42.

[3]趙伯英.供熱工程[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1988.

[4]李善化，康憊編.集中供熱設(shè)計手冊[M].北京:中國電力出版社，1995.

[5]賀平.供熱工程[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1993.

[6]石兆玉.供熱系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)與控制[M].北京:清華大學(xué)出版社，1994.

[7]劉穎.節(jié)能型供熱溫度控制器設(shè)計[J].電子科技，2013（6）:73-76.LIU Ying.Design of energy-saving heating temperature controller[J].Electronic Science and Technology，2013（6）:73-76.