基于模糊PID的鍋爐汽包水位三沖量控制系統(tǒng)的研究

【摘 要】本文論述了汽包水位的動(dòng)態(tài)特性，針對三種汽包水位控制方案進(jìn)行分析，選擇了三沖量汽包水位控制系統(tǒng)，并建立了汽包水位的數(shù)學(xué)模型，并提出了基于模糊數(shù)學(xué)的PID控制方法，并在Matlab/Simulink上進(jìn)行傳統(tǒng)PID控制、模糊自整定PID控制仿真，結(jié)果顯示，模糊自調(diào)整 PID 控制與傳統(tǒng) PID 控制相比，其穩(wěn)定性和自我調(diào)節(jié)能力增強(qiáng)，系統(tǒng)的響應(yīng)速度變快，控制精度高，控制效果較好。

【關(guān)鍵詞】三沖量；模糊控制；數(shù)學(xué)建模；Matlab仿真

0.引言

隨著火電機(jī)組容量在不斷的變大，參數(shù)的要求也在不斷的變高，火電廠針對鍋爐的安全與穩(wěn)定性方面加大要求，而鍋爐給水是一個(gè)重要的參數(shù)，以確保鍋爐正常運(yùn)行，其主要目的是使鍋爐汽包水位保持在預(yù)定的范圍，在這種情況下，其作用不僅是保證鍋爐安全生產(chǎn)，而且還是作為衡量鍋爐是否正常運(yùn)作的因素之一，通常情況下，高水位與汽包內(nèi)汽與水的分離效果有關(guān)，容易導(dǎo)致汽輪機(jī)產(chǎn)生沖擊，而且在這種情況下很容易使軸封出現(xiàn)損壞，葉片出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象；水位太低會導(dǎo)致水分蒸發(fā)過快，易造成局部水冷壁管的破壞，甚至引起爆炸現(xiàn)象[1-5]。

智能控制主要是用來解決解決復(fù)雜的控制系統(tǒng)，例如智能機(jī)器人系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，復(fù)雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng)，航天航空控制系統(tǒng)，交通物流、商務(wù)、建設(shè)作業(yè)、農(nóng)業(yè)等非制造業(yè)中的控制系統(tǒng)、環(huán)保能源系統(tǒng)等[7]。近些年來，復(fù)雜系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)和參數(shù)或規(guī)則自調(diào)整模糊系統(tǒng)方面的研究關(guān)注最高，如引入了自學(xué)習(xí)模糊控制策略，并用Matlba/Simulink進(jìn)行仿真，結(jié)果顯示模糊控制對汽包水位的控制效果較好。

1.鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)

1.1鍋爐汽包水位的數(shù)學(xué)模型

通常情況下，高水位與汽包內(nèi)汽與水的分離效果有關(guān)，容易導(dǎo)致汽輪機(jī)產(chǎn)生沖擊，而且在這種情況下很容易使軸封出現(xiàn)損壞，葉片出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象；水位太低會導(dǎo)致水分蒸發(fā)過快，易造成局部水冷壁管的破壞，甚至引起爆炸現(xiàn)象[3]。火力發(fā)電廠中鍋爐汽包水位的被控制量水位是以汽包蒸發(fā)管中貯藏著蒸汽和水的多少來決定的，如果只考慮主要干擾，則汽包水位的動(dòng)態(tài)方程為：

1.2鍋爐汽包水位三沖量控制系統(tǒng)

由于鍋爐容量大，汽包容水量小，而且在雙沖量控制系統(tǒng)中，其給水量變化不能通過汽包水位的改變而反映出來，再加上控制對象繁多，當(dāng)幾臺鍋爐一起運(yùn)行時(shí)，控制參數(shù)會相互影響，所以在雙沖量的基礎(chǔ)上，把給水量也作為反饋信號。

2.鍋爐汽包水位模糊PID控制系統(tǒng)建模與仿真

2.1模糊控制器的設(shè)計(jì)

2.2模糊PID控制系統(tǒng)仿真研究

3.結(jié)論

由仿真結(jié)果可知，模糊PID控制系統(tǒng)的穩(wěn)定時(shí)間在72s，普通PID為94s，明顯優(yōu)于普通PID控制。即傳統(tǒng)PID控制方法魯棒性較差，模糊自整定PID控制控制效果好，魯棒性強(qiáng)，而且，模糊自整定PID的高精度，快速性使其廣泛用于工業(yè)鍋爐汽包水位控制，由系統(tǒng)響應(yīng)曲線可以看出，模糊PID控器與普通PID控制和模糊控制相比，具有速度響應(yīng)快，超調(diào)量小，控制精度高的特點(diǎn)。

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