基于一種自改進的模糊PID算法在垃圾焚燒爐爐溫控制中的應用

摘 要：隨著現代城市的發(fā)展加快，城市中的垃圾越來越多，垃圾在垃圾焚燒爐的燃燒過程中能否得到充分的燃燒靠的是爐溫的控制，因此調節(jié)爐溫控制成為垃圾充分燃燒的主要技術手段。自改進的模糊PID控制算法在爐溫中的應用可以有效的控制爐溫的溫度，使得爐溫能夠保持在平穩(wěn)的范圍內運行，從而使燃燒更加充分。

關鍵詞：垃圾焚燒爐；爐溫；模糊PID

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.003

1 本課題研究的意義

安全燃燒是焚燒爐的運行的重點，爐溫的溫度是焚燒爐安全運行的一個重要指標。一般情況下我們要求爐溫的溫度應該保持在在一定的安全范圍之內，這樣做是為了防止發(fā)生因為爐溫過高或者爐溫過低，因此而導致的出現結焦的問題和熄火的現象。然而鍋爐系統(tǒng)是一項復雜的系統(tǒng)和多參數、非線性、時變和變量的系統(tǒng)。運用普通的控制方法并不能很好的控制爐溫，所以采用自改進的模糊PID控制的方法控制焚燒爐來解決爐溫的不穩(wěn)定性。

2 焚燒爐爐溫控制系統(tǒng)的發(fā)展現狀

目前由于垃圾的種類繁多，垃圾的燃燒性能不一樣，垃圾焚燒爐的爐溫控制系統(tǒng)基本上都是采用常規(guī)的PID控制算法，該算法的抗干擾能力差，穩(wěn)定性不好，針對燃燒系統(tǒng)的非線性、強耦合性能，不能解決爐溫控制系統(tǒng)中的強耦合關系。

3 影響焚燒爐爐溫的因素

影響焚燒爐爐溫的主要因素有給煤量以及一、二次風配以及垃圾的種類，在該控制系統(tǒng)中，在垃圾焚燒爐燃燒的過程中當煤的質量或者是給煤量在發(fā)生變化時，改進的模糊PID控制器就會對燃燒量進行調節(jié)。

4 自改進模糊PID控制器的設計

4.1 自改進模糊PID控制器的構成

模糊控制系統(tǒng)的設計主要步驟：

（1）確定自改進模糊PID控制器的兩個變量，輸入變量和輸出變量。（2）模糊化：實現模糊PID控制器輸入量的確定值轉換為相應的模糊語言變量值，設計模糊控制器輸入與輸出的比例因子的過程叫做模糊化。（3）建立模糊PID控制規(guī)則。（4）清晰化：控制器輸出模糊集合的判決并通過確定輸出比例因子得到輸出精確控制量。

模糊控制系統(tǒng)的結構流程圖如圖1所示。

系統(tǒng)設定值R值為輸入值，e=r-y為系統(tǒng)存在的偏差值，de/dt為系統(tǒng)偏差的變化率。E為系統(tǒng)誤差，U為模糊控制器的輸出控制量，EU為誤差變化率模糊集合。y為系統(tǒng)的輸出量，K△e、Ke、Ku是系統(tǒng)的量化因子。

4.2 自改進模糊PID控制器的設計

在爐溫模糊控制器的控制系統(tǒng)中，溫度的給定值為r，實際溫度值為y，U為輸出變量，e和ec為模糊控制器的模糊輸入的變量。

（1）輸入量的模糊化。床溫誤差e和床溫誤差變化率ec為床溫模糊控制器的兩個輸入量。一般情況下[-50℃，+50℃]是床溫誤差e可以接受的基本論域，量化后的E如表1所示。

（3）模糊PID控制器的模糊推理規(guī)則。模糊推理的設置是依據控制系統(tǒng)的偏差變化和偏差的變化率來進行控制的。模糊控制規(guī)則可以描述為：If E is A，and EC is B，then U is C。當偏差較大時選擇控制量就要以消除偏差為主；當偏差較小時選擇控制量就要以防止超調為主這就是被控對象的偏差與控制作用之間的變化規(guī)則。根據此規(guī)則就可以得出床溫控制器的規(guī)則，可以用表格表示如表3所示。

圖5是模糊控制與常規(guī)PID控制的仿真結果對比圖，圖中紅紫色線是模糊控制的仿真結果，橙黃色線是常規(guī)PID的仿真結果。從圖中可以看出紅紫色線的控制效果更加明顯，它從初始溫度開始上升到規(guī)定的溫度后就迅速的保持了穩(wěn)定，然而橙黃色的線從初始溫度開始到了規(guī)定的溫度后還會繼續(xù)上升然后再次下降到規(guī)定的溫度并且會在規(guī)定的溫度上下浮動最后才會保持穩(wěn)定。所以可以得出，模糊控制的魯棒性強，抗干擾能力強，控制效果更好。

6 結束語

由于垃圾焚燒爐的燃燒系統(tǒng)是一個十分復雜的系統(tǒng)，有著時變性、強耦合、大滯后的特點，很難建立一個精準的數學模型。面對這些復雜的燃燒問題，一般的控制理論和方法都不能有效的解決，因此我在模糊PID控制算法的基礎之上改進了一種模糊PID控制算法，通過仿真驗證，所改進的這種模糊PID控制算法，能夠緩解垃圾焚燒爐爐溫的不穩(wěn)定性，起到了研究的目的。

參考文獻

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作者簡介：陳明淑（1986-），女，陜西寶雞人，助教，研究方向：智能控制。