淺析模糊控制在電廠熱工過程中的應(yīng)用

王曉杰

【摘要】在電廠的熱工過程中，由于傳統(tǒng)的PID控制具有一定程度的局限性，因此，要進(jìn)行控制模式的創(chuàng)新，本文對模糊控制在電廠熱工過程中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，并且還通過仿真技術(shù)研究了模糊控制的可行性，希望為電廠熱工更好的工作提供幫助。

【關(guān)鍵詞】模糊控制，電廠熱工，仿真技術(shù)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，我國的電力企業(yè)得到了非?？焖俚陌l(fā)展，電力工業(yè)中的高參數(shù)、大容量火電機(jī)組已經(jīng)成為了非常重要的機(jī)組，導(dǎo)致生產(chǎn)的難度不斷加大。我國電力工業(yè)中的生產(chǎn)安全性不斷提高，生產(chǎn)過程也逐漸繁瑣，導(dǎo)致對電廠熱工過程中的控制提出了更高的要求，但是，在現(xiàn)在的熱工過程中最常使用的還是PID控制，要想切實(shí)提高電廠熱工過程的控制質(zhì)量和水平，一定要進(jìn)行控制方式的創(chuàng)新。本文對模糊控制在電廠熱工過程中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

一、模糊控制在電廠熱工過程中的應(yīng)用意義

目前，大部分的電廠熱工過程采用的都是PID控制，它不僅結(jié)構(gòu)非常簡單，而且對模型有比較小的依賴性，在工程上非常容易實(shí)現(xiàn)。但是，隨著熱工過程的不斷發(fā)展，對控制質(zhì)量要求的越來越高，再加上控制對象也越來越復(fù)雜，PID控制已經(jīng)不能完全符合熱工過程對控制的需求。PID控制由于自身具有一定的局限性，控制器上的參數(shù)不能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)調(diào)整，因此，要進(jìn)行控制的創(chuàng)新，而模糊控制正好符合熱工過程的需求。模糊控制是在六十年代的模糊數(shù)學(xué)理論中提出的，目前在各個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，它不僅能夠用在規(guī)模比較小的線性單變量系統(tǒng)中，還能控制系統(tǒng)比較復(fù)雜的對象，從而實(shí)現(xiàn)了高參數(shù)、可靠性的效果，也正是因?yàn)檫@些特點(diǎn)，模糊控制具有非常好的應(yīng)用前景。

二、模糊控制的實(shí)施步驟

在進(jìn)行熱工過程的模糊控制時(shí)，主要的步驟可以分為模糊化、謀劃邏輯推理以及接模糊化。在實(shí)際操作的過程中這三個(gè)步驟分別是在模糊控制器的狀態(tài)接口、推理機(jī)以及控制接口完成的。其中模糊化能夠?qū)⑾嚓P(guān)控制對象的物理量利用傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?，如果傳感器將連續(xù)的模擬量當(dāng)作輸出量，那么就需要使用A/D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)輸入測量值的數(shù)字量，之后對該測量值進(jìn)行處理。通過這些步驟能夠?qū)⑤斎氲木_量轉(zhuǎn)變成模糊的變量，從而順利的實(shí)現(xiàn)處理過程。

三、模糊控制在電廠熱工過程中的應(yīng)用

（一）模糊控制在熱工對象中的應(yīng)用

熱工過程中的被控制對象的數(shù)學(xué)模型可以用下面的式子（公式一）來進(jìn)行表示：Ke-TS/（T1s+1）（T2s+1）。這個(gè)式子代表了很多的工業(yè)過程，比如熱工過程、冶金過程以及煉油過程等。為了使研究更加方便，可以將數(shù)學(xué)模型變得具體一點(diǎn)，給K、T1、T2都賦予相應(yīng)的值，之后被控制的對象就變?yōu)橄旅媸阶樱ü蕉┑臉幼樱?0/（0.4s+1）（4s+1）。

下面開始利用模糊控制對公式二進(jìn)行控制，可以使用二維模糊控制器，其中一個(gè)輸入是系統(tǒng)誤差，另一個(gè)輸入是誤差的變化[1]。首先，規(guī)定輸入和輸出變量的詞集。兩個(gè)輸入變量的系統(tǒng)誤差E以及誤差的變化EC的詞集都采用{負(fù)，零，正}的表現(xiàn)形式，也就是{N，O，P}，而輸出變量U的變量詞集要采用{負(fù)大，負(fù)小，零，正小，正大}的表表現(xiàn)形式，具體為{NB， NS，O，PS，PB}；其次，觀察模糊變量的模糊子集。通過相應(yīng)的計(jì)算可以得出，輸入變量E的區(qū)域?yàn)閧-20，20}，輸入變量EC的區(qū)域?yàn)閧-2.5，2.5}，輸出變量U的區(qū)域?yàn)閧-2.5，2.5}，分別選取他們的隸屬度曲線。

其中，模糊控制還有相應(yīng)的規(guī)則，具體表示為：如果誤差是零，那么輸出的也是零；如果誤差是負(fù)，那么輸出的就是正大；如果誤差是正，那么輸出的就是負(fù)大；如果誤差之前是零，隨后變?yōu)樨?fù)，那么輸出的就是正??；如果誤差之前是零，隨后變?yōu)檎?，那么輸出的就是?fù)小；如果誤差之前為負(fù)，隨后變?yōu)檎敲摧敵龅木褪钦?；如果誤差之前為正，隨后變?yōu)樨?fù)，那么輸出的就是負(fù)小。

（二）模糊控制的判定

通過詳細(xì)分析上述內(nèi)容，可以利用仿真技術(shù)來判定模糊控制，從而得到相應(yīng)的曲線，如圖1所示。從圖中我們可以看出，模糊控制的效果非常好，也就是說，模糊控制在熱工過程中是切實(shí)可行的。通過圖1還能對PID控制和模糊控制的性能進(jìn)行比較，從圖中可以看出，對于公式二的對象控制來說，PID控制和模糊控制幾乎是同時(shí)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的，PID控制的超調(diào)量大約為3%左右，而模糊控制沒有出現(xiàn)超調(diào)量，也就是說，模糊控制的性能要比PID控制的性能要高。

（三）模糊控制在熱工過程中的適應(yīng)能力

對于實(shí)際的熱工過程來說，具有非線性、無法準(zhǔn)確建模的特點(diǎn)，而且隨著時(shí)間的推移也會(huì)不斷改變，為了能夠檢測模糊控制在熱工過程中的適應(yīng)能力，可以再進(jìn)行下面的研究。比如，將被控制的對象進(jìn)行改變，就拿公式二來說，保持K不變，但是T1、T2要進(jìn)行改變，得出公式三20/（1.2s+1）（4s+1）、公式四20/（2s+1）（4s+1）以及公式五20/（2s+1）（8s+1），之后還是利用上述的模糊控制器進(jìn)行模糊控制。雖然參數(shù)發(fā)生了改變，但是模糊控制的效果仍然沒有改變，而且系統(tǒng)沒有出現(xiàn)振蕩的情況，只是調(diào)節(jié)時(shí)間在慢慢的變長，在公式三、公式四種充分體現(xiàn)了模糊控制在超調(diào)量和穩(wěn)定狀態(tài)方面的性能。雖然公式五的調(diào)節(jié)時(shí)間有一點(diǎn)長，可能是由于模糊規(guī)則比較簡單，如果對模糊規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化，就可以改變控制的效果。由此可見，模糊控制在熱工過程中的作用是非常重要的，而且適應(yīng)能力也比較強(qiáng)，具有非常好的應(yīng)用前景。

結(jié)束語：綜上所述，在電廠熱工過程中應(yīng)用模糊控制能夠起到非常好的效果，而且模糊控制具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。通過實(shí)踐的操作可知，模糊控制比較適合用在對象比較復(fù)雜、不能準(zhǔn)確確定數(shù)學(xué)模型的非線性系統(tǒng)中，但是應(yīng)用在簡單的系統(tǒng)中也能起到很好的效果。由此可見，模糊控制在電廠熱工過程中具有很好的應(yīng)用前景，并且具有很強(qiáng)的性能。