基于自整定模糊pid控制的锅炉汽包水位控制研究

基于自整定模糊pid控制的锅炉汽包水位控制研究

在锅炉的运行中，水位是一个非常重要的参数如果水位过高，会影响水压分离的效果，导致空气设备的失败。如果水位太低，你就会破坏水和汽油箱的循环，严重时会导致锅炉爆炸。与此同时，高性能锅炉的蒸汽流量很大，汽包的体积相对较小。因此，对锅炉水位的控制非常重要。记录锅炉水位的自动控制任务是控制给水流量，并将蒸发量与允许范围内的水位变化一起。1锅炉汽包水位动态特性三冲量控制系统是在流量反馈控制基础上,引入蒸汽流量前馈冲量而构成的汽包水位控制系统·这种系统以汽包水位、蒸汽流量和给水流量为冲量来调节给水调节阀的开度,维持水位的稳定·通过对给水流量的调节,使汽包内部的物料达到动态平衡,如图1所示·变化在允许范围之内,锅炉汽包水位对蒸气流量和给水流量变化的响应呈积极特性·但是在负荷(蒸气流量)急剧增加时,表现却为“逆响应特性”,即所谓的“虚假水位”·如何克服“虚假水位”现象是汽包水位调节的关键·由于在不同阶段,汽包水位动态特性不断变化,使得采用单一结构和参数的三冲量控制方法达不到满意的控制效果·采用自整定模糊PID控制方法来控制锅炉的汽包水位,使得锅炉水位即使在扰动幅度较大的情况下仍能保持自控,获得了良好的控制效果·2模糊自整定pid控制器自整定pid控制器运用模糊数学的基本理论和方法,把规则的条件、操作用模糊集表示,并把这些模糊控制规则以及有关信息(如评价指标、初始工参数等)作为知识存入计算机知识库中,然后计算机根据控制系统的实际响应情况(即专家系统的输入条件),运用模糊推理,即可自动实现对参数的最佳调整,这就是模糊自整定PID控制·自整定模糊PID控制器结构如图2所示·1模糊自整定psd控制器的设计在锅炉汽包水位控制系统中,输入变量选择为汽包水位的偏差值e和偏差值的变化量ec,输出变量选择为PID参数的校正值,即ΔKp,ΔKi和ΔKd·在模糊自整定P1D控制器中,采用的是二维模糊控制器(如图3所示)·2模糊算子的性质取输入语言变量e和ec的论域均为e,ec={-6,-4,-2,0,2,4,6},其模糊子集为e,ec=NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB·语言变量e,ec,ΔKp,ΔKi,ΔKd语言变量的隶属度函数均采用三角形隶属度函数如图4所示,语言变量ΔKi的隶属度函数如图5所示·3参数模糊规则表IfeandecthenΔKpIfeandecthenΔKiIfeandecthenΔKd根据以上规则可得参数模糊规则表如表1～表3所示·4ax-min推理合成算法在模糊控制中采用易于实现的数据驱动的正向推理,并采用MAX-MIN推理合成算法,即C′=(A′andB′)˚RR=21∪i=1R1Ri=(A′andB′)→Ci式中,模糊集合C′表示输出模糊量u;Ri代表每一条模糊规则·5锅炉汽包水位实时控制系统优化仿真结果在汽包水位实时控制中,根据汽包水位的误差e和误差变化量ec,直接查找模糊控制表得出校正量,分别乘以比例因子求得最终结果ΔKp,ΔKi,ΔKd·在锅炉汽包水位实时控制系统中,在求得模糊控制器输出量ΔKp,ΔKi,ΔKd后,将其与PID基准值相加,到整定的瞬态PID参数·3模糊控制出现超调,这也是保证系统运行的一个重要在Simulink中的模糊自调整PID控制系统如图6所示·从仿真结果分析,采用模糊控制方法对PID参数进行在线调整,是在偏差较大时使Kp增大,提高了系统的响应时间,在中间过程抑制了系统响应出现超调,在接近稳态时Kp,Ki增大,Kd减小,使系统缩短了稳态时间,抑制了振荡,控制精度高,动态性能好,鲁棒性强·锅炉汽包水位控制系统的阶跃响应曲线可以看出,采用模糊自调整的PID控制系统的效果要好于传统的P1D控制系统和纯模糊的控制系统,具体体现在:1)自整定模糊PID控制系统的调节时间短;2)自整定模糊PID控制的超调量较小;3)自整定模糊PID控制上升时