摘要：針對火電廠鍋爐的過熱汽溫調節特性差、經常出現過熱器汽溫超調的問題。根據模糊控制理論，對主汽溫控制回路進行了改進，提出了一種基于模糊邏輯主蒸汽溫度PID控制器，結合模糊邏輯控制和傳統串級PID控制各自優點，設計混合型模糊主蒸汽溫度PID控制系統；并在MATLAB上進行了仿真試驗，結果表明，與傳統串級PID控制系統相比，主蒸汽溫度模糊串級控制具有良好的動態調節品質和較強的魯棒性。

關鍵詞：串極控制模糊PID控制Matlab

Main Steam Temperature Fuzzy Controller of Thermoelectric Power Station Boiler

Abstract：To solve the problems of thermal power plants, such as poor regulation performance of superheated steam temperature and overshooting of superheated stem temperature，the control circuit for the main steam temperature was improved based On the fuzzy control theory. It proposed one kind of fuzzy logic main vapor temperature PID controller，together with the union fuzzy logic control and traditional cascade PID controls the respective merit，and design a mixed type fuzzy host vapor temperature PID control system; and it did the simulation test in Matlab. Finally indicated that compares with the traditional cascade PID control system，the main vapor temperature fuzzy cascade control has good dynamic regulation quality and strong robustness．

Key words： fuzzy logic control；cascaded control；MATLAB

引言

過熱蒸汽溫度是火電廠鍋爐運行質量的重要指標之一，過熱汽溫過高或過低都會顯著地影響電廠的安全性和經濟性。

改善鍋爐主蒸汽溫度控制的必要性：理論上，主汽溫越高，機組的經濟性越好，但安全性差；主汽溫越低，機組的經濟性越差，但安全性好。而在火電機組運行過程中發現，運行人員調解主蒸汽溫度頻繁，勞動強度比較大，特別是機組負荷擾動比較大時，很容易超溫，在這種情況下，過熱汽溫表現為非線性、大慣性、參數時變和不確定因素的典型復雜系統。常規的機組控制方案結合前饋補償、變參數、串級等控制策略，已無法滿足上述復雜控制系統的要求，減溫水自動無法保證長期正常投入運行，只能用來維持生產過程的平穩運行，復雜工況需要運行人員大量的手工操作和監督控制，機組運行參數偏離經濟指標較大，嚴重影響機組的經濟效益和安全可靠運行。其中，尤以I級減溫水調節表現為調節特性差，響應速度慢，經常因為溫度偏差大導致自動退出，影響主汽溫的控制，故需要采用先進控制策略對控制回路進行優化。常規PID控制器是建立在被控對象精確數學模型基礎之上的，而模糊控制不要求被控對象的精確模型且適應性強。模糊控制主要是模仿人的控制經驗而不是完全依賴于控制對象的模型，因此模糊控制能近似地反映人的控制行為，而無需建立對象的數學模型，有很強的魯棒性。為此本文提出了一種鍋爐主蒸汽溫度模糊控制器。

1被控對象的數學模型

通過對現場機組不同負荷下的擾動試驗，采集擾動試驗下的減溫水對象數據，分析試驗曲線，采用T．S模糊模型辨識方法，擬合試驗曲線，可近似得到不同負荷下的廣義汽溫對象模型，分析汽溫對象模型可知，時間常數和階次隨負荷遞減呈現遞減的趨勢，選取50％，100％的汽溫對象模型在MATLAB里搭設串級調節回路，PID參數通過

準則確定后，進行仿真。但實際中，因煤種的變化和負荷工況的變化，并不能完全滿足主汽溫的控制要求，考慮到模糊控制器能實現非線性，變參數的調節性能，故對主汽溫控制回路采取模糊控制器和PID控制器聯合控制的辦法。本文建立了600MW直流鍋爐過熱汽溫對象的數學模型。見表1。

表1特定負荷下汽溫對噴水擾動的動態特性

2模糊PID復合控制器設計

模糊PID系統是將傳統的串級PID控制與模糊控制器有機地結合起來。即在傳統的串級PID控制方案中采用模糊控制器作為主回路調節器，副回路調節器依然不變，從而建立起混合型模糊PID系統。該系統主要有外回路和內回路組成，內回路(副回路)調節器依然采用PID控制，克服系統內部擾動，消除內部靜態偏差作用，外回路(主回路)調節器采用模糊控制器，充分利用模糊控制的動態調節特性克服外部擾動給系統帶來的影響。

2．1系統結構原理

主蒸汽溫度模糊PID控制系統的執行機構由一級減溫器和二級減溫度器組成，一級減溫器起到粗調作用，二級減溫器起到細調作用。模糊控制器將主汽溫偏差和偏差變化率轉換為模糊量，經過模糊控制規則的處理得到模糊輸出量，最后將模糊變量去模糊化處理得到精確值，作為副調節器PID2的參考輸入信號。模糊控制系統的結構主要有模糊控制器和被控制對象兩部分組成，其結構如圖1所示。經過主蒸汽流量修正的輸入r為系統設定值(精確量)。e=r—y為系統誤差，ec=de／dt為誤差變化率(精確量)，y為系統的輸出量(精確量)。誤差e和誤差變化率ec作為輸入信號進入模糊控制器。U為輸出閥門的開度，作為模糊控制器的輸出，經過反模糊化去控制被控對象。

                           圖1     模糊控制系統結構圖

2.2模糊控制器的設計

模糊控制器的設計關鍵是模糊控制規則的獲取，通過對現場數據的統計分析，計算出屏過出口溫度的最大偏差，屏過出口溫度變化的最大速率以及閥門開度的最大變化量，并將該數據設為語言變量的論域。根據語言變量的論域，論域子集，選擇三角形函數確定隸屬度函數如圖2一圖4所示。

模糊規則如下表2。

表2  模糊規則表

3Matlab的仿真實驗

3.1主氣溫控制系統的simulink仿真比較

本文討論的主汽溫控制系統的基本結構采用串級控制系統，其中主回路采用采用模糊控制器，副回路采用PID控制器。模糊PID串級控制系統仿真框圖如圖5所示。在Simulink仿真界面里將設計好的模糊控制器加入到整個控制回路中，其中各參數整定好，即可實現控制回路的仿真

從圖6中可以看出，模糊控制與串級PID控制相比，過渡時間短，較快進入穩定，無超調，動態調解品質好。

3.2被控對象在不同負荷下的仿真圖形

為了驗證所設計的FC對主汽溫對象控制效果，本文采用了600MW直流鍋爐過熱汽溫對象在100％和50％兩種負荷下的動態特性來仿真，模糊控制系統和傳統的串級PID控制系統的性能相比，來分析此種控制系統在理論和工程上的可行性。仿真結果如圖7和圖8所示。

4結論

提出基于模糊調整的控制策略，將該策略應用到火電廠鍋爐主蒸汽溫度的控制系統中。與串級PID控制控制相比，模糊控制器利用推理機產生的控制策略，實現了對系統的快速無超調控制。同時使系統具有良好的穩定性和魯棒性，仿真結果表明了該方案的有效性和優越性。

參考文獻

[1]陳鋼.火電廠主汽溫模糊控制優化[J].華東電力2008，36（8）：88-91

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