锅炉水位的参数自调整FuzzyPI控制电子目镜

2022-11-23 08:02

锅炉水位的参数自调整Fuzzy-PI控制

锅炉水位的参数自调整Fuzzy-PI控制 2011: 大庆石油学院 电气信息工程学院 付光杰 李越男大庆开发区宏伟工程监理有限公司 刘伟秋1前言 在蒸汽锅炉运行中,水位是一个很重要的控制参数。若水位过高,影响汽水分离的效果,使用气设备发生故障;而水位过低则会破坏汽水循环,严重时导致锅炉爆炸。同时高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大,而锅筒的体积相对来说较小,所以锅炉水位控制显得非常重要。锅炉水位自动控制的任务,就是控制给水流量,使其与蒸发量保持平衡,维持锅筒内水位在允许的范围内变化。2锅炉水位的动态特性 根据物料不平衡和热平衡的关系,锅炉汽包水位调节对象的动态特性方程经推导和化简可写成: 其中h是汽包水的高度;TW是给水流量项的时间常数;TD是蒸汽流量项的时间常数;KD是蒸汽流量项的放大倍数;KW是给水流量项的放大系数; 可见,引起汽包水位变化的扰动主要是蒸汽流量(称为外扰动)和给水流量(称为内扰动)。内扰动时,汽包水位调节对象的运动方程式可表示为: 两边取拉氏变换,结合工程实际忽略较小的TW,并考虑到汽包水位在较长一段时间里不随给水量的增加而增加,可得到该过程的动态数学模型为: 式中,τ为给水扰动下的纯滞后时间,Td=1/ε为水位反应时间。一般锅炉τ为30~100S,Td为30~150S。本系统仿真过程中取τ为45S,Td为130S。 外扰动下,汽包水位调节对象的动态特性方程为: 对上述方程进行拉氏变换,并令K=(KDT2-TD)/T1,T=T1/KD,得3锅炉水位的参数自调整Fuzzy_PI控制器设计 水位系统模型是在对系统影响较小的因素(燃料量、蒸汽压力)忽略,考虑主要影响因素(给水流量、蒸汽流量)的情况下建立的,这样的控制品质指标比较差,故采用Fuzzy控制方法对水位系统进行控制。控制系统如图1所示。 图中K1、K2为Fuzzy控制器的量化因子,K3为比例因子,E、、U分别为误差e、误差变化率和控制量u的模糊语言变量。 采用Fuzzy控制可有效地改善其动态性能,使响应时间加快,超调量减小。但当对系统加一定随机干扰后,其稳态性能较差,存在一定的静差。这是由于Fuzzy控制器只有比例和微分作用,它只考虑了偏差和偏差变化量,而没有考虑偏差和累加,所以Fuzzy控制器不能消除余差。 因PI控制器具有较好的静态指标,如果用Fuzzy控制器与PI控制器组成Fuzzy_PI复合控制器,系统的特性将有明显的改善,为进一步提高动态特性,使系统具有一定的自适应能力,可采用参数自调整Fuzzy_PI控制器。在系统有较大偏差时,Fuzzy控制器起作和,系统接近稳态后,PI控制器起作用。 所谓参数自调整就是当e、较大时进行粗调,这时可以降低e或的分辨率,采用较大的控制量,放大K1和K2,放大KP和K1,当e、较小时,提高e、的分辨率,采用微小的控制量的改变,缩小K1物K2,缩小KP和K1,为简单K1和K2放大(或缩小)倍数与KP和K1放大(或缩小)的倍数相同,这样可以只对K1和K2进行讨论。 参数自调整算法是先以原来的K1和K2对e、进行量化,查修改表可得参数应放大(或缩小)的倍数。按下式计算Fuzzy控制的新参数。4锅炉水位的参数自调整 Fuzzy_PI控制器的仿真 仿真结果示于图3,其中曲线1为Fuzzy控制仿真结果,曲线2为参数自调整Fuzzy_PI控制仿真

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