收稿日期 : 20021015. 作者简介 : 杨 涛(19782) ,男 ,硕士研究生 ;武汉 ,华中科技大学能源与动力工程学院 (430074) . 基于 Matlab 的锅炉过热汽温模糊控制系统仿真 杨涛高伟黄树红 (华中科技大学能源与动力工程学院) 摘要 : 针对电站锅炉过热蒸汽温度 PID 串级控制系统的效果并非十分理想的现状 ,应用 Matlab 的模糊推理工具箱 ,设计了锅炉过热蒸汽温度模糊控制系统 ,并用 Simulink 进行了对比仿真研究 ,结果表明 ,应用模糊控制可获得比使用传统 PID 控制更为理想的调节效果 ,不论在何种扰动下 ,其综合控制品质指标都比较高 ,动态过渡过程时间比较短 ,基本上可以消除振荡 ,超调幅值也比较小. 关 键 词 : 电站锅炉 ; 过热蒸汽温度 ; Matlab; 模糊控制 ; 仿真 中图分类号 : TK323 文献标识码 : A 文章编号 : 167124512() 040063203 现代电站锅炉的过热器是在高温、高压条件下工作的部件 ,它对于电厂的安全经济运行有着重大影响. 若过热器内蒸汽温度过高 ,则会烧坏过热器高温段 ;若温度过低 ,则会降低全厂热效率和影响汽轮机安全运行. 因此 ,严格控制过热汽温在给定值附近是大型火电机组运行的重要任务之一[1]. 过热汽温的扰动来源很多 ,常规的过热汽温控制系统常采用串级或带导前微分的双回路控制 ,但当工况发生较大变化或外部扰动较大时 ,该系统也难以保证优良的控制品质 ,即出现系统的稳定性下降、调节时间增长、超调量变大等问题 , 需要人为干预(手动调节) . 本文以 Matlab 作为仿真平台 ,构建了模糊控制仿真模块 ,将其与 PID 模块并联构成 PID + Fuzzy 主调节器 ,探讨改善锅炉过热汽温的控制品质的新途径. 1 模糊控制器的设计 依据模糊控制的理论和模糊控制器的组成原 理 ,此处采用过热蒸汽的实际温度 T 与温度给定Td 之间的误差 e = Td - T 和误差变化Δe 作为输 入语言变量 ,输出量为系统控制值 u ,构成一个二维模糊控制器[2]. 其设计参数如下. 在各输入输出语言变量的量化域内取 7 个模糊子集 : PB , PM , PS ,0 , N S , N M 和 NB 分别对应正大、正中、正小、零、负小、负中和负大. 将误差e ,误差变化率Δe 和控制量 u 的模糊语言变量 E , EC 以及 U 的论域分成 6 个等级. 各量化因子为 K1 = 5 , K2 = 320 , K3 = 1/ 3. 5. 模糊决策一般都用“选择从属度大”的规则. 在过热汽温调节过程中 ,当系统的偏差较大时 ,系统的快速性是主要矛盾 ,系统的稳定性和控制精度却是次要的 ,这时应使系统快速减小偏差;而当系统偏差较小时 ,则要求设计的控制器应保证系统的稳定性及控制精度. 因而模糊控制规律应遵循 :过热汽温上升速度快 ,汽温偏高 ,则汽温的控制量应向下浮动;过热汽温下降速度快 ,汽温偏低 ,则汽温的控制量应向上浮动. 总结操作人员的经验 ,按模糊数学推理法则 ,选如下一组控制规则 (表 1) 形成模糊控制规则表. 表 1 模糊控制规则表 E EC NB NM NS 0 PS PM PB NB PB PB PB PB PM 0 0 NM PB PB PB PB PM 0 0 NS PM PM PM PM 0 NS NS 0 PM PM PS 0 NS NM NM PS PS PS 0 NM NM NM N
