蒸汽发生器水位的模糊-PID复合控制.pdf

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1、第40卷第2期2011年04月船海工程SHIP&0CEANENGINEERINGVoL40No．2Apr．2011DOI：10．3963／j．issll．1671—7953．2011．02．018蒸汽发生器水位的模糊。PID复合控制张永生，马运义(中国舰船研究设计中心，武汉430064)摘要：为了提高蒸汽发生器的模糊水位控制器的稳态性能，结合常规PD控制的优点，设计蒸汽发生器水位的模糊一PD复合控制器。运用Matlab模糊逻辑工具箱与shulink模块，实现蒸汽发生器的水位控制仿真，对蒸汽发生器大幅度降负荷工况进行仿真计算。结果表明，模糊一PID复合控制既具有模糊控制的良好动

2、态性能，又具有线性控制的良好稳态性能。模糊一PD复合控制特别适用于具有大滞后、多变量、强耦合的非线性系统，是一种比较有发展前景的控制方法。关键词：蒸汽发生器；水位；模糊；PlD；控制中图分类号：U664．5文献标志码：A文章编号：167卜7953(2011)02一0064一03由于蒸汽发生器的水位具有大滞后、多变量、强耦合等非线性特性，采用常规三冲量PD控制难以满足控制指标的要求，而模糊控制对解决这类非线性问题特别有效。但是，模糊控制又存在稳定性差的不足。文献[1—4]运用Matlab模糊逻辑工具箱及Si舢link模块对锅炉汽包水位的模糊控制进行了仿真，文献[5—7]研究了核

3、电厂蒸汽发生器的模糊水位控制。但是，上述文献仅对小幅度变负荷工况下的模糊控制进行了研究，没有考虑大幅度变负荷的恶劣工况，因此，没有完全反映出模糊控制的特点。为此，考虑采用集总参数化模型[8]，结合模糊控制与常规PD控制各自的优点，设计蒸汽发生器的模糊一PD复合水位控制器，并对蒸汽发生器大幅度降负荷工况进行仿真计算。1模糊控制系统设计1．1模糊控制原理蒸汽发生器水位的模糊一PID复合控制原理见图l。水位控制器为PID控制器与模糊控制器组成的复合控制器，PID控制器与模糊控制器相互独立，系统根据水位的偏差选择控制器，任一时刻仅有一个控制器工作。模糊一PlD复合控制器的收稿日期：2

4、01伊07—23修回日期：20lo．08—19作者简介：张永生(1982一)，男，博士生。研究方向：动力装置的控制与仿真E-删m：zIlang-262519@163．comH￡!望丝型矍h+‰糯麴巫秘一iI赢掰“———————————叫坠卜——一图l模糊一PID复合控制原理控制原则为：大偏差时使用常规PID控制器，小偏差时使用模糊控制器，二者由系统根据偏差设定值自动选择。模糊控制器是以水位设定值与实际水位之差E及其变化率EC作为输入量，输出量U为阀门的开度。1．2模糊控制器的设计理论上，模糊控制器的维数越高，其控制越精确。但是，维数越高，模糊控制规则越复杂，控制算法的实现越困

5、难。因此，采用二维结构来设计蒸汽发生器水位的模糊控制器。模糊控制器各语言变量水位误差E、误差变化率Ec、控制量【，的论域均为[一6，6]，模糊子集均采用7条词汇来描述，即NB(负大)，NM(负中)，NS(负小)，Zo(零)，PS(正小)，PM(正中)，PB(正大)，隶属度函数均采用三角形隶属函数，见图2。：蓑：O图2隶属度函数垂蒸汽发生*水位的模糊PID复台控制——张永生-目《义l3模糊控制规则表的设计模糊控制规则是设备操作经验的总结，包含了现场可能出现的各种情况。模糊控制规则的建立选用归纳法，选用Mamdanj控制规则。蒸汽发生器水位的模糊控制规则见表l，该规则表可用以下4

6、9条模糊条件语句表示：1)1fE—NBandEC=NBthenU=PBor；2)IfE—NBandEC=NMthenU—PBo‘；49)HE=PBandEC=PBthenU—NB。裹l棱搬控崩规则丧2控制系统仿真与结果分析为验证上述模糊控制器与模糊控制规则的有效性．以向然循环蒸汽发生器为控制对象，采用集总参数化数学模型．研究蒸汽发生器的水位控制。运用Matlab模糊逻辑工具箱与smullnk模块实现蒸汽发生器的模糊水位控制器。模糊水位控制器的控制规月4表的：维外观见周3。，、ji=．1。目3控目规则寰的=雄外观对蒸汽发生器降负荷T况进行仿真计算．计算工况如下：假设20。s之前

7、蒸汽发生器满负荷运行，200s时突然甩掉80蹦的蒸汽负荷。上述工况下蒸汽发生器水位的动态变化见图4。图4中纵坐标的数据作T无量纲化处理，是额定值与实际值的比值。目f日B目4水位的动态变化趋势从图4可以看出，在大幅度降负荷的恶劣丁况下．蒸汽发生器的水位偏离设定值，水位波动较大，说明模糊控制的稳定性差。而模糊一PID复合控制与常规PID控制相比，既减少了超调量，又缩短了调节时间。网此，模糊-P1D复台控制既具有模糊控制的良好动态性能，叉具有线性控制的良好稳态性能。3结论”以模糊-PⅢ复台控制为核心的蒸汽发生