模糊免疫PID在电站主汽温控制系统中的应用.pdf

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1、第32卷第3期东北电力大学学报Vo1．32．No．32012年6月JournalofNortheastDianliUniversityJun．，2012文章编号：1005—2992(2012)03—0042—04模糊免疫PID在电站主汽温控制系统中的应用赵君，冯玉昌，赵柏林2(1．东北电力大学自动化工程学院，吉林吉林132012；吉林光大电力设备股份有限公司，吉林吉林132013)摘要：借鉴生物免疫反馈响应过程的调节作用和模糊推理逻辑可逼近非线性函数的特性，提出将模糊免疫PID控制策略，应用到电站主汽温控制系统中。仿真研究表明，该方法的

2、控制效果优于常规的PID串级控制，具有较强的鲁棒性和自适应能力。关键词：模糊控制；免疫PID；模糊逻辑；主汽温中图分类号：TP273文献标识码：A电站主汽温控制系统大多采用常规的PID串级控制策略。由于它的设计算法和控制结构简单，参数易于调整。但主汽温对象具有时变、不确定和非线性等特性，其模型参数的不确定性以及在控制系统的运行过程中出现环境变化等问题，采用常规的PID控制就很难取得满意的控制品质。生物免疫系统是一种在大量干扰和不确定性环境中都具有很强鲁棒性和自适应性的系统，能对侵入机体的非己成分、以及发生了突变的自身细胞(如癌细胞)进行

3、精确识别、适度响应和有效排除；没有免疫系统的保护，生物体难免会受到感染并导致死亡。借鉴生物免疫反馈响应过程的调节作用，本文提出将模糊免疫PID控制策略应用到电站主汽温控制系统中。结合常规PID、模糊控制和免疫反馈控制的优点，提出了一种新型的模糊免疫非线性PID控制算法，克服常规的PID控制难以协调系统快速性和稳定性之间的矛盾，设计了模糊免疫非线性PID控制器，将其应用于具有非线性、时变、纯滞后、不确定等特性的锅炉过热蒸汽温度控制。仿真结果表明，与常规PID控制器相比较模糊免疫非线性PID控制器具有良好的动静态性能，较快的适应性，较强的抗

4、干扰性和鲁棒性，以及具有更好的动态跟踪性能，超调量较小，调节时间短，稳态后无振荡等优点。1免疫PID控制免疫PID控制器是借鉴生物系统的免疫机理而设计出的一种非线性控制器。生物的免疫系统对于外来侵犯抗原，可产生相应的抗体来抵御。抗原和抗体结合后，会产生一系列的反应，通过吞噬作用或产生特殊酶的作用而毁坏抗原。生物的免疫系统由淋巴细胞和抗体分子组成，淋巴细胞又由胸腺产生的T细胞(分别为辅助细胞Th和抑制细胞Ts)和骨髓产生的B细胞组成。当抗原侵入机体并经周围细胞消化后，将信息传递给T细胞，即传递给Ts和Th细胞，然后刺激B细胞。B细胞产生抗

5、体以消除抗原。当抗原较多时，机体内的细胞较多，而细胞却较少，从而会产生较多的B细胞。随着抗原的减少，体内的Ts细胞增多，它抑制了Th细胞的产生，则B细胞也随着减少。经过一段时间间隔后，免疫反馈系统便趋于平衡，抑制机理和主反馈机理之间的相互协作是通过免疫反馈机理对抗原的快速反应和稳定免疫系统完成的。收稿日期：2011—11—14作者简介i赵君(1963一)，男，吉林省吉林市人，东北电力大学自动化工程学院高级工程师，主要研究方向：计算机过程控制、现代测试技术及仪表等．第3期赵君等：模糊免疫PID在电站主汽温控制系统中的应用43免疫系统虽然十

6、分复杂，但其抗御抗原的自适应能力却是十分明显的。生物信息系统的这些智能行为，为科学和工程领域提供了各种理论参考和技术方法。基于上述免疫反馈原理，提出了免疫PID控制器：假设第k代的抗原数量为(k)，由抗原刺激的Th细胞的输出为Th(k)，Ts细胞对细胞的影响为Ts()，则细胞接受的总刺激为S(k)=Th(k)一Ts(k)，(1)式中，Th()=kl占()，Ts()=k2f(△5())()。若以抗原数量8(k)作为偏差e(k)，B细胞接受的总刺激S(k)作为控制输入u(k)，则有如下的反馈控制规律：M(k)=K(1一田厂(M()，△u(k

7、)))e(k)=kple(k)，(2)式中，kpl=K(1一nf(“(k)，△(k)))，K=kl为控制反应速度，叼=k2／kl为控制稳定效果)为一选定的非线性函数。2模糊控制器2．1模糊控制模糊控制是建立在人工经验的基础上的。并用语言表达出来一些定性的、不精确的控制规则。用模糊数学将其定量化就转化为模糊控制算法。归结为模糊控制具有一些明显的特点：(1)不需要知道被控对象的数学模型。它只需以对被控对象的控制经验为依据进行设计。(2)是一种反映人类智慧思维的智能控制。模糊控制采用人类思维作控制量，控制量由模糊推理导出，这都是人类通常智能活

8、动的体现。(3)易被人们接受。模糊控制规则是用人类语言表示的，易被人接受和理解。(4)构造容易。模糊控制系统的硬件结构与一般的数字控制系统无异，模糊控制算法可完全用软件实现。(5)鲁棒性好。无论被控对象是线