淺談火電廠球磨機制粉系統(tǒng)的自調(diào)整模糊控制

王國君 郭守義

摘要：常規(guī)的單回路調(diào)節(jié)器無法對火電廠的球磨機制粉系統(tǒng)進行有效的控制。文章針對球磨機制粉控制系統(tǒng)多變量、強耦合等特點，采用模糊控制中的直接算法形式控制球磨機的制粉系統(tǒng)，從而簡化了控制系統(tǒng)的設計并避免了系統(tǒng)變量間的耦合性。

關鍵詞：火電廠；球磨機；模糊控制；分級控制

中圖分類號：TK227文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2014）24-0138-02火電廠的球磨機制粉系統(tǒng)是一個具有多變量、相互影響的非線性系統(tǒng)，常規(guī)的單回路調(diào)節(jié)器根本無法對其進行有效的控制。如果采用模糊控制措施對給煤量、再循環(huán)風門等進行調(diào)整，將磨煤機的入口負壓與出口溫度控制于設定范圍，可有效保障球磨煤機長期運行的可靠性和企業(yè)的整體經(jīng)濟效益。

1系統(tǒng)的工作原理

通過給煤機，被初級破碎的原煤由煤倉輸送至系統(tǒng)，與熱干空氣混合，再進入磨煤機內(nèi)并繼續(xù)干燥。此時，磨煤機筒體通過旋轉(zhuǎn)將鋼球提升至一定高度，后自由落體下落，原煤被打砸成煤粉。再由排粉機吸力氣流作用，吸至粗粉分離器并被篩選，合格的煤粉伴隨氣流至細粉分離器，經(jīng)分離后儲存至煤粉倉，并由排粉機輸送于鍋爐內(nèi)。不合格的煤粉則要由回粉管返回磨煤機繼續(xù)磨制。

球磨機分別包含三個輸入和三輸出系統(tǒng)，三個輸入量（R1、R2、R3）為煤機轉(zhuǎn)速、熱和冷風門的開度，而三個輸出量則是磨煤機的負荷和球磨機出口的溫度和壓力。如圖1所示：

圖1?球磨機運行原理示意圖

2模糊控制系統(tǒng)

模糊控制器由三個基本單元構(gòu)成：模糊化接口、推理機、模糊判決接口。精確量和誤差信號經(jīng)模糊化接口模糊量化后，生成為模糊語言所表達的模糊量，再由推理機依據(jù)模糊控制規(guī)則和模糊輸入，取得模糊輸出，最后由模糊判決接口進行模糊推理和決策，判斷出模糊控制的準確控制量。

模糊控制器的基本設計方法為：明確輸入和輸出變量—控制規(guī)則設計—明確模糊化與非模糊化方法—明確輸入和輸出變量區(qū)域—模糊控制程序的編制—模糊控制算法采樣時間的選擇。

3球磨機的制粉系統(tǒng)

3.1分級模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能

第一級控制結(jié)構(gòu)包括負壓、溫度及負荷模糊控制器，第二級為協(xié)調(diào)模糊控制器。球磨機的入口負壓偏差為負壓模糊控制器的輸入變量，其輸出變量為u1；出口的溫度偏差及其變化率為溫度模糊控制器的輸入變量，其輸出變量為u2；負荷偏差及變化率為負荷模糊控制器的輸入變量，其輸出變量為u3。上述三個模糊控制器的輸出變量，為協(xié)調(diào)級模糊控制器的輸入變量，經(jīng)協(xié)調(diào)級處理后，輸出變量（U1，U2，U3）分別控制系統(tǒng)的再循環(huán)風門、熱風門和給煤量。

3.2入口負壓的模糊控制

入口磨負壓的延遲量很大，其工作流程包含三部分：模糊量化處理—模糊控制規(guī)則—模糊推理。

3.2.1模糊量化處理。磨煤機的入口負壓控制范圍在[-200，200]Pa間，誤差大小的量化為-3，-2，-1，0，+1，+2，+3共七個等級。入口負壓給定值p0與實測值p之差，可得入口負壓偏差ep。輸入和輸出變量的偏差值描述分為四個模糊子集（NB、NS、0、PS、PB），分別表示負大、負小、零、正小、正大。由語言變量ep與u1隸屬函數(shù)曲線的關系，可以得出對應的模糊變量賦值。

3.2.2模糊控制規(guī)則。模糊控制規(guī)則采用如下邏輯公式：ifep=（NB、NS、0、PS、PB）then u1=（NB、NS、0、PS、PB）

3.2.3模糊推理。控制量的大小決定模糊控制器的控制范圍，根據(jù)輸入量與入口負壓偏差關系u1=ep·R1，可獲得入口負壓模糊控制值。

3.3出口溫度的模糊控制

出口溫度的延遲量較大，溫度模糊控制器的輸入變量，增加了偏差變化率，其他相同。

3.3.1模糊量化處理。如果磨煤機的出口溫度給定值為t0，實測值為t，則溫度偏差值el=t-to，偏差變化率ec1=del/dt。其出口溫度的變化范圍為[-10，10]℃，變化率范圍為[-2，2]℃／min。同樣，由語言變量el、ec1與u2隸屬函數(shù)曲線的關系，可以得出對應的模糊變量賦值。

3.3.2模糊控制規(guī)則。設磨煤機的出口溫度偏差為Ai，溫度偏差變化率為Bj，輸出語言的變量值為Ck，則其出口溫度的模糊控制規(guī)則采用如下邏輯公式：ifel=Ai and ec1=Bj then u2=Ck，i、j、k=1、2、3。

3.3.3模糊推理。與入口負壓模糊控制相同，根據(jù)輸入量和出口溫度偏差及變化率關系Ck=（Ai×Bj）·R2，獲得出口溫度的模糊控制值。

3.4負荷模糊控制

系統(tǒng)磨入口的負荷屬于一階慣性環(huán)節(jié)，延遲量較小，其輸入量及工作流程，與溫度模糊控制器相同。

模糊量化處理。如果磨煤機的磨入口負荷設定值為mo，實測值為m，則偏差em=mo-m；偏差變化率ecm=dem/dt。系統(tǒng)磨入口的負荷變化范圍為[-10，10]%，而負荷變化率范圍為[-3，3]%/min。同樣，由語言變量em、ecm與u3隸屬函數(shù)曲線的關系，可以得出對應的模糊變量

賦值。

另外，此階段的模糊控制規(guī)則、模糊推理，與磨煤機的出口溫度模糊控制方法相同。

3.5協(xié)調(diào)級模糊控制

由于球磨機制粉系統(tǒng)中，變量間存在嚴重的耦合性，上述磨入口負壓控制器輸出的模糊控制量ul、磨出口溫度控制器輸出的模糊控制量u2、磨負荷控制器輸出的模糊控制量u3，必須要由協(xié)調(diào)級進行任務分配（U1，U2，U3），再傳送到執(zhí)行器，從而達到系統(tǒng)調(diào)整的相應控制量（y1，y2，y3）。顯而易見，系統(tǒng)中協(xié)調(diào)級的主要功能就是對其輸入的變量進行模糊解耦。

3.5.1模糊控制規(guī)則。采用的邏輯公式為：iful=Ai and u2=Bj and u3=Ck then y1=Ui，y2=Uj，y3=Uk（i，j，k=1，2，…7），模糊關系為R4=∑（Ai×Bj×Ck×U1）。

3.5.2模糊推理。協(xié)調(diào)級輸入量ul，u2，u3與模糊控制量Y=（Ai×Bj×Ck）·R的函數(shù)值，只有在量化等級上取1，其余情況取為0。

4系統(tǒng)仿真

采用模糊控制直接算法后，對上述入口的負壓、出口溫度及磨負荷加入10%的定值擾動，利用Matlab語言得出仿真曲線如圖2所示：

圖2?入口負壓、出口溫度及磨符合10%定值的擾動曲線

5結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合傳統(tǒng)球磨機制粉控制系統(tǒng)多變量、強耦合、非線性、慢時變的特點，采取模糊分級控制的策略，先分析模糊控制系統(tǒng)的功能，再提出測試方案及要求，簡化控制規(guī)則的數(shù)量，進而排除變量間的耦合性，由此不僅使系統(tǒng)獲得良好的可控性，還提高了制粉系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟性，應用前景廣闊。

參考文獻

[1]?趙建軍．模糊預測控制在火電廠的應用研究[D]．華

北電力大學碩士學位論文，2006．

[2]?趙華邦．球磨機制粉系統(tǒng)分級預測模糊控制的研究與

應用[D]．重慶大學碩士學位論文，2003．

作者簡介：王國君（1986—），男（滿族），河北省電力建設第一工程公司助理工程師，研究方向：電廠調(diào)試；郭守義（1983—），男，河北省電力建設第一工程公司助理工程師，研究方向：電廠調(diào)試。