基于模糊PID的鍋爐汽包水位三沖量控制系統的研究

【摘 要】本文論述了汽包水位的動態特性，針對三種汽包水位控制方案進行分析，選擇了三沖量汽包水位控制系統，并建立了汽包水位的數學模型，并提出了基于模糊數學的PID控制方法，并在Matlab/Simulink上進行傳統PID控制、模糊自整定PID控制仿真，結果顯示，模糊自調整 PID 控制與傳統 PID 控制相比，其穩定性和自我調節能力增強，系統的響應速度變快，控制精度高，控制效果較好。

【關鍵詞】三沖量；模糊控制；數學建模；Matlab仿真

0.引言

隨著火電機組容量在不斷的變大，參數的要求也在不斷的變高，火電廠針對鍋爐的安全與穩定性方面加大要求，而鍋爐給水是一個重要的參數，以確保鍋爐正常運行，其主要目的是使鍋爐汽包水位保持在預定的范圍，在這種情況下，其作用不僅是保證鍋爐安全生產，而且還是作為衡量鍋爐是否正常運作的因素之一，通常情況下，高水位與汽包內汽與水的分離效果有關，容易導致汽輪機產生沖擊，而且在這種情況下很容易使軸封出現損壞，葉片出現斷裂的現象；水位太低會導致水分蒸發過快，易造成局部水冷壁管的破壞，甚至引起爆炸現象[1-5]。

智能控制主要是用來解決解決復雜的控制系統，例如智能機器人系統，計算機集成制造系統，復雜的工業過程控制系統，航天航空控制系統，交通物流、商務、建設作業、農業等非制造業中的控制系統、環保能源系統等[7]。近些年來，復雜系統的自學習和參數或規則自調整模糊系統方面的研究關注最高，如引入了自學習模糊控制策略，并用Matlba/Simulink進行仿真，結果顯示模糊控制對汽包水位的控制效果較好。

1.鍋爐汽包水位控制系統

1.1鍋爐汽包水位的數學模型

通常情況下，高水位與汽包內汽與水的分離效果有關，容易導致汽輪機產生沖擊，而且在這種情況下很容易使軸封出現損壞，葉片出現斷裂的現象；水位太低會導致水分蒸發過快，易造成局部水冷壁管的破壞，甚至引起爆炸現象[3]。火力發電廠中鍋爐汽包水位的被控制量水位是以汽包蒸發管中貯藏著蒸汽和水的多少來決定的，如果只考慮主要干擾，則汽包水位的動態方程為：

1.2鍋爐汽包水位三沖量控制系統

由于鍋爐容量大，汽包容水量小，而且在雙沖量控制系統中，其給水量變化不能通過汽包水位的改變而反映出來，再加上控制對象繁多，當幾臺鍋爐一起運行時，控制參數會相互影響，所以在雙沖量的基礎上，把給水量也作為反饋信號。

2.鍋爐汽包水位模糊PID控制系統建模與仿真

2.1模糊控制器的設計

2.2模糊PID控制系統仿真研究

3.結論

由仿真結果可知，模糊PID控制系統的穩定時間在72s，普通PID為94s，明顯優于普通PID控制。即傳統PID控制方法魯棒性較差，模糊自整定PID控制控制效果好，魯棒性強，而且，模糊自整定PID的高精度，快速性使其廣泛用于工業鍋爐汽包水位控制，由系統響應曲線可以看出，模糊PID控器與普通PID控制和模糊控制相比，具有速度響應快，超調量小，控制精度高的特點。

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