模糊建模與控制及其在電廠熱工自動控制中的應用

郭景晨　黨立業（內蒙古國華準格爾發電有限責任公司，內蒙古鄂爾多斯　010300）

模糊建模與控制及其在電廠熱工自動控制中的應用

郭景晨黨立業
（內蒙古國華準格爾發電有限責任公司，內蒙古鄂爾多斯010300）

隨著科學技術和生產力的不斷發展，實際受控對象越來越復雜。以電廠的熱工自動控制系統為例，由于系統本身是強耦合的多輸入多輸出非線性系統，其動態特性隨著運行工況的變化而大幅度變化，且各環節的動態特性差異很大，一些環節還具有慣性、滯后、非線性和時變等特性，難以建立精確的數學模型，從而使得傳統控制理論很難給出一個較好的控制效果，甚至不能控制。近年來，越來越多的學者已意識到在傳統控制中加入邏輯、推理和啟發式知識的重要性，把傳統控制理論與人工智能技術相結合，充分利用人的控制知識對復雜系統進行智能化控制，逐漸形成了智能控制的理論體系。模糊控制就是這一體系中最具有代表性的研究成果之一?；诖?，本文主要探討了模糊建模與控制及其在電廠熱工自動控制中的應用。

模糊建模與控制電廠熱工自動控制應用

基于T-S模型的模糊控制系統穩定性分析和控制器設計是模糊理論研究的一個基本問題。利用T-S模型具有比較豐富局部結構的特點，可以把線性控制理論中的穩定性分析和綜合方法應用于模糊系統，對模糊控制系統穩定性、控制性能等方面給出嚴格的數學證明，這樣模糊控制器就不再是依賴于經驗的簡單智能控制器，而是具有完整理論支撐的非線性控制器。近年來，雖然這方面的理論研究已經取得了很多成果，但如何將這方面理論應用到具體控制系統還有許多問題有待進一步研究。

1　T-S模型建模的研究現狀及問題

T-S模型是1985年日本科學家為了解決多維模糊推理中推理規則過于龐大的問題而提出的一種新的模糊推理模型，隨著我國科學技術的發展，T-S模型得到了很大的改善和發展，并在生產中得到了廣泛的應用。相較于傳統的模糊模型，T-S模型可用少量的模糊規則生成較復雜的非線性函數，這在處理多變量系統時能有效地減少模糊規則個數，因而產生巨大的優勢。

大量的工程實踐證明，對于某些具有高度非線性、不確定性、強耦合的復雜系統采用傳統的機理建模方法幾乎無法得到其數學模型，即使勉強建立起來，也是一個高階非線性時變的微分方程組，并且假設了諸多前提條件，忽略了很多因素，使得此模型失去初始的建模意義。此時，采用傳統的系統辨識方法也往往不能獲得令人滿意的模型。為此，近年來許多研究者開展了復雜非線性系統的智能學習建模，如基于模糊系統、人工神經網絡和支持向量機等方法的研究。在這些方法中，模糊系統具有可把數學函數逼近器與過程信息結合起來、采用規則庫以有助于人們了解系統、規則庫中的語言變量可以看作是信息的量化等一系列特點，得到了人們的廣泛重視。與其它非線性建模方法相比，模糊建模具有如下的優點：

（1）能夠有效地辨識復雜甚至病態結構的系統；

（2）能夠有效地辨識大時延、時變、多變量、非線性系統；

（3）模型結構中集成了數字和符號表示，易于處理定量與定性知識；

（4）模型以模糊規則的表示形式，可以用于分析系統的行為特性；

（5）模型形式的多樣性，可以用于系統分析、仿真等不同的建模目的。

2　模糊PID控制的研究現狀及問題

模糊控制理論的雛形出現于1965年，由美國科學家提出，而模糊控制在生產中的應用則是在1974年，一位英國科學家首先利用模糊數學理論進行蒸汽機和鍋爐控制方面的研究，并且獲得成功，從此模糊控制的研究和在實際生產中的應用的一直十分活躍。模糊PID控制器具有結構簡單、控制效果好及參數物理意義明確等優點，因而被廣泛應用于工業生產中。然而，目前模型控制器始終存在一些參數調整紊亂、各模糊集的隸屬度函數和模糊規則的調整方法不當、控制系統復雜及缺乏系統化設計方法等問題，這些問題對工業生產的發展帶來了一定的負面影響。

3　模糊建模與控制在電廠熱工自動控制中的應用

內蒙古位于我國北部，干燥寒冷的氣候導致了其發電方式略顯單一，相較于近幾年興盛起來的風力發電，傳統電廠熱力發電的方式更穩定，在日常發電中的應用也更加廣泛。模糊控制因其集體控制的特性，是電廠熱力發電中不可缺少的因素。做好模糊控制在電廠熱工控制中的應用，可以降低電廠熱力發電的成本，提高電廠熱工控制的工作效率。

3.1模糊建模在機爐協調控制系統中的應用

從電燈泡這一偉大發明流入中國開始，中國便結束了漫長的煤油燈時代，迎來了電力時代。傳統熱力發電廠隨之開始迅速的發展，機爐作為熱力發電廠的主機，其協調主要是通過DCS系統進行控制，DCS的控制能實現鍋爐能量與汽輪機能量的協調一致，保持蒸汽壓力、發電負荷的穩定。然而，隨著電力的進一步改革，機爐的操作功能也愈加復雜且精細，目前常用的機爐協調控制系統已經不能滿足全工況最優控制的要求。T-S模型作為最早發明的模糊模型，可以通過一些模糊規則給出非線性系統的局部線性表示，從而把線性控制理論中的穩定性分析和綜合方法應用于模糊系統?；赥-S模型的這種特性，制作出來的非線性控制器簡單易操作，具有完整的理論支撐，其在業界人士內受到廣泛關注的同時，如何將基于T-S模型的模糊控制理論應用到機爐協調控制系統中，并設計出系統化的使用方法成為了人們熱議的話題。相信在不久的將來，通過科學家們共同努力的研究，這些問題會得到有效的解決。

3.2模糊控制在母管蒸汽壓力系統中的應用

蒸汽母管的基本組成單位是鍋爐，鍋爐在生產過程中需要不斷輸出蒸汽，因此對水的需求量很大，通過給水泵加壓可以源源不斷的將水注入鍋爐。在實際生產過程中，電廠為了節約成本，通常會用水母管將幾臺水泵的出口并聯出來，將水進行集體輸運；與此同時，為了方便控制，也會用蒸汽母管將幾臺小容量鍋爐輸出的蒸汽集體送到需要用的區域。

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