模糊PID控制器在火電廠溫度控制系統中的應用

李業功

摘 要在工業中溫度控制有非常廣泛的應用，如鋼鐵廠、發電廠、化工廠等鍋爐溫度控制系統，針對火電廠主蒸汽溫度控制對象的大慣性、大延遲和非線性特征。提出了PID控制算法結合模糊控制算法，實現了主蒸汽溫度的有效控制。并仿真驗證其控制效果。

【關鍵詞】主汽溫度控制 模糊控制 PID控制 火電廠

隨著我國電力行業的飛速發展，大容量火電機組已成為電網的骨干，為保證機組正常安全運行。 對機組提出了更高的自動化要求。 由于單元滯后大、慣性大、非線性等特性，傳統的控制方式不能滿足電網的要求，采用先進的智能控制策略來代替傳統的控制策略，已成為電廠過程控制的發展趨勢。

智能控制理論和計算機通信技術相關學科的發展，使智能控制在火電廠主蒸汽溫度過程控制中發揮著越來越重要的作用。本文的目的是研究一種新的智能控制系統及其在溫度控制中的應用。 具有一定的理論意義和工程實用價值。

1 火電廠主汽溫控制系統概述

現代鍋爐過熱器工作條件是高溫高壓。鍋爐出口過熱蒸汽溫度是汽水運行過程中整個系統最高溫度，影響著火電廠的安全經濟運行。當主蒸汽溫度的測量值等于設定值，液壓閥不動作，系統處于動態平衡。此時，如果爐膛燃燒室條件變化使溫度上升，導致測量值與給定值出現偏差，通過控制器判斷偏差的方向，產生控制信號，使噴水閥以適當的方式打開。測量值返回到設定值，系統恢復平衡。

2 模糊PID控制器的設計

火力發電廠主蒸汽溫度控制系統控制對象具有大滯后、大慣性的特點。典型的PID只能由一組固定控制參數控制，對動態性能與靜態性能、設定值和擾動之間的矛盾無法解決。 模糊控制方法可以有效克服復雜系統的非線性和不確定性。 然而，模糊控制系統的控制效果非常粗糙，使得穩態控制精度較低。 模糊控制結合常規PID控制技術，可以根據初始PID參數校正提高主蒸汽溫度控制系統的動態性能。 模糊自適應PID控制基于偏差e和偏差率ec作為輸入，可以滿足不同時間PID參數自整定的要求。 模糊PID控制系統的結構如圖1所示。

3 模糊PID控制器仿真研究

根據專家經驗和實際情況，當|e|較大時，為了使系統具有良好的快速跟蹤性能，應把kp取大一些，kd取小一些，同時，針對積分進行限制，避免超調量大，通常為零；當|e|中等大小，為了避免大的超調，kp應取得小一些，各變量取值適度；當|e|很小時，kp和ki要大，為了避免設定點附近振蕩，kd值非常重要，通常取中等值。 如圖2所示，是模糊自適應PID和常規PID仿真比較圖。 通過模糊自適應PID的輸入偏差和偏差率自動調節PID參數，從而達到良好的控制效果。 模糊自適應PID可以提高系統的動態性能和穩態精度。 PID控制穩態輸出值為0.99979，模糊自適應PID控制輸出值為0.99996。從仿真圖。 使用模糊自適應PID控制器控制高精度控制系統是一個很好的選擇。

4 結論

模糊控制結合常規PID控制，完成模糊自適應PID控制器的設計。 仿真表明，模糊自適應PID控制在火電廠主蒸汽溫度控制系統中效果良好。 控制效果優于常規PID控制策略，可適應參數變化，顯示出良好的控制品質，具有很強的魯棒性和適應性。 有效提高系統的穩定性。 模糊PID控制器的研究，有很多工作要做，如多變量模糊PID控制等。

參考文獻

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作者單位

國網山西省電力公司電力科學研究院 山西省太原市 030000