王曉杰
【摘要】在電廠的熱工過程中,由于傳統(tǒng)的PID控制具有一定程度的局限性,因此,要進(jìn)行控制模式的創(chuàng)新,本文對模糊控制在電廠熱工過程中的應(yīng)用進(jìn)行了分析,并且還通過仿真技術(shù)研究了模糊控制的可行性,希望為電廠熱工更好的工作提供幫助。
【關(guān)鍵詞】模糊控制,電廠熱工,仿真技術(shù)
隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步,我國的電力企業(yè)得到了非??焖俚陌l(fā)展,電力工業(yè)中的高參數(shù)、大容量火電機(jī)組已經(jīng)成為了非常重要的機(jī)組,導(dǎo)致生產(chǎn)的難度不斷加大。我國電力工業(yè)中的生產(chǎn)安全性不斷提高,生產(chǎn)過程也逐漸繁瑣,導(dǎo)致對電廠熱工過程中的控制提出了更高的要求,但是,在現(xiàn)在的熱工過程中最常使用的還是PID控制,要想切實(shí)提高電廠熱工過程的控制質(zhì)量和水平,一定要進(jìn)行控制方式的創(chuàng)新。本文對模糊控制在電廠熱工過程中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。
一、模糊控制在電廠熱工過程中的應(yīng)用意義
目前,大部分的電廠熱工過程采用的都是PID控制,它不僅結(jié)構(gòu)非常簡單,而且對模型有比較小的依賴性,在工程上非常容易實(shí)現(xiàn)。但是,隨著熱工過程的不斷發(fā)展,對控制質(zhì)量要求的越來越高,再加上控制對象也越來越復(fù)雜,PID控制已經(jīng)不能完全符合熱工過程對控制的需求。PID控制由于自身具有一定的局限性,控制器上的參數(shù)不能實(shí)現(xiàn)手動調(diào)整,因此,要進(jìn)行控制的創(chuàng)新,而模糊控制正好符合熱工過程的需求。模糊控制是在六十年代的模糊數(shù)學(xué)理論中提出的,目前在各個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,它不僅能夠用在規(guī)模比較小的線性單變量系統(tǒng)中,還能控制系統(tǒng)比較復(fù)雜的對象,從而實(shí)現(xiàn)了高參數(shù)、可靠性的效果,也正是因?yàn)檫@些特點(diǎn),模糊控制具有非常好的應(yīng)用前景。
二、模糊控制的實(shí)施步驟
在進(jìn)行熱工過程的模糊控制時(shí),主要的步驟可以分為模糊化、謀劃邏輯推理以及接模糊化。在實(shí)際操作的過程中這三個(gè)步驟分別是在模糊控制器的狀態(tài)接口、推理機(jī)以及控制接口完成的。其中模糊化能夠?qū)⑾嚓P(guān)控制對象的物理量利用傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏浚绻麄鞲衅鲗⑦B續(xù)的模擬量當(dāng)作輸出量,那么就需要使用A/D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)輸入測量值的數(shù)字量,之后對該測量值進(jìn)行處理。通過這些步驟能夠?qū)⑤斎氲木_量轉(zhuǎn)變成模糊的變量,從而順利的實(shí)現(xiàn)處理過程。
三、模糊控制在電廠熱工過程中的應(yīng)用
(一)模糊控制在熱工對象中的應(yīng)用
熱工過程中的被控制對象的數(shù)學(xué)模型可以用下面的式子(公式一)來進(jìn)行表示:Ke-TS/(T1s+1)(T2s+1)。這個(gè)式子代表了很多的工業(yè)過程,比如熱工過程、冶金過程以及煉油過程等。為了使研究更加方便,可以將數(shù)學(xué)模型變得具體一點(diǎn),給K、T1、T2都賦予相應(yīng)的值,之后被控制的對象就變?yōu)橄旅媸阶樱ü蕉┑臉幼樱?0/(0.4s+1)(4s+1)。
下面開始利用模糊控制對公式二進(jìn)行控制,可以使用二維模糊控制器,其中一個(gè)輸入是系統(tǒng)誤差,另一個(gè)輸入是誤差的變化[1]。首先,規(guī)定輸入和輸出變量的詞集。兩個(gè)輸入變量的系統(tǒng)誤差E以及誤差的變化EC的詞集都采用{負(fù),零,正}的表現(xiàn)形式,也就是{N,O,P},而輸出變量U的變量詞集要采用{負(fù)大,負(fù)小,零,正小,正大}的表表現(xiàn)形式,具體為{NB, NS,O,PS,PB};其次,觀察模糊變量的模糊子集。通過相應(yīng)的計(jì)算可以得出,輸入變量E的區(qū)域?yàn)閧-20,20},輸入變量EC的區(qū)域?yàn)閧-2.5,2.5},輸出變量U的區(qū)域?yàn)閧-2.5,2.5},分別選取他們的隸屬度曲線。
其中,模糊控制還有相應(yīng)的規(guī)則,具體表示為:如果誤差是零,那么輸出的也是零;如果誤差是負(fù),那么輸出的就是正大;如果誤差是正,那么輸出的就是負(fù)大;如果誤差之前是零,隨后變?yōu)樨?fù),那么輸出的就是正小;如果誤差之前是零,隨后變?yōu)檎?,那么輸出的就是?fù)??;如果誤差之前為負(fù),隨后變?yōu)檎敲摧敵龅木褪钦?;如果誤差之前為正,隨后變?yōu)樨?fù),那么輸出的就是負(fù)小。
(二)模糊控制的判定
通過詳細(xì)分析上述內(nèi)容,可以利用仿真技術(shù)來判定模糊控制,從而得到相應(yīng)的曲線,如圖1所示。從圖中我們可以看出,模糊控制的效果非常好,也就是說,模糊控制在熱工過程中是切實(shí)可行的。通過圖1還能對PID控制和模糊控制的性能進(jìn)行比較,從圖中可以看出,對于公式二的對象控制來說,PID控制和模糊控制幾乎是同時(shí)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的,PID控制的超調(diào)量大約為3%左右,而模糊控制沒有出現(xiàn)超調(diào)量,也就是說,模糊控制的性能要比PID控制的性能要高。
(三)模糊控制在熱工過程中的適應(yīng)能力
對于實(shí)際的熱工過程來說,具有非線性、無法準(zhǔn)確建模的特點(diǎn),而且隨著時(shí)間的推移也會不斷改變,為了能夠檢測模糊控制在熱工過程中的適應(yīng)能力,可以再進(jìn)行下面的研究。比如,將被控制的對象進(jìn)行改變,就拿公式二來說,保持K不變,但是T1、T2要進(jìn)行改變,得出公式三20/(1.2s+1)(4s+1)、公式四20/(2s+1)(4s+1)以及公式五20/(2s+1)(8s+1),之后還是利用上述的模糊控制器進(jìn)行模糊控制。雖然參數(shù)發(fā)生了改變,但是模糊控制的效果仍然沒有改變,而且系統(tǒng)沒有出現(xiàn)振蕩的情況,只是調(diào)節(jié)時(shí)間在慢慢的變長,在公式三、公式四種充分體現(xiàn)了模糊控制在超調(diào)量和穩(wěn)定狀態(tài)方面的性能。雖然公式五的調(diào)節(jié)時(shí)間有一點(diǎn)長,可能是由于模糊規(guī)則比較簡單,如果對模糊規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化,就可以改變控制的效果。由此可見,模糊控制在熱工過程中的作用是非常重要的,而且適應(yīng)能力也比較強(qiáng),具有非常好的應(yīng)用前景。
結(jié)束語:綜上所述,在電廠熱工過程中應(yīng)用模糊控制能夠起到非常好的效果,而且模糊控制具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。通過實(shí)踐的操作可知,模糊控制比較適合用在對象比較復(fù)雜、不能準(zhǔn)確確定數(shù)學(xué)模型的非線性系統(tǒng)中,但是應(yīng)用在簡單的系統(tǒng)中也能起到很好的效果。由此可見,模糊控制在電廠熱工過程中具有很好的應(yīng)用前景,并且具有很強(qiáng)的性能。