王澤學(xué)，李寶軍，李玉松，郄東生

(中國原子能科學(xué)研究院 放射化學(xué)研究所，北京 102413)

冷坩堝玻璃固化技術(shù)近年來在射性廢物處理領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用[1-5]。冷坩堝玻璃固化處理高放廢液時(shí)常采用兩步法固化工藝，即煅燒+固化，所涉及到的兩個(gè)關(guān)鍵設(shè)備分別是回轉(zhuǎn)煅燒爐和冷坩堝[6-8]。在臺(tái)架運(yùn)行過程中，兩臺(tái)主設(shè)備的負(fù)壓控制十分重要。首先，負(fù)壓會(huì)影響煅燒爐內(nèi)的流場和溫度分布，進(jìn)而影響高放廢液轉(zhuǎn)形產(chǎn)生的煅燒產(chǎn)物的鹽分組成、粒徑和含水量；其次，煅燒爐和冷坩堝都不是全氣密性的，負(fù)壓的維持可防止放射性粉塵和氣態(tài)物質(zhì)的泄漏[9]。

目前冷臺(tái)架的負(fù)壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：冷坩堝與煅燒爐采用串聯(lián)連接，由尾氣系統(tǒng)末端的風(fēng)機(jī)在兩個(gè)關(guān)鍵設(shè)備中產(chǎn)生負(fù)壓，并由設(shè)置在煅燒爐爐頭前的氣動(dòng)補(bǔ)氣閥調(diào)節(jié)負(fù)壓。氣動(dòng)補(bǔ)氣閥可遠(yuǎn)程控制開度，使煅燒爐爐尾的負(fù)壓維持在穩(wěn)定范圍內(nèi)(-500～-200 Pa)。由于負(fù)壓波動(dòng)大會(huì)影響氣體夾帶量，負(fù)壓過大會(huì)增大凈化的負(fù)荷和物料的損失，并可能會(huì)導(dǎo)致尾氣管堵塞，從而引發(fā)嚴(yán)重后果[10]。此外，如果在壓力波動(dòng)過程中兩臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備內(nèi)負(fù)壓消失會(huì)引發(fā)放射性物質(zhì)泄漏到熱室內(nèi)，進(jìn)而引發(fā)一系列嚴(yán)重的后果，因此在運(yùn)行過程中保持設(shè)備擁有穩(wěn)定的負(fù)壓十分重要。

但由于負(fù)壓控制系統(tǒng)的不確定性、非線性、大滯后和大慣性等原因，負(fù)壓很難維持穩(wěn)定：1) 高放廢液在煅燒過程中會(huì)呈現(xiàn)周期性突然分解并釋放氣體，造成壓力周期性波動(dòng)，但由于煅燒爐和冷坩堝內(nèi)物料成分復(fù)雜且在不斷變化，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)壓力變化具有不確定性；2) 壓力控制的輸入和輸出并不是簡單的線性關(guān)系，因此其本身存在著復(fù)雜的非線性特點(diǎn)；3) 壓力和能量的傳輸帶來的時(shí)間延時(shí)和氣動(dòng)補(bǔ)氣閥的動(dòng)作緩慢等會(huì)導(dǎo)致壓力系統(tǒng)的純滯后問題；4) 由于控制調(diào)整量傳輸?shù)臏笮员厝粫?huì)導(dǎo)致調(diào)整量的超調(diào)或調(diào)整不足并加劇波動(dòng)，此即為控制系統(tǒng)的大慣性問題。

PID控制因?yàn)榫哂兴惴ê唵?、可靠性高以及魯棒性好的特性，已成為?yīng)用較為廣泛的設(shè)備壓力自動(dòng)控制方法。但單純的PID控制難以適應(yīng)冷坩堝高放廢液冷臺(tái)架負(fù)壓系統(tǒng)在異常工況下的大慣性、大波動(dòng)性和不確定性的特點(diǎn)，導(dǎo)致最終控制效果不理想[11]。相比于PID控制，模糊算法是一種基于規(guī)則的控制，具有適應(yīng)能力強(qiáng)、不需要控制過程的精細(xì)數(shù)學(xué)模型和容錯(cuò)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，所以其在處理負(fù)壓系統(tǒng)異常工況時(shí)的大波動(dòng)性和不確定性問題會(huì)有很好的效果[12]。但其重要的不足是控制精度很低，所以正常工況時(shí)負(fù)壓較穩(wěn)定，但使用模糊控制系統(tǒng)后反而會(huì)加劇波動(dòng)。因此如果能將兩者有效結(jié)合，既可解決模糊算法精度低的問題，也可解決PID控制適應(yīng)性不足的問題。

本文擬將模糊算法和PID控制結(jié)合，將改進(jìn)算法應(yīng)用于冷坩堝高放廢液冷臺(tái)架的負(fù)壓控制系統(tǒng)，并采用該算法對電磁閥補(bǔ)氣量在不同工況下能否維持系統(tǒng)負(fù)壓的穩(wěn)定進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，以期達(dá)到降低壓力波動(dòng)，并消除泄漏隱患的目的。

1 控制系統(tǒng)模型

1.1 負(fù)壓控制系統(tǒng)工藝流程

兩步法冷坩堝玻璃固化冷臺(tái)架負(fù)壓控制系統(tǒng)工藝過程如圖1所示，高放廢液從爐頭進(jìn)入煅燒爐，經(jīng)過煅燒后形成的煅燒產(chǎn)物進(jìn)入冷坩堝進(jìn)行玻璃固化。冷坩堝和煅燒爐的負(fù)壓由尾氣系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)抽負(fù)壓產(chǎn)生，負(fù)壓控制系統(tǒng)根據(jù)煅燒爐爐尾壓力傳感器的數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)控補(bǔ)氣閥，通過調(diào)節(jié)補(bǔ)氣閥開度控制補(bǔ)氣量，進(jìn)而調(diào)節(jié)煅燒爐內(nèi)壓力。當(dāng)壓力過低時(shí)，負(fù)壓控制系統(tǒng)會(huì)增大補(bǔ)氣閥開度；當(dāng)壓力過高時(shí)，負(fù)壓控制系統(tǒng)會(huì)減小補(bǔ)氣閥開度。選取此處壓力作為控制參數(shù)的原因是此處壓力最有價(jià)值，這是由于煅燒爐會(huì)將高放廢液蒸發(fā)，液體蒸發(fā)將造成爐頭和爐尾產(chǎn)生壓差，爐尾壓力較高，所以當(dāng)煅燒產(chǎn)物突然分解而導(dǎo)致壓力波動(dòng)時(shí)，兩種效果疊加，會(huì)在爐尾更易出現(xiàn)正壓，進(jìn)而導(dǎo)致在爐尾發(fā)生放射性粉塵與蒸汽泄漏的危險(xiǎn)性提高。此外，爐尾壓力與冷坩堝內(nèi)壓力基本一致，因此煅燒爐爐尾的壓力也更具有負(fù)壓系統(tǒng)的代表性。當(dāng)發(fā)生煅燒物結(jié)圈堵爐或煅燒不完全產(chǎn)物進(jìn)入冷坩堝后產(chǎn)生爆炸性分解等嚴(yán)重事故工況時(shí)，會(huì)導(dǎo)致煅燒爐內(nèi)壓力陡增，爐頭和爐尾的壓力傳感器收集的壓力數(shù)據(jù)同時(shí)為正時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)連鎖關(guān)閉補(bǔ)氣閥前的截止閥，以確保放射性粉塵與蒸汽不會(huì)從補(bǔ)氣閥排放至開放環(huán)境，降低事故的嚴(yán)重程度。

圖1 負(fù)壓控制系統(tǒng)工藝流程Fig.1 Process flow of negative pressure regulating system

1.2 壓力控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

負(fù)壓控制系統(tǒng)由于具有壓力波動(dòng)大、非線性、大滯后以及不確定性的特點(diǎn)，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。負(fù)壓控制系統(tǒng)有自平衡的特性，所以一般采用二階慣性加純滯后作為傳遞函數(shù)。但考慮到本文采用的模糊控制算法適應(yīng)性強(qiáng)，且對數(shù)學(xué)模型要求并不高的特點(diǎn)，根據(jù)文獻(xiàn)[13-14]和相關(guān)研究，本文將模型簡化為一階慣性加純滯后環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)如下：

G(s)=k/(T1s+1)·e-τs

(1)

式中：G(s)為煅燒爐爐尾的壓力傳遞函數(shù)；s為系統(tǒng)復(fù)變量；k為煅燒爐爐尾的壓力控制系統(tǒng)的開環(huán)增益；τ為延遲時(shí)間；T1為系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)。

通過現(xiàn)場實(shí)際負(fù)壓輸入輸出數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，最終得到傳遞函數(shù)的數(shù)學(xué)模型：

G(s)=7/(80s+1)·e-8s

(2)

2 模糊控制器與控制策略

2.1 模糊控制器

模糊控制可完全不依賴任何數(shù)學(xué)模型即實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜系統(tǒng)對象的良好控制，特別是對有不確定性和壓力波動(dòng)大特點(diǎn)的兩步法冷坩堝冷臺(tái)架負(fù)壓體系有很好的控制效果。模糊控制器的實(shí)現(xiàn)首先是根據(jù)數(shù)據(jù)建立隸屬函數(shù)來進(jìn)行模糊化處理，然后采用針對系統(tǒng)特點(diǎn)制定的模糊推理規(guī)則進(jìn)行推理得到模糊值，最后經(jīng)過逆模糊法得到具體的壓力調(diào)整值。

模糊控制雖然適應(yīng)能力強(qiáng)，但穩(wěn)定性差。而兩步法冷坩堝冷臺(tái)架負(fù)壓體系的理論壓力控制區(qū)間需穩(wěn)定在-500～-200 Pa之間，控制精度要求較高，所以在測試實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)模糊控制經(jīng)常出現(xiàn)超調(diào)或調(diào)整不到位的情況。針對這一現(xiàn)象，本文采用將兩套模糊控制器疊加使用，在收集到壓力感應(yīng)器的數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)處理后，模糊控制器A計(jì)算出調(diào)整量A以確保壓力可調(diào)整到理論壓力控制區(qū)間的附近，若調(diào)整量不足或超量，則模糊控制器B啟動(dòng)并計(jì)算出調(diào)整量B，調(diào)整量A與B疊加后輸出至下一模塊，以確保煅燒爐和冷坩堝內(nèi)壓力可穩(wěn)定在理論工作區(qū)間。

由于兩個(gè)模糊控制器的任務(wù)不同，因此它們的輸入也不同。模糊控制器A作為主要調(diào)控手段，需要的輸入量為壓力偏差和偏差變化率，用以預(yù)判壓力未來的變化趨勢并判斷大致的壓力調(diào)控量。模糊控制器B作為修正第1個(gè)控制器的超調(diào)或不足手段，其輸入則僅需要壓力偏差即可。

1) 隸屬函數(shù)建立

常用的隸屬函數(shù)類型有三角型、梯型、拋物線型、τ型、正態(tài)型、柯西型等，不同類型代表的含義不同，形狀較尖的隸屬函數(shù)的靈敏度很高，但造成模糊控制的穩(wěn)定性較差；反之形狀平緩變化的隸屬函數(shù)的穩(wěn)定性較高，但靈敏度較差。由于冷坩堝玻璃固化臺(tái)架負(fù)壓系統(tǒng)的波動(dòng)性和不確定性，所以需要模糊控制器具有較高的靈敏度，因此兩個(gè)模糊控制器的全部隸屬函數(shù)均采用三角型，重疊度為50%。具體隸屬函數(shù)的建立還參考了中國原子能科學(xué)研究院初步建立的冷坩堝玻璃固化試驗(yàn)臺(tái)架運(yùn)行中積累的大量歷史數(shù)據(jù)。研究這些歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓力變化率大于40 Pa/s2時(shí)，壓力會(huì)急劇增長并有較大概率增長為正壓；當(dāng)壓力變化率為20～40 Pa/s2時(shí)，壓力有一定可能性成為正壓；大部分情況下壓力變化率在-20～20 Pa/s2之間。模糊控制器A的隸屬函數(shù)如圖2所示。

a——壓力偏差隸屬函數(shù)；b——壓力變化率隸屬函數(shù)；c——輸出隸屬函數(shù)

2) 模糊推理

為提高控制器靈敏度，本文制定了以下控制規(guī)律。

模糊控制器A的控制規(guī)律如下：1) 偏差與變化率同為正數(shù)或同為負(fù)數(shù)時(shí)，表明偏差還會(huì)增大，壓力調(diào)整量需要盡可能大；2) 偏差與變化率分別為一正一負(fù)時(shí)，表明偏差會(huì)縮小，壓力調(diào)整量需要盡可能??；3) 偏差較小而變化率較大時(shí)，壓力需提前調(diào)整以應(yīng)對可能的壓力突變。

模糊控制器B的控制規(guī)律較簡單，只需要根據(jù)壓力偏差進(jìn)行調(diào)整使壓力處于設(shè)定的工作區(qū)間內(nèi)。模糊控制器A的模糊推理規(guī)則列于表1，其中VVL、VL、L、MT、M、MO、H、VH和VVH分別代表非常低、很低、低、中偏低、中等、中偏高、高、很高和非常高。隸屬度函數(shù)采用三角函數(shù)，逆模糊化采用面積中心法[15]，計(jì)算公式如下：

表1 模糊推理規(guī)則Table 1 Fuzzy reasoning rule

(3)

其中：A為隸屬函數(shù)；ucen為面積中心對應(yīng)的橫坐標(biāo)。

逆向模糊化計(jì)算結(jié)果示于圖3。

圖3 模糊規(guī)則計(jì)算結(jié)果Fig.3 Fuzzy rule calculation result

2.2 控制策略

模糊控制應(yīng)對波動(dòng)大、不確定性大的工況有優(yōu)勢，PID控制應(yīng)對波動(dòng)小、相對穩(wěn)定的工況有優(yōu)勢，因此將控制算法分為兩部分：模糊控制與PID控制。以壓力偏差與壓力變化率為判斷條件來確定控制方式，當(dāng)偏差或壓力變化率超過限定值時(shí)，使用模糊控制疊加PID控制，保證大波動(dòng)工況下的穩(wěn)定性；當(dāng)偏差和壓力變化率不超過限定值時(shí)，僅使用PID控制，保證穩(wěn)態(tài)工況下的穩(wěn)定性。根據(jù)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，本文設(shè)定的判斷限定值的上限為偏差-150 Pa、壓力變化率25 Pa/s2，下限為偏差-150 Pa、壓力變化率-25 Pa/s2。補(bǔ)氣閥的控制流程示于圖4。

圖4 自適應(yīng)負(fù)壓控制流程圖Fig.4 Flow chart of adaptive negative pressure regulating

此外還應(yīng)通過測量得到不同壓力下補(bǔ)氣閥的開度與流量的函數(shù)關(guān)系，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)根據(jù)控制器的輸出，可通過上述補(bǔ)氣閥開度函數(shù)關(guān)系計(jì)算閥片開度。

3 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1 仿真模型建立

本文基于MATLAB的Simulink仿真模塊建立自適應(yīng)負(fù)壓控制器仿真模型。模型由兩部分組成，第1部分是PID控制模塊，由PID控制器A組成，用于系統(tǒng)負(fù)壓較平滑穩(wěn)定工況下的壓力控制；第2部分是模糊控制模塊，由模糊控制器A、模糊控制器B和PID控制器B組成，用于系統(tǒng)負(fù)壓突變或超限位異常工況下的壓力控制。仿真系統(tǒng)首先給定一個(gè)期望負(fù)壓值，兩個(gè)控制模塊分別根據(jù)仿真系統(tǒng)上一個(gè)循環(huán)產(chǎn)生的壓力輸出計(jì)算壓力偏差e和壓力變化率ec，然后分別通過兩個(gè)控制模塊后得到不同控制輸出，仿真系統(tǒng)根據(jù)條件判斷A模塊選擇一個(gè)合理的輸出值。在模糊控制部分的內(nèi)部，還需進(jìn)一步根據(jù)條件確定控制模式，控制模式包括：1) 模糊控制器A+模糊控制器B的控制模式；2) 單純的模糊控制器A的控制模式。最后仿真系統(tǒng)的控制輸出在經(jīng)過自適應(yīng)負(fù)壓力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算后得到實(shí)際壓力輸出，實(shí)際輸出通過示波器展示并記錄存儲(chǔ)用于數(shù)據(jù)分析和控制系統(tǒng)的改進(jìn)。本文按照上述壓力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型設(shè)置仿真實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)模型模塊和系統(tǒng)延遲模塊，并根據(jù)數(shù)學(xué)模型選取PID控制器A和PID控制器B的參數(shù)比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Ki和微分系數(shù)Kd，分別為0.01、0.006 9和3.5。

在仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過加載煅燒爐爐尾負(fù)壓的真實(shí)歷史數(shù)據(jù)作為自適應(yīng)負(fù)壓控制器仿真模型的干擾信號(hào)。本文選取兩段歷史數(shù)據(jù)，分別是時(shí)長為1 000 s的穩(wěn)定工況的爐尾負(fù)壓數(shù)據(jù)和時(shí)長為5 000 s的混合了穩(wěn)定工況和異常工況的爐尾負(fù)壓數(shù)據(jù)。

3.2 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

設(shè)定負(fù)壓期望值為-300 Pa，以兩段煅燒爐爐尾真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)下的負(fù)壓數(shù)據(jù)為擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了兩組模擬實(shí)驗(yàn)。第1段擾動(dòng)信號(hào)為穩(wěn)定工況下的負(fù)壓數(shù)據(jù)，第2段擾動(dòng)信號(hào)為穩(wěn)定工況和異常工況混合的負(fù)壓數(shù)據(jù)。第1組仿真實(shí)驗(yàn)的目的是對比基本PID控制和模糊控制在穩(wěn)定工況下控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，第2組仿真實(shí)驗(yàn)的目的是驗(yàn)證自適應(yīng)負(fù)壓控制系統(tǒng)在混合工況下的有效性。

第1組仿真實(shí)驗(yàn)對比的是真實(shí)負(fù)壓數(shù)據(jù)、基本PID控制和模糊控制的控制結(jié)果，如圖5所示。由圖5可見，對于穩(wěn)定負(fù)壓工況，模糊控制的穩(wěn)定性很差、波動(dòng)性很大，而基本PID控制能有效維持負(fù)壓的穩(wěn)定。模糊控制是基于規(guī)則的控制，具有反應(yīng)速度快和調(diào)控量大的特點(diǎn)，是解決壓力突變的有效方法，但穩(wěn)定工況下壓力相對平穩(wěn)，模糊控制反而會(huì)導(dǎo)致壓力出現(xiàn)頻繁超調(diào)的現(xiàn)象。

圖5 穩(wěn)定工況下基本PID控制和模糊控制的負(fù)壓曲線Fig.5 Negative pressure curve of basic PID control and fuzzy control under stable condition

基本PID控制和模糊控制下的負(fù)壓及原始?xì)v史運(yùn)行數(shù)據(jù)列于表2?；綪ID控制的負(fù)壓均值相比于期望值偏離37.1 Pa，最接近期望值，其次是模糊控制，最后是原始數(shù)據(jù)。但標(biāo)準(zhǔn)差(標(biāo)準(zhǔn)差表示負(fù)壓偏離均值的程度，用于反映穩(wěn)定性)相比于原始數(shù)據(jù)，基本PID控制有小幅改善，模糊控制的標(biāo)準(zhǔn)差卻提高了1倍，這表明模糊控制的穩(wěn)定性不足，不適用于控制穩(wěn)定工況下的負(fù)壓。

表2 穩(wěn)定工況下的控制數(shù)據(jù)Table 2 Control data under stable condition

由于穩(wěn)定工況下負(fù)壓系統(tǒng)自身擁有良好的穩(wěn)定性，所以使用自身穩(wěn)定性不足的模糊控制反而會(huì)降低負(fù)壓控制的穩(wěn)定性。相比之下，基本PID控制有效降低了壓力波動(dòng)。因此第1組實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)穩(wěn)定工況下應(yīng)使用基本PID控制的方法，進(jìn)而證明了控制系統(tǒng)在穩(wěn)定工況下使用PID控制、在異常工況使用模糊控制的控制模式的合理性。

第2組實(shí)驗(yàn)的擾動(dòng)信號(hào)為負(fù)壓系統(tǒng)在穩(wěn)定和異?；旌瞎r下的負(fù)壓數(shù)據(jù)，分別對比了真實(shí)負(fù)壓數(shù)據(jù)和自適應(yīng)負(fù)壓控制的結(jié)果，如圖6所示。通過圖6可看出，無論是穩(wěn)定負(fù)壓工況還是異常工況，自適應(yīng)負(fù)壓控制都具有較好的穩(wěn)定性，負(fù)壓基本維持在-500～-200 Pa之間。且從自適應(yīng)負(fù)壓控制負(fù)壓曲線的形狀可明顯區(qū)分兩種控制模式，平穩(wěn)平滑的曲線代表基本PID控制模式，快速波動(dòng)的曲線代表模糊控制，對比真實(shí)負(fù)壓數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)負(fù)壓驟增且即將突破至正壓時(shí)，自適應(yīng)負(fù)壓控制系統(tǒng)自動(dòng)切換至模糊控制模式，有效地穩(wěn)定了負(fù)壓。以上結(jié)果表明，負(fù)壓控制系統(tǒng)的控制模式轉(zhuǎn)換機(jī)制的設(shè)立是合理的，控制系統(tǒng)可準(zhǔn)確快速地切換模糊控制和PID控制模式，確保冷坩堝系統(tǒng)內(nèi)負(fù)壓在混合工況下的穩(wěn)定性。

圖6 混合工況下自適應(yīng)負(fù)壓控制的負(fù)壓曲線Fig.6 Negative pressure curve of adaptive negative pressure regulating under mixed condition

混合工況下自適應(yīng)負(fù)壓控制下的負(fù)壓及原始?xì)v史運(yùn)行數(shù)據(jù)列于表3。自適應(yīng)負(fù)壓控制的負(fù)壓均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為-296.6 Pa和71.1 Pa，均值與期望值較接近，且自適應(yīng)負(fù)壓控制下負(fù)壓的標(biāo)準(zhǔn)差僅為原始數(shù)據(jù)的1/3，表明自適應(yīng)負(fù)壓控制的結(jié)果準(zhǔn)確且相對穩(wěn)定。此外，負(fù)壓的最大值是-38.6 Pa，雖然高于合理工藝區(qū)間，但是仍能維持負(fù)壓，確保避免泄漏的發(fā)生。另外本文還計(jì)算了負(fù)壓曲線與y=-300 Pa所圍成的定積分面積(表3)，定積分面積反映的是控制后的負(fù)壓與期望值偏差在時(shí)間上的積累量。原始數(shù)據(jù)和自適應(yīng)負(fù)壓控制下的負(fù)壓曲線的定積分面積分別為8.87×105和1.21×104，自適應(yīng)負(fù)壓控制下的負(fù)壓偏差積累量較真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)下的負(fù)壓數(shù)據(jù)的負(fù)壓偏差積累量低98.64%，這表明臺(tái)架加裝自適應(yīng)負(fù)壓控制器后，能有效解決兩步法冷坩堝負(fù)壓體系的波動(dòng)問題，并消除泄漏隱患。

表3 混合工況下的控制數(shù)據(jù)Table 3 Control data under mixed condition

4 結(jié)論

1) 以高放廢液冷坩堝玻璃固化負(fù)壓控制系統(tǒng)為研究對象，提出了自適應(yīng)負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。

2) 根據(jù)煅燒爐爐頭和爐尾壓力傳感器的測量值進(jìn)行負(fù)壓偏差和負(fù)壓變化率計(jì)算，依據(jù)煅燒爐負(fù)壓運(yùn)行工作區(qū)間的工藝要求，設(shè)計(jì)了PID控制與模糊控制結(jié)合的負(fù)壓控制系統(tǒng)，當(dāng)負(fù)壓穩(wěn)定在合理工作區(qū)間且壓力變化率沒有引發(fā)突變的可能性時(shí)控制系統(tǒng)采用PID控制，當(dāng)負(fù)壓出現(xiàn)大幅度波動(dòng)的異常工況時(shí)控制系統(tǒng)采用模糊控制，最終通過準(zhǔn)確切換兩種控制方法實(shí)現(xiàn)了對負(fù)壓的精確控制。

3) 通過Simulink仿真模塊對PID控制、模糊控制和兩者結(jié)合后的控制方法的控制結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明，由本自適應(yīng)負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)計(jì)算得到的補(bǔ)氣量能維持煅燒爐內(nèi)的負(fù)壓穩(wěn)定，解決了壓力波動(dòng)的問題。

本文建立的自適應(yīng)控制模型具有較好的控制穩(wěn)定性，不僅可被用于控制煅燒爐的負(fù)壓，還可在冷坩堝臺(tái)架內(nèi)進(jìn)一步用于冷坩堝玻璃液溫度的精確控制、冷坩堝冷卻水溫度的精確控制等，為后續(xù)推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

冷坩堝臺(tái)架負(fù)壓體系的影響因素相對簡單，而對于影響因素復(fù)雜的體系，本模型今后可考慮利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等方法替代模糊控制，以此來提高對于控制參數(shù)波動(dòng)的預(yù)測精度，進(jìn)而提高控制穩(wěn)定性。