模糊控制在火电厂再热汽温控制中的应用与研究.doc

第一章 绪论 在机组的整个运行过程中，维持汽温的相对稳定是非常重要的。 为了提高发电厂的循环热效率，汽温是按材料的许用温度取安全上限值，当汽温过高时，会使锅炉受热面及蒸汽管道材料的蠕变速度加快，影响使用寿命，若严重超温，会因材料的强度急剧下降而导致管道发生爆破，同时，还会使汽轮机的汽缸、汽门、前几级叶片、喷嘴等部件的机械强度降低，导致使用年限缩短和设备损坏；若汽温降低，不仅使机组循环热效率降低，煤耗增大，还增加了末几级叶片的蒸汽湿度，降低了汽轮机的内效率，造成汽轮机末几级叶片侵蚀加剧，还使汽轮机转子承受的轴向推力增加，对机组的安全不利，降低寿命；若汽温波动大，将会导致部件的疲劳损伤，引起汽轮机胀差的变化，甚至产生剧烈振动，危及机组安全。所以，在机组的运行过程，变工况的调整过程中，汽温应尽量保持相对稳定，波动范围尽可能小，汽温的波动范围离其额定值不超过-10℃～+5℃ 常规PID调节器是一种应用广泛、技术成熟的控制方法。PID控制的基本思想是将偏差的比例、积分和微分三参数通过线性组合构成控制器，对被控对象进行控制，采用PID控制时，系统控制品质的优劣取决于上述三参数的整定。但在过程控制领域中，对控制品质的要求越来越高，且控制对象越来越复杂，特别是对再热汽温这类复杂的控制对象，因PID控制器的局限性，控制器的参数难以自动调整，随着专家系统、模糊控制、神经网络等智能控制理论的发展，形成了多种智能控制与PID控制相结合的智能PID控制策略。 模糊控制理论可以有效且便捷地实现人的控制策略和经验，对对象的依赖性不大，而且模糊决策具有明显的非线性，，，，PID控制器应用在电厂再热汽温控制系统中，PID控制的有机结合，PID参数的自整定。仿真结果表明：PID 控制器相比，PID控制器可以有效实现对再热汽温等复杂对象的在线控制，，1965年，美国加利福尼亚大学的扎德教授发表了开创性的论文，从而产生了模糊集合论，并奠定了模糊集理论和应用研究的基础。 其后，一些学者把模糊集的思想引入系统控制，提出了模糊控制的概念，并开展了理论及应用方面的研究。1974年，英国的E.H.Mamdani 首先把模糊控制语言组成的模糊控制器用于控制蒸汽发动机；在以后的20多年中，模糊控制在控制领域的应用越来越受到人们的重视。国外不少专家、学者、工程技术人员都致力于模糊控制的研究，并将模糊控制器用于工业过程控制方面，取得了良好的效果。在高度工业化的日本，其模糊控制理论和研究都处于世界领先地位。从家用电器到生产过程控制，应用模糊控制技术的新一代产品已大量上市。 从1979年开始，我国也开始了模糊控制理论及应用方面的研究。目前，模糊理论方面的研究已取得了重要的成果。在各种模糊控制算法和模糊与常规复合控制算法的研究中取得了许多有价值的成就。传统的PID控制器，由于其控制规律简单，参数设置亦不复杂，在过程控制中仍得到广泛的应用。但其致命的缺点是事先设定好的控制参数不能适应过程的不确定性而做出相应的调整。当系统参数变化时，由于控制参数不能随之而变化，不能对受控过程参数做出适时调整，从而使过程的品质指标恶化。 Carcia和Morari在1982年提出了内模控制，这一控制的优点是能将PID控制、SIMULINK预估控制、确定性线性二次最优反馈控制和多种预测控制等归纳在同一架构之下，内模控制设计简单、跟踪性能好、鲁棒性强、能消除不可测干扰的影响，是一种设计和分析预测控制系统的有力工具[1]。 在控制工程中，被控对象总是含有种种不确定性。如果用精确数学模型设计相应的控制器，那么当不确定参数变化剧烈时，往往难以获得满意的控制效果，甚至造成无法控制。 为了解决这个问题，出现模糊控制等方法。这些方法在一定条件下是可行的。但是当系统操作环境突变例如被控对象发生故障或运行环境发生突变，系统的参数变化很大，常规自适应控制器中的辨识器难以跟随参数的实际变化，导致控制器性能不佳；另外，基于对象模型识别的常规自适应控制器以及目前已提出的模糊自适应控制器或者基于神经网络实现的自适应控制器．由于计算量大，控制规律复杂，很难满足实时性要求，尤其是在操作环境突变的暂态性比较差。 　 论文主要有以下几个方面的工作需要完成： 1．通过给定的数据和传递函数，根据给定的衰减率进行串级控制系统调节器整定计算，并进行仿真实验。 2．熟悉MATLAB仿真工具SIMULINK。 3．利用上述模糊控制方法针对再热器这一温度对象，进行模糊控制器设计，进行仿真实验。 第二章 模糊集合论基础 2.1 模糊集合 2.1.1 模糊集合的概念 在第一节里我们提到，对于普通集合，其论域中的元素要么属于是个集合，要么不属于这个集合，即存在非此即彼的概念。而现实生活，却存在很多大量的模糊事物，它们不能用普通集合来描