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模糊控制在锅炉燃烧系统中的仿真研究 引言 　 锅炉燃烧控制是火电厂最重要的过程控制。由于锅炉燃烧过程是典型的多变量复杂系统,对其难以建立精确的数学模型,使得基于数学模型带固定参数的常规PID 控制方案难以获得理想的控制效果,锅炉燃烧控制也因此成为火电厂过程控制中的一大难题。模糊控制的突出特点在于控制系统的设计不要求知道被控对象的精确数学模型,只需提供现场操作人员的经验知识及操作数据,而且模糊控制器的鲁棒性强,适用于非线性、时变及滞后系统。因此将模糊控制方案引入锅炉燃烧控制应能取得有效的结果。 　锅炉燃烧被控对象的动态特性 锅炉燃烧控制的3个子系统,即燃料量、送风和引风控制回路的控制品质都直接关系到整个机组的安全和经济运行。因此锅炉燃烧被控对象是一个三输入三输出的相互关联的多变量对象,其动态特性可用传递矩阵表示: 　模糊仿真方案的建立 以对主气压力的控制为例,利用MATLAB 中的模糊逻辑工具箱, 在SIMUL IN K中可以建立模糊控制方案的仿真框图 仿真调试 在其它回路的给定值均为0 时,对各回路分别作给定值的单位阶跃扰动试验,可以得到各回路被调量的单位阶跃扰动响应曲线。下图给出了主汽压力的单位阶跃扰动响应曲线。 　曲线分析 (1) 从单位阶跃扰动试验可以看出,系统在受到定值扰动时,在模糊控制方案下,被调量的过渡过程时间和超调量都较小。 (2) 从内扰动试验可以看出,在受到内扰时,系统的波动很小,且能快速消除内扰的影响,被调量能很快回到原来的给定值。 　结　论 本文将模糊控制应用于锅炉燃烧过程,从仿真结果可以看出模糊控制能够克服常规PID 控制响应速度慢、超调量大的缺点,而且模糊控制器的鲁棒性较强。 参考文献 [1] 周洪，刘海波 模糊控制在锅炉燃烧系统中的仿真研究 热力发电 2005.1 [2] 张培明，邵国平 模糊控制在燃煤锅炉床层温度控制中的应用 信息技术 2004.1 [3] Mohand Mokhtari Michel Marie. Engineering Application of MATLAB5. 3 and SIMULINK3 Publishing House of Electronice Industry ,2002. [4] 李士勇. 模糊控制神经控制和智能控制论[M] . 哈尔滨工业大学出版社,1998. * * 其中V r 为一次风挡板开度, V g 为送风机挡板开度, V s 为引风机挡板开度, pm 为主汽压力, CO2为烟气含氧量, ps 为炉膛压力。 对锅炉燃烧被控对象进行控制的具体任务是: (1) 当锅炉的蒸汽量与机组的汽耗量不相适应时,会引起主汽压力的变化,这时必须相应地调节锅炉送耗量匹配,从而维持主汽压力稳定; (2) 当燃料量改变时,必须相应调节送风机挡板开度,从而调节送风量,使其与燃料量匹配,保证炉膛烟气含氧量稳定,从而保证燃烧过程有较高的经济性; (3)调节引风机挡板开度调节引风量,使其与送风量匹配,以保证炉膛压力稳定。 对主汽压力回路, 设误差e 的变化范围为[ -1MPa,1MPa ] ,其模糊量E 的论域为[ - 6 ,6 ] ,则Ke =6 。设主汽压力误差变化率的变化范围为[ - 0.1MPa ,0. 1MPa ] ,其模糊量EC 的论域为[ - 6 ,6 ] ,则Kec=60 。控制量u 即容量风挡板开度的变化范围为[ -48 ,48 ] ,其模糊量U 的论域为[ - 6 ,6 ] ,则Ku = 8 。E、EC 和U 的模糊子集分别规定如下: E = {NB ,NM ,NS ,NO ,PO ,PS ,PM ,PB} EC , U = {NB ,NM ,NS ,ZO ,PS ,PM ,PB} 隶属度函数的形状对模糊控制器的性能有很大影响。当隶属度函数比较窄瘦时,控制较灵敏,反之,控制较粗略和平稳。通常当误差较小时,隶属度函数可取得窄些,当误差较大时,隶属度函数可取得宽些。 E的隶属度曲线 EC的隶属度曲线 　U的隶属度曲线 控制规则是对专家的理论知识和实践经验的总结。这里共有56 条规则 当主汽压力被控对象的传递函数由pm =0. 003 3S/ (30 S + 1) V r 变化为pm =0. 003 3S/ (60 S + 1) V r ,主汽压力回路加入单位阶跃信号时,主汽压力的响应曲线如图所示。 *