模糊自适应 PID 控制在主汽温控制中的应用分析

模糊自适应 PID 控制在主汽温控制中的应用分析

杨泽宇

内蒙古大唐国际锡林浩特发电有限责任公司 内蒙古锡林浩特 026000

摘要:常规的PID控制需要对一些复杂的过程进行控制,例如一些大惯性控制,大滞后控制以及非线性复杂过程控制,在进行控制的过程当中,对PID控制的稳定性及其调节速度都有了更高的要求,所以我们根据模糊控制理论的基础进行设计,生所生产出的模糊PID控制系统有自我调整能力,同时我们在控制下的主蒸汽温度用两种方式进行了仿真对比。结果表明,模糊PID控制系统的调节稳定性要远高于常规的PID控制系统。

关键词:PID 模糊PID 主汽温度

引言

主汽温又可以称为电站主蒸汽温度,主汽温主要是对生产电器过程中的安全性以及经济性有着重要影响,同时对整个电站水汽循环的最高温度产生了一系列的影响。假设主汽温过高,在正常工作过程当中,过热器非常容易烧坏,同时受热胀冷缩的原因,管道内和机组内部的零件受到膨胀，产生变形，进而破坏,而受到过热的温度过高会产生膨胀,进而使这些零部件而遭到破坏,竟然会对整个机组的正常运行产生一定的影响。如果主气温太低的话,在正常运转过程中燃料的消耗量会急剧增加,同时还会导致机组的热效率降低,进而式汽轮机的尾部蒸汽产生较大的湿气,会严重影响尾部的叶片的侵蚀。主气温的变化过高时,汽轮的机转子以及气缸差与之前相比会有明显的差异,严重还会导致机组的剧烈振动,从而产生一定的危险性。所以主汽温必须要维持在一个特定的范围内,进而保证机组的正常运行。

一、锅炉主汽温控制系统

在研究分析锅炉的水汽循环的过程,首先需要对主蒸汽进行分离，分离方式是通过汽包汽水，分离工作首先是通过低温段,安全到达减温器,然后通过过热器的高温段,最后到达的位置是汽轮机。常规的锅炉主汽温控制主要是通过喷水降温,对锅炉主汽温产生变化的因素包含以下几点,例如:蒸汽负荷、减温水量以及烟气的穿热量等等。以上几种因素的变化会对主气温的变化产生一定的影响,在主汽温进行越阶反应过程中,受以上因素的扰动,主气温会产生惯性、自平衡以及延迟的特效。同时对锅炉进行喷水降温过程中,对主气温有最大影响的是水流量,在进行喷水降温时,对温度的要求比高温段出口的要求低,在常规的PID控制系统中只能作为参数进行考虑。

主汽温的串级控制系统

在电站主汽温控制系统当中,经常大规模的应用串级控制系统,原因是串级控制系统的方法有实现简单、工作安全可靠以及抗干扰力强的特点。

2.1主汽温串级控制系统的原理如图一的原理图是主汽温串级控制系统。在蒸汽流量以及减温水量的控制系统过程当中,汽温串级控制系统对两者起到了核心的作用。汽温的越阶响应有着惯性、延迟等特点,针对这些特点而被调量反应快速的特点,通常采用的方式是对通过中间点信号来进行反馈信号补充,进而对通道的动态进行调节,进而将其改善,促进调节系统的控制品质的提升。

图一 原理图

2.2主汽温串级控制系统

其PID原理图如图2。基本运行的工作原理是,在主调节器中输入已经设定好的反馈值y1,以及偏差值e1,将两个设定值经过PID运算,最后在主调节器上输出U1,将u1作为副调节器的设定值劲翔输入,进行二次工作运行,输入的值是将设定值与喷水器的出口温度反馈值y2与其偏差e2,然后通过运算，计算出输出值u2,将其作为喷水减温阀的输入信号。在整个主汽温传奇控制系统过程当中,内回路和外回路起着关键性的作用,首先对于内回路的工作状态进行分析,其运行方式是消除其他回路对内回路所带来的影响,进而促进主汽温串级控制系统的稳定性。而外回路作用主要是将保持的过热气温始终等于设定值。常规的PID串级汽温控制系统虽然也能够对主汽温度稳定值和设定值进行保证,但是有其不可忽视的缺点,例如,其响应时间过长、有较差的稳定性同时还有控制品质低等一系列的问题。

图二 PID原理图

三、汽温模糊自适应PID控制

模糊自适应PID控制是建立在常规PID控制中的,要想改变模糊控制系统PID的参数，我们所需要理论基础是模糊控制基础,模糊自适应PID控制系统具有响应速度快、系统超调量小、控制过程平稳、控制质量高等优点。

模糊自适应PID控制系统的原理图如图3所示。其正常工作运行方式是:需要凭借主汽温设定值以及主汽温的反馈值进行计算，得到电流误差e和误差变化率e,然后将所得的参数误差进行模糊处理。然后在通过模糊规则推理,得到PID控制器的各项参数。将所得的各项参数与原有参数进行相加，进而可以得到新的参数满足控制器的要求,从而获得更好的控制效果。

图三模糊PID控制原理图

总结

将模糊PID控制与常规PID控制相结合,从而生产出了职能的PID控制系统,同时还拥有了自适应能力。设定研究对象为用电站的主汽温实验结果表明,采用智能PID控制器对主汽温进行控制后,会使主汽温的响应时间缩短,降低超调量,调节过程平缓,

从而获得主汽温的控制质量更高,具有一定的实用价值。

参考文献

[1]杨涛,高伟,黄树红.基于Matlab的锅炉过热汽温模糊控制系统仿真[J].华中科技大学学报(自然科学版),2003,31(4):63-65.

[2]王晓丽,郝娜,刘鑫辉.一种Fuzzy-PID复合控制器在过热汽温控制中的仿真研究[J].电力科学与工程,2006,(3):44-46.

[3] 梁伟平,王文成,张旭.基于中间点温度前馈的主汽温模糊PID控制系统[J].电力科学与工程,2019,35(1).