一、引言
華能德州電廠ⅰ期和ⅱ期的4臺(tái)300mw機(jī)組的dcs采用新華公司的xdps-400，其鍋爐的再熱汽溫控制采用的是常規(guī)的pid串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)噴水調(diào)節(jié)閥調(diào)整減溫水流量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)再熱汽溫度的控制。但因?yàn)?00mw機(jī)組鍋爐再熱汽溫是一個(gè)典型的大遲延、多輸入、單輸出系統(tǒng)，不僅其數(shù)學(xué)模型難以測(cè)定，而且影響再熱汽溫度的因素較多并且具有一定的隨機(jī)性，使得常規(guī)的pid串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)實(shí)際的要求。
模糊控制技術(shù)（flc）自1964年出現(xiàn)以來(lái)，擺脫了數(shù)學(xué)模型的束縛，以其較強(qiáng)的魯棒性、智能性得以迅速發(fā)展和普及，開(kāi)辟了一條自動(dòng)控制的新途徑，各種模糊控制器相繼出現(xiàn)并在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果，在許多高精度的隨動(dòng)系統(tǒng)中，也常采用復(fù)合型的fuzzy控制器。
本文詳細(xì)介紹采用模糊控制（flc）技術(shù)在德州電#1機(jī)組a再熱汽溫度控制中的成功應(yīng)用，獲得了優(yōu)于pid控制的效果，有利于提高機(jī)組的效率和減輕運(yùn)行人員的工作負(fù)荷。
二、模糊控制器（flc）的設(shè)計(jì)
首先給出模糊控制器的原理方框圖如下:
如圖1所示，e表示再熱汽溫度與設(shè)定溫度的差，既e=t-tsp,ec表示e的變化率，u表示控制量。flc采用模糊查詢表方式。其中kl、k2、k3是三個(gè)比例因子，用于調(diào)整控制精度。
2.1數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)
2.1.1模糊變量及其論域的確定
由圖1可知，本模糊控制器的模糊變量有3個(gè)，分別是再熱汽溫度的誤差e、溫度誤差的變化率ec和控制量u。它們進(jìn)人模糊控制器之前首先要完成量化、量程轉(zhuǎn)化和模糊化。下面分別介紹它們的論域、模糊空間相隸屬度函數(shù)的確定。
對(duì)于溫度誤差e，一般要求在±5℃以內(nèi)，首先將其離散化為[-5-4-3-2-1012345];同時(shí)確定模糊變量e的論域也為[-5-4-3-2-1012345]。論域確定之后，將其模糊空間劃分為epb,epm，eps，epo,ens,enm,enb等7個(gè)模糊子集，分別表示正大，正中，正小，0，負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小等7個(gè)模糊集合。比例因子k1初步確定為1.3左右。
同理，把誤差變化率ec的論域和模糊空間確定為:
[-5-4-3-2-1012345]
ecpb，ecpm，ecw，ecm，ecns，ec-nm，ecnb;
比例因子k2初步確定為60左右，以反映溫度每分鐘的變化情況。
把控制變量u的論域和模糊空間確定為:
[-5-4-3-2-1012345]
upb，upm，ups，u叨，uns，enm，unb
比例因子k3初步確定為誤差的函數(shù)似實(shí)現(xiàn)非線性控制。
2.1.2隸屬函數(shù)的確定
隸屬函數(shù)的確定是模糊邏輯和模糊運(yùn)算的基礎(chǔ)。本控制器采用三角函數(shù)作為隸屬函數(shù)。對(duì)于模糊變量再熱汽溫度誤差信號(hào)e和誤差變化率信號(hào)ec，為了提高0附近小誤差和小誤差變化時(shí)的精度，減小模糊控制器的死區(qū)，采取非均勻型和非對(duì)稱型的隸屬曲線，即在0附近曲線較其它范圍窄。同時(shí)為了滿足相容性的要求，采用不對(duì)稱的三角函數(shù)。誤差論域e和誤差變化率論域ec的隸屬函數(shù)相同。如下圖所示:
模糊變量控制量u論域的隸屬函數(shù)也采用三角函數(shù)，與e和ec不同的是u采用的是對(duì)稱的三角函數(shù)。如下圖所示;
2.1.3模糊化和反模糊化方法
2.1.3.1模糊化
常用的模糊化方法有兩種，一種是單點(diǎn)模糊集，一種是將量模糊化為在論域上占據(jù)一定寬度的模糊子集。本文采用單點(diǎn)模糊集。因?yàn)樗淖匀恍院吞幚砩系姆奖愣靡栽趂lc的應(yīng)用中常常被采用。
例如再熱汽溫溫度的誤差信號(hào)e經(jīng)過(guò)離散化處理后其值為4，則該信號(hào)模糊化后其模糊變量為e1=0/-5+0/-4+0/-3+0/-2+0/-1+0/0+0/1+0/2+0/3+1/4+5/0。
2.1.3.2反（解）模糊化
反（解）模糊化是模糊化的逆過(guò)程，也稱為模糊判決。常用的有四種方法.1zui大隸屬度法，2平均zui大隸屬度法，3重心法，4取中位法。本文采用重心法，就是控制作用論域上的點(diǎn)eu以控制作用模糊集的隸屬度u（u）為權(quán)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均而得反模糊結(jié)果。公式表示如下:
uo=∑u（ui）ui∑u（ui）
2.2規(guī)則庫(kù)的設(shè)計(jì)
確定了flc的模糊變量、論域和模糊空間后，就需要確定flc的判決推理方式。本模糊控制器采用ifeandecthanu式的規(guī)則形式。展開(kāi)后描述如下:
ife=epbandec=ecpbthanu=pbor
ife=epbandec=ecpmthanu=pbor
ife=enbandec=ecnbthanu=unbor
因?yàn)閑和ec這兩個(gè)模糊變量可分別屬于由7個(gè)模糊子集構(gòu)成的模糊空間，故可以得到7，7=49條規(guī)則，在該規(guī)則的映射下，轉(zhuǎn)換到u這個(gè)模糊變量所屬于的模糊空間。將以上規(guī)則轉(zhuǎn)化為表格表示如下:
2.3模糊推理機(jī)制和模推理算法
本模糊控制器的模糊推理機(jī)制采用mamdmi模糊推理法，即采用取大一取小算法，根據(jù)規(guī)則庫(kù)計(jì)算出模糊蘊(yùn)涵表達(dá)的模糊關(guān)系r，通過(guò)r實(shí)現(xiàn)由e和ec到u的映射，獲得控制變量u后反模糊求宜施加于執(zhí)行器的控制量。本文采用離線查表法，就是事先計(jì)算出各種可能的輸人的各種組合對(duì)應(yīng)不同的輸出控制量，將結(jié)果存放在一個(gè)叫做模糊查詢表的二維表中。具體計(jì)算過(guò)程省略，直接給出計(jì)算結(jié)果模糊查詢表如下:
本模糊查詢表構(gòu)成模糊邏輯控制器的核心。它與kl、k2、k3共同構(gòu)成flc的主體，將誤差e及其變化率ec分成121種情況，分別施加不同的控制:而且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的情況分配不同的放大系數(shù)。
三、模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
因?yàn)樵贌崞麥卮筮t延的客觀存在，前饋信號(hào)一定要存在;為了避免噴水后汽溫的大幅波動(dòng)，減小過(guò)度過(guò)程的震蕩，提高過(guò)度過(guò)程的品質(zhì)，在模糊變量ec中增加一定量的噴水后汽溫的微分信號(hào)，這樣ec實(shí)際變成了個(gè)復(fù)合信號(hào);為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，則需要積分器的存在，但其作用程度要加以限制。這樣控制系統(tǒng)采用帶前饋的fuzzypid復(fù)合型控制器，而且flc采用的模糊變量ec是個(gè)復(fù)合信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了定的協(xié)調(diào)性。具體方框圖如下所示:
四、結(jié)論
運(yùn)用模糊控制理論的模糊控制器flc具有較強(qiáng)的魯棒性、一定的智能性和非線性;通過(guò)規(guī)則庫(kù)和隸屬度函數(shù)的設(shè)計(jì)，容易融迸運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)，適合運(yùn)用在對(duì)鍋爐再熱汽溫的自動(dòng)控制系統(tǒng)中。
在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)比較a、b再熱汽溫調(diào)節(jié)效果，模糊控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)優(yōu)于pid的調(diào)節(jié)效果。在運(yùn)行工況比較穩(wěn)定時(shí)，溫度誤差小于±2℃;在運(yùn)行工況變化時(shí)，模糊控制下汽溫zui大偏差明顯小于pid的調(diào)節(jié)下汽溫的zui大偏差。
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