循环流化床锅炉一次风机模糊控制1.doc

循环流化床锅炉一次风机的在线自整定模糊控制 太原理工大学 朱孔祥 马素霞摘 要：基于循环流化床锅炉运行要求和一次风机性能，提出了一种模糊控制与PI控制相结合的控制策略，实现一次风机的自动控制。通过设定模糊规则，在线自整定PI控制器的参数KP、KI，仿真实验结果表明，与常规PID控制相比，在线自整定模糊控制的动态超调量小，调节时间短，具有良好的性能鲁棒性。关键词：模糊控制；PID；一次风机；循环流化床锅炉中图分类号：TP13 文献标识码：AThe CFB Boiler a Fan Online Self-tuning Fuzzy Control ZHU Kong-xiang,MA Su-xiaAbstract:Based on the circulating fluidized bed boiler operation requirements and a fan performance, Put forward a kind of fuzzy control and PI control combined control strategy ,Achieve a fan of automatic control .By setting the fuzzy rules ,Online, since the setting PI controller parameters of KP,KI ,The simulation results show that the Compared with the conventional PID control ,Online, since the setting fuzzy control of dynamic small overshoots and short setting time and has good performance robustness .Key words: fuzzy control;PID;a fan;circulating flluidized bed boiler1 前言循环流化床锅炉燃烧方式同常规煤粉炉的不同，循环流化床锅炉的一次风是保证燃烧正常进行的重要操作量，它不仅提供炉膛底部燃烧需要的大部分氧气，还作为使燃料流化的流化风，随着锅炉负荷的增减，一次风量随之增减，一次风机的控制一直是工程中存在的技术问题之一。目前运行的循环流化床锅炉，一次风机绝大部分是手动操作的，不能实时根据运行状况进行自动调节，而且造成一次风机的运行能耗较高。本文提出了一种循环流化床锅炉一次风机模糊自整定PID控制方法。2 一次风机模糊自整定PID控制系统一次风机的被控量为一次风量和一次风压，运行中，既要满足风量要求，也要满足风压要求，这是其与煤粉炉一次风机控制的显著不同之处，本文设计的一次风机模糊自整定PID控制系统如图1所示，其以风机挡板开度和转速为控制对象。图1 一次风机模糊自整定PID控制系统3 模糊控制的基本原理5 模糊控制是一种人工智能控制，它是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的计算机智能控制，为一种新型的数字控制系统。3.1模糊控制的原理 模糊控制的系统如图2所示。 图2 模糊控制系统结构图 检测装置采集到的输出值与给定值进行比较，得到的误差值经输入接口转换，变为数字量被模糊化处理，用模糊变量进行描述，通过模糊控制算法及模糊推理等，最后经过精确化处理得到精确值，再经过输出接口把数字量转换成模拟量，输入到执行机构对被控对象进行调节。3.2模糊自整定控制器的设计模糊自整定PI控制器的结构如图3所示，该控制系统由参数可调整PI 控制器和模糊控制器组成。模糊控制器调整参数KP、KI，得到其变化量Kp、KI，输入给可调整PI控制器，其输出控制律U(n)=KPe(n)+KIec(n)【4】 。KI 图3 参数可调整模糊控制器3.2.1输入量的模糊化 模糊控制器的输入变量是偏差e(n)和偏差的变化率ec(n)，参数变量KP 、KI为模糊控制器的输出变量，各模糊量的集合如下：e(n): E=NB NM NS ZE PS PM PBec(n): EC=NB NM NS ZE PS PM PBKP : KP=NB NM NS ZE PS PM PBKI : KI=NB NM NS ZE PS PM PB式中：NB,NM.NS,ZE,PS,PM,PB分别代表负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。根据风机挡板及风机转速的实际工作情况，选取各输入及输出变量的范围分别为:e(n)-5 5，ec(n)-5 5，KP -50 50，KI -48 48。将各变量分别进行线性变换（通过量化因子、比例因子），得到各变量的论域为E、 EC -6 6, KP、KI -6 6。输入、输出变量的隶属函数取三角函数。3.2.2 模糊推理与精确化 在实际的控制系统中，根据误差及误差的变化率，由隶属函数计算得到隶属度，通过控制法则及模糊推理合成规则，将输入模糊量映射到输出模糊量的集合上，然后由加权法计算得到PI控制器的调整参数KP、KI的大小。风机的控制系统是通过模糊自整定PI控制器在线适当调整KP、KI，从而确定风机的挡板开度和转速U（n）（在挡板控制中，代表挡板开度，在转速控制中，代表风机的转速），再去调节被控制的对象。4 一次风机控制系统的仿真研究 本文设计的一次风机控制系统中，风机挡板的等效传递函数为：G(s)=1/s ，将仿真结果与常规PID控制器（参数KP=5，KI=0.08，KD=2）的进行比较，如图5所示。 图4 风机挡板控制图4中，虚线是常规PID控制器的响应曲线，实线是模糊自整定PI控制器的响应曲线。由图可知，模糊自整定PI控制与常规PID控制相比较，它的超调量比较小，调节时间相对短些，过渡时间短，系统能够比较迅速的达到稳定状态。在风机变速控制系统中，变频器与电动机的等效函数为 ：G(S)=1/(S+1)【6】，将其模糊自整定PID控制性能与常规PID控制性能相比较，常规PID控制器参数为KP=5，KI=4.5，KD=0.5，仿真结果如图5所示。 图5 一次风机变速控制系统图5中，虚线是常规PID控制输出响应曲线，实线是模糊自整定PI控制输出响应曲线。由图可见，模糊自整定PI控制与常规PID控制相比较，它达到稳态的时间提前大约200ms，没有超调量，调节时间短。5 结论根据循环流化床锅炉一次风机的运行要求，提出了一种将模糊控制和常规PI控制相结合的控制方法。仿真实验显示：与常规PID控制相比较，参数模糊自整定PID具有良好的控制性能，系统的响应速度快、超调量小及调节时间短，研究结果有较大的工程应用价值，为循环流化床锅炉一次风机的控制提供了技术支持。参考文献【1】 岑可法,倪明江,骆仲泱,等.循环流化床锅炉理论设计与运行M.北京:中国电力出版社【2】 郭立君，何川 泵与风机 北京；中国电力出版社，2004 8【3】 马素霞，张建春，牛建斌 等，75t/h循环床锅炉变工况热态实验研究J,动力工程；2005【4】 段铁群，王萍，黄