125机组除氧器、凝汽器水位的Fuzzy.doc

125机组除氧器、凝汽器水位的Fuzzy-PI复合控制发表时间:2002-8-29作者：摘要：一、引言 采用传统的PID控制方式，对大多数工业对象，一般可以得到较好效果，但对具有滞后、惯性较大、时变性、不确定性的系统，一般很难得到非常满意的控制结果。国产125MW机组除氧器、凝汽器两者水位相互关联，两者中调节存在着滞后、大惯性、时变性、不确定性等较强的耦合因素，传统的PID控制，在大变化、全过程运行中，只能做到间断性的除氧器水位自动控制，通常，凝汽器水位只能手动操作，两者的控制效果差。本文将Fuzzy-PI复合控制系统用于该类对象进行的研究得到较好的效果。二、系统描述 本文研究的是浙江长兴电厂的除氧器、凝汽器水位的智能控制。该厂汽轮机是中间再热凝式汽轮机，凝汽器、除氧器采用上海电站辅机厂生产的N-7100-1对分双流程表面式凝汽器和GS-100除氧器水箱。系统设计有两台凝结水泵，其中一台为变频控制，另一台为工频泵做备用。平时靠这台变频泵控制除氧器水位，凝汽器水位靠化补水调整门调节，凝结水母管压力靠凝结水母管调整门调节。当工频泵投入运行时，除氧器水位改用凝结水母管调整门调节，凝结水母管压力不调节，凝汽器水位还是靠化补水调整门控制。三、水位变化的模糊控制 模糊控制器的输入变量为除氧器水位与其设定值偏差信号E和凝汽器水位与其设定值偏差信号Ec信号，输出信号为除氧器水位控制解模糊偏差值和凝汽器水位控制解模糊偏差值。 输入信号E和Ec的论域为-100mm，100mm，语言值为负大，负中，负小，负零，零，正零，正小，正中，正大，记作NB，NM，NS，NZ，ZO，PZ，PS，PM，PB，隶属度函数如图1所示。 输出变量E1和E2的论域为-10，10，语言值为负大，负中，负小，负零，零，正零，正小，正中，正大，记作NB，NM，NS，NZ，ZO，PZ，PS，PM，PB，值为-9.23,-7.5,-5,-2.5,0,2.5,5,7.5,9.23。 设计模糊控制器的核心是模糊规则库的建立，建立模糊规则库常用的方法是根据工艺操作规程及对操作人员经验的总结，抽取相应的模糊规则，这种方法较为简便，但获取的规则较为粗糙，且因操作人员经验的不同而带有一定的主观性。另一种方法是应用系统辨识技术，根据输入输出数据建立对象的模型，再根据模糊模型提取相应的模糊控制规则。在此，我们采用了先建立对象的模糊模型，再提取模糊控制规则，同时借鉴操作人员的经验和现场控制情况对控制规则作适当修改，最后所得的规则如下表所示。四、Fuzzy-PI复合控制系统的结构 今年来模糊控制方法的研究和应用取得了许多成果，它可以有效地克服复杂系统的非线形及不确定性，因而与传统控制比较有较强的鲁棒性。但模糊控制的控制作用较粗糙，使得稳态控制精度较低。将模糊控制技术与常规控制组合构成Fuzzy-PI复合控制系统，集两种控制策略的优点，既改善了常规控制的动态过程又保持了常规控制的稳态特性，原理如图2所示。图中PID为常规比例积分微分调节器，FLC为模糊控制器。图中，除氧器水位控制采用三冲量控制，加强除氧器水位动态控制效果；为防止系统内过多补水，系统增设化补水调整门开度置0快关信号，当E0,Ec0或E-4*Ec0时，化补水调整门快速关到0。五、仿真实验 根据浙江长兴电厂125MW #5单元机组，在不同负荷下的除氧器和凝汽器水位的对象特性，分别进行负荷干扰的仿真试验，试验结果见图3、4。图3即为原有的水位调节系统采用常规的PID控制，除氧器水位和凝汽器水位两个被控参数很难得到协调控制，而且自动经常切到手动状态，尤其在负荷变动的情况下，系统辨别能力差，运行人员不得不采取手动干预，进行手动操作，这无疑增加运行人员的劳动强度，而且调节参数的品质难以得到提高。图4为Fuzzy-PI复合控制系统运行曲线图，从图中可看出，不仅使静态特性得到改善，动态偏差也大大降低，并且调节速度加快，控制效果变好，对干扰的克服能力增加；负荷在变动的情况下，水位控制在一定的范围内，满足系统运行控制要求。五、结论 本文设计了Fuzzy-PI复合控制系统，并将其用于125MW单元机组除氧器、凝汽器水位的控制。这个被控过程的主要特点是惯性及延迟较大，非线性