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汽輪機調節系統是保證機組安全穩定運行的關鍵設備，其性能的好壞直接影響機組的運行可靠性和經濟性。在數字電液調節系統中，引入了數字計算機作為控制系統的核心，可以方便地實現信號的綜合與控制，控制精度提高，控制特性得到了全面的改進，因此，DEH在汽輪機調節系統中得到了越來越廣泛的應用。傳統汽輪機采用PID控制方式通過數字電液控制系統對汽輪機實施控制，但是在實際使用當中，每一套系統的狀態都不是完全一致，對參數的調節總是依賴工程師的經驗。而且當系統發生擾動時(如負載突然出現較大變化)，或系統有攝動時(如內部某些器件參數發生變化)，難以保持良好的控制性能。為此，本文把模糊控制技術引入PID控制，設計了一種模糊自整定PID控制器應用于汽輪機數字電液控制系統，可以實現系統控制的智能化，當系統發生擾動或攝動時參數能夠自動整定。 1 汽輪機DEH系統的模型描述 傳統數字電液控制系統是通過PID控制器實現對輸出量的控制，進而對汽輪機實施控制。汽輪機數字電液調節系統的結構包括PID控制器、電液轉換器、油動機、蒸汽容積、轉子等環節以及功率和轉速反饋環節。汽輪機DEH系統的數學模型如圖1所示。 系統中的傳遞函數和參數分別為： 2 模糊自整定PID控制器的設計 傳統PID參數的整定還沒有實現自動化，所以模糊自整定PID參數控制器的目的是為了使參數KP，KI，KD隨著偏差E和偏差變化EC的變化而自行調整。由于模糊控制器是采用數字計算機來實現的，因此模糊控制器的設計問題就是模糊化過程、數據庫(含數據庫和規則庫)、推理決策和精確化計算4部分的設計問題。 2.1 離散化和模糊化過程 在汽輪機數字電液控制系統中，將測得的機組實際轉速與設定值比較得到偏差E和偏差變化率EC，并以之作為模糊控制器的輸入變量，以KP，KI，KD三個參數作為輸出變量。先將他們的實際范圍即基本論域[—ne ne]，[—ncnc]轉換到相應的模糊集論域中，E，Ec的論域為[-3，3]，KP，KI的論域均為[0，1]，KD的論域為[0，0.4]。然后將E和EC這些連續的精確量分別離散化成7個模糊子集，用語言值正大(PB)，正中(PM)，正小(PS)，零(ZO)負小(NS)負中(NM)負大(NB)表示；將KP，KI，KD分別離散化成三個模糊子集，用語言大(B)，中(M)，小(S)表示。E，EC和三個輸出量KP，KI，KD的模糊隸屬函數全部是采用trimf型(三角形函數)。 2.2 模糊規則的建立 模糊控制器所遵循的調整規則是： (1)當E較大時，為加快系統響應，應取較大的KP和較小的KD，由于積分太強會使系統超調加大，因而要對積分作用加以限制，通常取KI=0或者較小值； (2)當E中等大小時，為減少系統超調，KP應適當減小，洞時對KD和KI的取值要適當； (3)當E較小時，為減小穩態誤差，KP與KI應取得大些，在這種情況下，KD的取值最重要，取值不當會引起系統振蕩。 總結操作人員長期的控制經驗和PID控制器參數的整定規律，可以得到一系列模糊推理規則，然后按照調整規則建立模糊控制規則表，可寫成條件語句的形式控制規則：If E= * * and EC= * * then Kp= * Ki= * Kd= *。 2.3 其他 選取Mamdani型模糊推理原則作為推理決策，解模糊化采取中心平均法，最后，為使輸人信號與模糊自整定控制器的論域相同，在模糊控制器的輸入前引入了幅度為6的限幅器。 3 仿真實驗 為了檢驗模糊自整定PID控制器的性能，分別用常規PID控制器模糊自整定PID控制器對汽輪機DEH系統進行控制仿真。 仿真中模糊自整定控制器中KP，KI，KD三個待整定參數的初始值均為零。為使輸入信號與模糊自整定控制器的論域相同，引入了幅度為3的限幅器。當給定轉速均設定為n=1 000 rad／s時，分別對上述兩系統進行仿真。 4 結 語 由仿真結果可明顯看出模糊自整定PID調節較之常規PID調節，系統的快速性和穩定性得到了提高，總結起來模糊自整定PID主要有以下幾個優點： (1)模糊自整定PID算法的初值為零，不需要人工給定初始整定值，他能通過自整定獲得參數的最優值，且實現簡單，而常規PID算法需要操作者根據以往的累積經驗以及實際的系統輸出經多次試調之后獲得較優值。 (2)模糊自整定PID算法的超調量和調整時問均小于常規PID算法。 (3)由仿真結果可看出將模糊自整定PID控制器用于汽輪機DEH系統能使系統的快速性和各項性能指標得到顯著提高，說明了該方法的有效性。 |
