模糊PID控制器在火电厂温度控制系统中的应用

摘 要在工业中温度控制有非常广泛的应用，如钢铁厂、发电厂、化工厂等锅炉温度控制系统，针对火电厂主蒸汽温度控制对象的大惯性、大延迟和非线性特征。提出了PID控制算法结合模糊控制算法，实现了主蒸汽温度的有效控制。并仿真验证其控制效果。

【关键词】主汽温度控制 模糊控制 PID控制 火电厂

随着我国电力行业的飞速发展，大容量火电机组已成为电网的骨干，为保证机组正常安全运行。 对机组提出了更高的自动化要求。 由于单元滞后大、惯性大、非線性等特性，传统的控制方式不能满足电网的要求，采用先进的智能控制策略来代替传统的控制策略，已成为电厂过程控制的发展趋势。

智能控制理论和计算机通信技术相关学科的发展，使智能控制在火电厂主蒸汽温度过程控制中发挥着越来越重要的作用。本文的目的是研究一种新的智能控制系统及其在温度控制中的应用。 具有一定的理论意义和工程实用价值。

1 火电厂主汽温控制系统概述

现代锅炉过热器工作条件是高温高压。锅炉出口过热蒸汽温度是汽水运行过程中整个系统最高温度，影响着火电厂的安全经济运行。当主蒸汽温度的测量值等于设定值，液压阀不动作，系统处于动态平衡。此时，如果炉膛燃烧室条件变化使温度上升，导致测量值与给定值出现偏差，通过控制器判断偏差的方向，产生控制信号，使喷水阀以适当的方式打开。测量值返回到设定值，系统恢复平衡。

2 模糊PID控制器的设计

火力发电厂主蒸汽温度控制系统控制对象具有大滞后、大惯性的特点。典型的PID只能由一组固定控制参数控制，对动态性能与静态性能、设定值和扰动之间的矛盾无法解决。 模糊控制方法可以有效克服复杂系统的非线性和不确定性。 然而，模糊控制系统的控制效果非常粗糙，使得稳态控制精度较低。 模糊控制结合常规PID控制技术，可以根据初始PID参数校正提高主蒸汽温度控制系统的动态性能。 模糊自适应PID控制基于偏差e和偏差率ec作为输入，可以满足不同时间PID参数自整定的要求。 模糊PID控制系统的结构如图1所示。

3 模糊PID控制器仿真研究

根据专家经验和实际情况，当|e|较大时，为了使系统具有良好的快速跟踪性能，应把kp取大一些，kd取小一些，同时，针对积分进行限制，避免超调量大，通常为零；当|e|中等大小，为了避免大的超调，kp应取得小一些，各变量取值适度；当|e|很小时，kp和ki要大，为了避免设定点附近振荡，kd值非常重要，通常取中等值。 如图2所示，是模糊自适应PID和常规PID仿真比较图。 通过模糊自适应PID的输入偏差和偏差率自动调节PID参数，从而达到良好的控制效果。 模糊自适应PID可以提高系统的动态性能和稳态精度。 PID控制稳态输出值为0.99979，模糊自适应PID控制输出值为0.99996。从仿真图。 使用模糊自适应PID控制器控制高精度控制系统是一个很好的选择。

4 结论

模糊控制结合常规PID控制，完成模糊自适应PID控制器的设计。 仿真表明，模糊自适应PID控制在火电厂主蒸汽温度控制系统中效果良好。 控制效果优于常规PID控制策略，可适应参数变化，显示出良好的控制品质，具有很强的鲁棒性和适应性。 有效提高系统的稳定性。 模糊PID控制器的研究，有很多工作要做，如多变量模糊PID控制等。

参考文献

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[2]王勇.锅炉侧主蒸汽温度值比汽机侧主蒸汽温度值偏低的原因分析及解决方法[J].机电信息，2014（27）.

作者单位

国网山西省电力公司电力科学研究院 山西省太原市 030000

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