模糊自适应 PID 控制在主汽温控制中的应用分析

(整期优先)网络出版时间:2019-12-27
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模糊自适应 PID 控制在主汽温控制中的应用分析

杨泽宇

内蒙古大唐国际锡林浩特发电有限责任公司 内蒙古锡林浩特 026000

摘要:常规的PID控制需要对一些复杂的过程进行控制,例如一些大惯性控制,大滞后控制以及非线性复杂过程控制,在进行控制的过程当中,对PID控制的稳定性及其调节速度都有了更高的要求,所以我们根据模糊控制理论的基础进行设计,生所生产出的模糊PID控制系统有自我调整能力,同时我们在控制下的主蒸汽温度用两种方式进行了仿真对比。结果表明,模糊PID控制系统的调节稳定性要远高于常规的PID控制系统。

关键词:PID 模糊PID 主汽温度

引言

主汽温又可以称为电站主蒸汽温度,主汽温主要是对生产电器过程中的安全性以及经济性有着重要影响,同时对整个电站水汽循环的最高温度产生了一系列的影响。假设主汽温过高,在正常工作过程当中,过热器非常容易烧坏,同时受热胀冷缩的原因,管道内和机组内部的零件受到膨胀,产生变形,进而破坏,而受到过热的温度过高会产生膨胀,进而使这些零部件而遭到破坏,竟然会对整个机组的正常运行产生一定的影响。如果主气温太低的话,在正常运转过程中燃料的消耗量会急剧增加,同时还会导致机组的热效率降低,进而式汽轮机的尾部蒸汽产生较大的湿气,会严重影响尾部的叶片的侵蚀。主气温的变化过高时,汽轮的机转子以及气缸差与之前相比会有明显的差异,严重还会导致机组的剧烈振动,从而产生一定的危险性。所以主汽温必须要维持在一个特定的范围内,进而保证机组的正常运行。

一、锅炉主汽温控制系统

研究分析锅炉的水汽循环的过程,首先需要对主蒸汽进行分离,分离方式是通过汽包汽水,分离工作首先是通过低温段,安全到达减温器,然后通过过热器的高温段,最后到达的位置是汽轮机。常规的锅炉主汽温控制主要是通过喷水降温,对锅炉主汽温产生变化的因素包含以下几点,例如:蒸汽负荷、减温水量以及烟气的穿热量等等。以上几种因素的变化会对主气温的变化产生一定的影响,在主汽温进行越阶反应过程中,受以上因素的扰动,主气温会产生惯性、自平衡以及延迟的特效。同时对锅炉进行喷水降温过程中,对主气温有最大影响的是水流量,在进行喷水降温时,对温度的要求比高温段出口的要求低,在常规的PID控制系统中只能作为参数进行考虑。

主汽温的串级控制系统

在电站主汽温控制系统当中,经常大规模的应用串级控制系统,原因是串级控制系统的方法有实现简单、工作安全可靠以及抗干扰力强的特点。

2.1主汽温串级控制系统的原理如图一的原理图是主汽温串级控制系统。在蒸汽流量以及减温水量的控制系统过程当中,汽温串级控制系统对两者起到了核心的作用。汽温的越阶响应有着惯性、延迟等特点,针对这些特点而被调量反应快速的特点,通常采用的方式是对通过中间点信号来进行反馈信号补充,进而对通道的动态进行调节,进而将其改善,促进调节系统的控制品质的提升。

图一 原理图

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2.2主汽温串级控制系统

PID原理图如图2。基本运行的工作原理是,在主调节器中输入已经设定好的反馈值y1,以及偏差值e1,将两个设定值经过PID运算,最后在主调节器上输出U1,将u1作为副调节器的设定值劲翔输入,进行二次工作运行,输入的值是将设定值与喷水器的出口温度反馈值y2与其偏差e2,然后通过运算,计算出输出值u2,将其作为喷水减温阀的输入信号。在整个主汽温传奇控制系统过程当中,内回路和外回路起着关键性的作用,首先对于内回路的工作状态进行分析,其运行方式消除其他回路对内回路所带来影响,进而促进主汽温串级控制系统的稳定性而外回路作用主要是将保持的过热气温始终等于设定值。常规的PID串级汽温控制系统虽然也能够对主汽温度稳定值和设定值进行保证,但是有其不可忽视的缺点,例如,其响应时间过长、有较差的稳定性同时还有控制品质低等一系列的问题。

图二 PID原理图

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三、汽温模糊自适应PID控制

模糊自适应PID控制是建立在常规PID控制中的,要想改变模糊控制系统PID的参数,我们所需要理论基础是模糊控制基础,模糊自适应PID控制系统具有响应速度快、系统超调量小、控制过程平稳、控制质量高等优点。

模糊自适应PID控制系统的原理图如图3所示。其正常工作运行方式是:需要凭借主汽温设定值以及主汽温的反馈值进行计算,得到电流误差e和误差变化率e,然后将所得的参数误差进行模糊处理。后在通过模糊规则推理,得到PID控制器的各项参数。将所得的各项参数与原有参数进行相加,进而可以得到新的参数满足控制器的要求,从而获得更好的控制效果。

图三模糊PID控制原理图

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总结

将模糊PID控制与常规PID控制相结合,从而生产出了职能的PID控制系统,同时还拥有了自适应能力。设定研究对象为用电站的主汽温实验结果表明,采用智能PID控制器对主汽温进行控制后,会使主汽温的响应时间缩短,降低超调量,调节过程平缓,

从而获得主汽温的控制质量更高,具有一定的实用价值。

参考文献

[1]杨涛,高伟,黄树红.基于Matlab的锅炉过热汽温模糊控制系统仿真[J].华中科技大学学报(自然科学版),2003,31(4):63-65.

[2]王晓丽,郝娜,刘鑫辉.一种Fuzzy-PID复合控制器在过热汽温控制中的仿真研究[J].电力科学与工程,2006,(3):44-46.

[3] 梁伟平,王文成,张旭.基于中间点温度前馈的主汽温模糊PID控制系统[J].电力科学与工程,2019,35(1).