基于模糊PID技术的供热机组节能控制系统应用研究

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电力行业节能减排以火电厂节能减排为核心,以降低火电厂煤耗、厂用电率为重点。从节能的实际出发,目前供热机组蒸汽节能包括两方面的内容:一个是工艺节能,另一个是控制节能。工艺节能就是通过采用合理的工艺和设备和合理的操作规程达到节能的目的。控制节能则是通过自动化仪表对变化频繁的生产过程进行及时控制,利用先进的控制技术,对车间、工厂或一个区域的能源(油、汽、水、风、电)进行集中监测、管理和调度,从而达到节能的目的。本文从工艺节能方面和控制节能两个方面着手研究,重点讨论了控制节能方面使用智能控制的可行性。   本文首先介绍了目前供热机组工艺节能的现状,针对南方许多企业自备电厂(以江苏紫兴纸业有限公司自备电厂为对象)中出现的蒸汽在汽轮机做功后直接排放的问题,提出了新的节能方案。在众多蒸汽节能设备中,选择适合项目需要的蒸汽喷射混合器。该蒸汽混合器不仅提高了节能的效果,同时具有运行费用低、设备结构简单、无机械传动部件,运行可靠、使用寿命长、使用操作简单方便等优点。在此基础上,对供热机组节能蒸汽系统进行了动态分析。为了达到目标蒸汽品质,需要调节蒸汽的温度和压力参数。压力对调节信号反应迅速,采用常规PID反馈控制即可实现高性能控制。本系统被控温度具有惯性大、滞后严重、扰频繁、后续造纸流程对控制要求较高等特点,给控制过程带来了困难。本文以该节能系统温度调节采用的串级控制系统为背景,对其控制器选择进行若干有益的尝试,通过常规PID、单神经元PID和模糊自适应PID(Fuzzy-PID)控制器算法的仿真和比较,在实际系统中选用Fuzzy-PID取得了满意的效果。   常规PID控制方式以其结构简单、鲁棒性强、稳态无静差以及易于操作等优点,成为工业控制中最通用的控制方法。然而PID控制的性能取决于参数的整定情况,对于那些对象模型复杂和模型难以确定的控制系统,具有很大的局限性,而且它的快速性和超调量之间的矛盾关系,使它不一定能满足调节时间短、超调小的技术要求。   单神经元PID控制是神经网络控制的热点。神经元具有很强的信息综合、学习记忆和自学习、自适应能力,可以处理那些难以用模型和规则描述的过程。将神经元与PID控制相结合,尝试应用于本文串级系统,仿真结果表明该算法响应速度快,调节时间短。   通过分析PID控制和模糊控制的优缺点,考虑把两者相结合,扬长避短。本文使用的是自适应模糊PID控制。运用模糊的基本理论和方法,将操作人员长期积累的经验知识用控制规则模糊化,并把这些模糊控制规则以及有关信息(如初始PID参数等)作为知识存入计算机中,然后根据控制系统的实际响应情况,运用模糊推理自动实现对PID参数的最佳调整。   文中使用Matlab中的simulink进行仿真研究,通过对温度串级系统进行常规PID、单神经元PID和自适应模糊PID控制进行仿真、分析与比较,得出模糊自适应PID控制的响应曲线上升快,调节精度稿,稳态性能好,过渡过程时间短,超调量小的优点。本文作为一次有益的尝试,可见模糊自适应PID控制是可行的,有效的。这对提高供热机组节能控制水平,降低能源消耗和减少成本,具有重要的理论研究和实际指导意义。
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