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【摘 要】本文介绍了模糊控制理论在火电厂磨煤机运行控制过程中的应用情况，并详细阐述了该模糊控制系统控制方案的制定方法以及实际控制效果。
【关键字】模糊控制；磨煤机；控制方案
1、课题提出背景
火力发电厂锅炉配套磨煤系统中使用中间储仓式钢球磨煤机制粉系统的较多，中间储仓式钢球磨煤机制粉系统具有调节简便、运行稳定以及实用性强的特点。通常实际生产中所规定的球磨机的长期运行方式是保持其处于最佳通风量下，通过人工调节入口冷、热风量和给煤量来调整制煤粉，尽量使其制煤粉效果处于最佳状态。
磨煤机控制系统大多采用分设的单回路控制系统，依据传统的控制理论进行设计和整定，由于中储式球磨机制粉系统为一非线性、强耦合多变量系统，故采用传统控制方式，无法使系统正常运行。磨煤机是一个复杂的被控对象，采用常规PID控制方式或直接解耦控制方案，很难将其稳定在最佳的工作状态，更严重的情况下出现控制系统对运行状态的不正常干预造成磨煤机工作异常甚至出现停机事故。
因此实际操作过程中，往往控制系统被切除，依旧采用传统的人工控制方式，利用熟练岗位工积累的经验进行控制调整，但是这样做由于岗位工技术水平参差不齐，手动调节很容易造成球磨机温度过高以及煤粉供应过多过少的问题，关键是不能使球磨机长期保持最佳的工作状态，这样就造成生产工艺中磨吨煤耗电量数值居高不下，在大大提倡节能减排的今天，对其控制系统进行优化升级的必要性尤为凸显。
我們决定采用模糊控制技术对200MW机组的中储式制粉系统进行改造，经过系统设计、安装、调试投入运行，在接下来的运行过程中该系统一直运行比较平稳，各项指标均保持在设计初预计的数值范围以内，没出现不可控状态，满足了设计要求。
2、模糊控制理论简介
模糊控制就是模仿人类大脑的对事物的思维判断方式的一种数学理论，是一类应用模糊集合理论的控制方法。模糊控制出现的意义主要有以下两个方面的价值，一是模糊控制提出一种新的控制机制从而能够将语言作为变量引入控制逻辑中来，二是模糊控制对非线性控制领域提出一种很简单快捷的方法，尤其是当受控装置含有不确定性而且很难用常规非线性控制理论处理时，更是有明显的优势。
模糊控制的应用过程首先是对模糊现象进行识别，从中提炼出精确的控制量，对被控对象进行控制。与经典控制理论和现代控制理论相比，模糊控制的主要特点是不需要给被控对象建立复杂的数学模型。通俗的说模糊控制就是利用计算机模拟优秀的操作人员现场控制的经验，按照经验对被控对象实施最有效的控制。
模糊控制应用到实际需要经过模糊推理、模糊判决等运算，求出控制量，最终实现对被控对象的控制。
3、控制系统分析
以磨煤机作为被控对象来说，其具有多输人多输出特点，其输入变量主要有给煤机转速、热风门开度、冷风门开度；其输出变量主要有出入口压差、出口温度、入口负压。磨煤机的工作过程其实就是通过对磨煤机转速、热风门的开度以及冷风门开度，来确保磨煤机的缸筒内部的煤量（负荷），同时还得保证磨煤机的出口温度和入口负压在规定值附近。但是，在实际调节过程中，改变磨煤机转速除了会影响磨煤机中存煤量以外还会对出口温度和入口负压造成很大的影响；而调整热风门的开度，对出口温度和入口负压有很大的影响，对出口温度影响不是很大；调整冷风门开度对入口负压影响很大，对出口温度也有一定的影响，但是对存煤量影响就很小。通过以上说明，不难看出实际运行中对磨煤机进行的控制其控制目的主要是为了在安全的前提下使其处于经济运行状态。因此，通过模糊控制理论对其进行控制，就是要达到保证出口温度和入口负压在规定数值范围之内，同时使其磨煤出力最大。
4、模糊控制方案的设计
模糊控制器的总体结构如下图所示，根据可调整变量对控制结果即磨煤出力的影响采取分级模糊控制的方式
由于磨煤机工作状态控制是典型的多变量复杂系统，对其难以建立精确的数学模型，使得基于数学模型带固定参数的常规PID控制方案难以获得理想的控制效果，模糊控制的突出特点在于控制系统的设计不要求知道被控对象的精确数学模型，只需提供现场操作人员的经验知识及操作数据，而且模糊控制器的鲁棒性强，适用于非线性、时变及滞后系统。因此接下来按照模糊控制原理进行控制设定。
首先变量定义：入口负压p，热风门开度变化u1，冷风门开度变化u2，出入口的压差为△P，磨煤机电流偏差△I，给煤机转速n。则磨煤机分级控制控制图如下：
4.1调节入口负压
按照前文叙述内容，影响入口负压的因素主要为冷风门的开度，实际运行中操作人员在对磨煤机风门开度进行调节的过程中，不会对冷风门进行连续调节，而是根据磨煤机运行情况对冷风门进行阶越性调整，也就是每次给冷风门一个固定的开度变化量，这样做可以减少运行过程中冷风门调节频率，降低其开度调节对系统的影响。通过总结实际运行调节经验，对入口负压p的调节可按照以下规则进行：
设p1为规程规定入口压力下限值，p2为规程规定入口压力上限值，入口负压p为输入语言变量，冷风门开度变化u2为输出语言变量，其控制规则如下表.
4.2调节出口温度
影响出口温度的主要因素为热风门的开度，因此在定义出口温度的模糊控制规则时定义磨煤机出口温度误差值e及其变化率Δe为输入语言变量，定义热风门开度变化u1为输出语言变量。因为在实际运行过程中出口温度与进气热风之间并不存在正比关系，而且出口温度也不能及时反映出进气热风的变化，所以频繁动作进气风门往往会造成出口温度变化延时甚至不对应，因此在选取控制策略时需考虑到系统延时。
通过了解控制过程中出口温度E及温度误差值e处于不同状态时操作人员的经验控制策略提出该模型模糊控制规则表的基本思想，就是如果误差较大时，控制量的选择以消除误差为目的，而当误差较小时，选择控制量要注意防止出现过度调节，从而产生系统不稳定现象。
利用推导出的模糊控制控制表对热风门开度进行调节，对采集到的某一时刻的温度误差及温度误差变化率进行量化，则可根据量化后的数值查表得到控制量输出值，该值再乘以输出比例因子，即可得该时刻的实际控制量，实际操作性很强。
4.3调节负荷
设磨煤机处于最佳工作状态时其出入口的压差为ΔP及磨煤机电流偏差ΔI，并将它们作为出入口压差及电流的设定值。将磨煤机出入口压差的误差及磨煤机电流的误差作为输入语言变量，输出语言变量为给煤机转速的变化量。按照热风门开度控制规则同理制定其模糊控制规则。也可将实际复杂的控制问题进行简化，在实际中产生良好的控制效果。
5、控制实际运用效果
通过这种查表形式实现热风门温度模糊控制的方法，岗位操作人员在调试过程不需要通过以往的反复调节进行操作，简单易懂，大大降低了岗位操作人员工作的强度，实用性很强，同时控制效果同以往相比，不再存在人为的差异，大大提高了整体控制水平。这样制作出来的控制策略，随着设备运行情况的改变，结合实际情况可以进行修改，使输出结果长期保持在期望的空间内，大大提高了磨煤机运行效率。
6、展望
在该套分级模糊控制系统的设计当中，如果能够引入预测模糊控制，即根据系统当前的输出状况以及系统的模糊控制模型，能够提前预计系统下一时刻的运行状态，提前进行补偿，使系统在接下来的工作中与预计最佳工作状态的误差保持最小，就会大大减小调节所需要的时间，并降低调节作用，使系统的控制更加简便有效。这种预测与分级控制相结合的控制策略应该在未来的控制系统设计中得到广泛应用。
【关键字】模糊控制；磨煤机；控制方案
1、课题提出背景
火力发电厂锅炉配套磨煤系统中使用中间储仓式钢球磨煤机制粉系统的较多，中间储仓式钢球磨煤机制粉系统具有调节简便、运行稳定以及实用性强的特点。通常实际生产中所规定的球磨机的长期运行方式是保持其处于最佳通风量下，通过人工调节入口冷、热风量和给煤量来调整制煤粉，尽量使其制煤粉效果处于最佳状态。
磨煤机控制系统大多采用分设的单回路控制系统，依据传统的控制理论进行设计和整定，由于中储式球磨机制粉系统为一非线性、强耦合多变量系统，故采用传统控制方式，无法使系统正常运行。磨煤机是一个复杂的被控对象，采用常规PID控制方式或直接解耦控制方案，很难将其稳定在最佳的工作状态，更严重的情况下出现控制系统对运行状态的不正常干预造成磨煤机工作异常甚至出现停机事故。
因此实际操作过程中，往往控制系统被切除，依旧采用传统的人工控制方式，利用熟练岗位工积累的经验进行控制调整，但是这样做由于岗位工技术水平参差不齐，手动调节很容易造成球磨机温度过高以及煤粉供应过多过少的问题，关键是不能使球磨机长期保持最佳的工作状态，这样就造成生产工艺中磨吨煤耗电量数值居高不下，在大大提倡节能减排的今天，对其控制系统进行优化升级的必要性尤为凸显。
我們决定采用模糊控制技术对200MW机组的中储式制粉系统进行改造，经过系统设计、安装、调试投入运行，在接下来的运行过程中该系统一直运行比较平稳，各项指标均保持在设计初预计的数值范围以内，没出现不可控状态，满足了设计要求。
2、模糊控制理论简介
模糊控制就是模仿人类大脑的对事物的思维判断方式的一种数学理论，是一类应用模糊集合理论的控制方法。模糊控制出现的意义主要有以下两个方面的价值，一是模糊控制提出一种新的控制机制从而能够将语言作为变量引入控制逻辑中来，二是模糊控制对非线性控制领域提出一种很简单快捷的方法，尤其是当受控装置含有不确定性而且很难用常规非线性控制理论处理时，更是有明显的优势。
模糊控制的应用过程首先是对模糊现象进行识别，从中提炼出精确的控制量，对被控对象进行控制。与经典控制理论和现代控制理论相比，模糊控制的主要特点是不需要给被控对象建立复杂的数学模型。通俗的说模糊控制就是利用计算机模拟优秀的操作人员现场控制的经验，按照经验对被控对象实施最有效的控制。
模糊控制应用到实际需要经过模糊推理、模糊判决等运算，求出控制量，最终实现对被控对象的控制。
3、控制系统分析
以磨煤机作为被控对象来说，其具有多输人多输出特点，其输入变量主要有给煤机转速、热风门开度、冷风门开度；其输出变量主要有出入口压差、出口温度、入口负压。磨煤机的工作过程其实就是通过对磨煤机转速、热风门的开度以及冷风门开度，来确保磨煤机的缸筒内部的煤量（负荷），同时还得保证磨煤机的出口温度和入口负压在规定值附近。但是，在实际调节过程中，改变磨煤机转速除了会影响磨煤机中存煤量以外还会对出口温度和入口负压造成很大的影响；而调整热风门的开度，对出口温度和入口负压有很大的影响，对出口温度影响不是很大；调整冷风门开度对入口负压影响很大，对出口温度也有一定的影响，但是对存煤量影响就很小。通过以上说明，不难看出实际运行中对磨煤机进行的控制其控制目的主要是为了在安全的前提下使其处于经济运行状态。因此，通过模糊控制理论对其进行控制，就是要达到保证出口温度和入口负压在规定数值范围之内，同时使其磨煤出力最大。
4、模糊控制方案的设计
模糊控制器的总体结构如下图所示，根据可调整变量对控制结果即磨煤出力的影响采取分级模糊控制的方式
由于磨煤机工作状态控制是典型的多变量复杂系统，对其难以建立精确的数学模型，使得基于数学模型带固定参数的常规PID控制方案难以获得理想的控制效果，模糊控制的突出特点在于控制系统的设计不要求知道被控对象的精确数学模型，只需提供现场操作人员的经验知识及操作数据，而且模糊控制器的鲁棒性强，适用于非线性、时变及滞后系统。因此接下来按照模糊控制原理进行控制设定。
首先变量定义：入口负压p，热风门开度变化u1，冷风门开度变化u2，出入口的压差为△P，磨煤机电流偏差△I，给煤机转速n。则磨煤机分级控制控制图如下：
4.1调节入口负压
按照前文叙述内容，影响入口负压的因素主要为冷风门的开度，实际运行中操作人员在对磨煤机风门开度进行调节的过程中，不会对冷风门进行连续调节，而是根据磨煤机运行情况对冷风门进行阶越性调整，也就是每次给冷风门一个固定的开度变化量，这样做可以减少运行过程中冷风门调节频率，降低其开度调节对系统的影响。通过总结实际运行调节经验，对入口负压p的调节可按照以下规则进行：
设p1为规程规定入口压力下限值，p2为规程规定入口压力上限值，入口负压p为输入语言变量，冷风门开度变化u2为输出语言变量，其控制规则如下表.
4.2调节出口温度
影响出口温度的主要因素为热风门的开度，因此在定义出口温度的模糊控制规则时定义磨煤机出口温度误差值e及其变化率Δe为输入语言变量，定义热风门开度变化u1为输出语言变量。因为在实际运行过程中出口温度与进气热风之间并不存在正比关系，而且出口温度也不能及时反映出进气热风的变化，所以频繁动作进气风门往往会造成出口温度变化延时甚至不对应，因此在选取控制策略时需考虑到系统延时。
通过了解控制过程中出口温度E及温度误差值e处于不同状态时操作人员的经验控制策略提出该模型模糊控制规则表的基本思想，就是如果误差较大时，控制量的选择以消除误差为目的，而当误差较小时，选择控制量要注意防止出现过度调节，从而产生系统不稳定现象。
利用推导出的模糊控制控制表对热风门开度进行调节，对采集到的某一时刻的温度误差及温度误差变化率进行量化，则可根据量化后的数值查表得到控制量输出值，该值再乘以输出比例因子，即可得该时刻的实际控制量，实际操作性很强。
4.3调节负荷
设磨煤机处于最佳工作状态时其出入口的压差为ΔP及磨煤机电流偏差ΔI，并将它们作为出入口压差及电流的设定值。将磨煤机出入口压差的误差及磨煤机电流的误差作为输入语言变量，输出语言变量为给煤机转速的变化量。按照热风门开度控制规则同理制定其模糊控制规则。也可将实际复杂的控制问题进行简化，在实际中产生良好的控制效果。
5、控制实际运用效果
通过这种查表形式实现热风门温度模糊控制的方法，岗位操作人员在调试过程不需要通过以往的反复调节进行操作，简单易懂，大大降低了岗位操作人员工作的强度，实用性很强，同时控制效果同以往相比，不再存在人为的差异，大大提高了整体控制水平。这样制作出来的控制策略，随着设备运行情况的改变，结合实际情况可以进行修改，使输出结果长期保持在期望的空间内，大大提高了磨煤机运行效率。
6、展望
在该套分级模糊控制系统的设计当中，如果能够引入预测模糊控制，即根据系统当前的输出状况以及系统的模糊控制模型，能够提前预计系统下一时刻的运行状态，提前进行补偿，使系统在接下来的工作中与预计最佳工作状态的误差保持最小，就会大大减小调节所需要的时间，并降低调节作用，使系统的控制更加简便有效。这种预测与分级控制相结合的控制策略应该在未来的控制系统设计中得到广泛应用。