模糊PID控制器在电锅炉温度控制系统中的应用_王巍巍.doc

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1、仪器仪表用户 gz 用实例 算法提供现场数据。在整个电路板中，与计算机进行接口的 信号都是通过插排接出的。 3 结束语 本文使用智能功率模块 IMoo R 6 设计了一款通用变 频器，在电路设计中，将交一直一交变频电路和开关电源设计 到了一起，结构紧凑，由于器件本身的集成度、可靠性高，该变 频器体积小，稳定性好，可靠性高。其容量为 13 kVA 有功输出 可达 7 駅 参考文献 1 王仁祥，王小曼通用变频器选型、应用与维护 M 北京 ：人 民邮电出版社， 2005. 2 刘美俊通用变频器应用技术 M 福州：福建科学技术出版 社 ， 2004. 3 MBUBmi NIELLEENTT KWER

2、MCDULES IM RS6Q www da sheetca pg can 99 4 日 户川治朗著高玉苹，唐伯雁，李大寨译实用电源电路 设计 M，北京：科学出版社， 2006. 5 张占松，蔡宣三开关电源的原理与设计 M.北京：电子工 业出版社，2005. 6 吴忠智，吴加林 .变频器应用手册 M.第 3 版 .北京 :机械工 业出版社，2007. 7 韩安荣通用变频器及其应用 M|.第 2 版 .北京：机械工业 出版社， 1999. 作者简介 :初宪武 （ 1977 )，男，讲师，硕士，研究方向：电子、通信与自 动控制技术。 收稿日期 ： 2009 03 08(9059) d :i 10.

3、 3969/j iss9 1671 1041. 2009. 04. 039 模糊 PI空制器在电锅炉温度控制系统中的应用 王巍巍 张志华 2，武延坤 3 (1.深圳市水务 （ 集团南限公司，广东深圳 518057; 2 辽宁科技大学电信学院，辽宁鞍山 114051; 3.深圳职业技术学院建筑与环境工程学院，广东深圳 518055) 摘要：电锅炉己经成为供热采暖的主要设备，它的温度控制系统由于 存在非线性、大滞后以及时变性等特点，常规的 PD 控制器很难达到 较好的控制效果。考虑到模糊控制能够对复杂的非线性、时变系统进 行很好的控制，但却无法消除静态误差的特点，本文将模糊控制引入到 常规 PE

4、腔制中，提出了一种模糊 PD 参数自整定控制器，并且对 电 锅炉温度控制系统进行了抗扰动的实验。仿真结果表明，和常规PD 控制器相比，所设计的模糊 PD 控制器改善了温度控制系统的动态性 能，提高了系统的鲁棒性。 关键词：模糊 PW 制；温度控制；自整定；仿真 中图分类号： 丁巧 73 文献标识码：B The application of fuzzy p controller the tonperature control syston of electric biler W ANG W eiwe ZHANG Zhi-hu5 WU Yan_kur? (1. ShenzhenW ater (Gr

5、oup ) CcmPany Lin it% Shenzhen518 57， China 2 Sch l f Electronic and Injoimation Engineerin XJniver sity of Science and Technology Liaonp 爭 Anshan 1495 China 3. School of Construction and Environmenta 1 Engineering Shenzhen Polytechnic Shenzhen5igo% China) Abstrac.t The eectric b iler has beccme the

6、 maji heatfig equp_ men.t Because f the temperature contro 1 system of 1he eectric b il erhas ie advanmges ofnonliiear bS lag and tjne.vaiyji con_ ventpnaIPD controller 拉 difficult to attaji better controlef 长 c.t Fuzzy control can better control ccmpjex nonliiear and tine_vaiyiig system ButFuzzy co

7、ntrol can not ejn jiate s tic error F r soJvjig the problem a lzzypD Parameters setLinjig controller was pio_ posed by iitroducjig azzy control jitD conventionalpD control And 1he temperature control system was tested bY ffitioducing perturbation The sinuition results show that e |jzzy PD controller

8、 in_ proves dynam ic and robust PerfDm ances of temperature contro 1 system than conventionalPD controller Key woid fjzzy pD c ntr .l temperature contro.l setunjig sin_ uati n 0 引言 欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息 与传统的以煤和石化产品为燃料的锅炉相比，电锅炉具 有结构简单、无污染、自动化程度高、热效率高等优点 m， 己经 成为供热采暖的主要设备。因此，研宄一种最佳的电锅炉温度 控制方法，对提高系统的经济性、稳

9、定性具有重要的意义。对 于具 有非线性、大滞后、大惯性的电锅炉温度控制系统，常规 P D 控制很难达到理想的控制效果。本文通过模糊控制在线 调整PD 的参数，得到了更好的控制效果。 1 电锅炉温度控制系统的模型 本文研宄对象为直热式热水锅炉，由于电加热装置是一 个具有自平衡能力的对象，可用二阶系统纯滞后环节来描 述，而二阶系统通过参数辨识可以降为一阶模型。因而一般 可用一阶惯性滞后环节来描述温控对象的数学模型。采用 飞升曲线测量方法 2，可以得到电锅炉温度系统的传递函 数为： 由于受到时间常数的测量、运行 条件的变化以及系统设 备存在误差等因素都会引起各个参数的变化，造成数学模型 与实际系统往

10、往不相匹配，难以保证较好的控制性能，所以采 用模糊控制具有更重要的意义。 2 电锅炉温度控制系统控制方案及实现 常规 PD 控制具有结构简单、稳定性能好、可靠性高等优 点，但是当系统中一些参数发生变化时，它难以获得良好的控 制效果。模糊控制不依赖对象的数学模型，对受控对象的时 滞、非线性和时变性具有一定的适应能力，但是纯模糊控制不 具备积分环节，因此稳态精度不高 3。 针对电锅炉温度控制系 统，本文设计了一个通过模糊推 理决策整定 PD 控制器参数的模糊 PD 控制器。既达到 PD 控制的控制精确、静态误差小的目的，又可以保证模糊控制自 适应性强、较强的鲁棒性和稳定性的特点 141。模糊 PD

11、 参数 自整定控制系统原理图如图 1 所示。通过在线调整 & K N 使 PD 参数不断整定，适应控制的要求。 ET V .ll6 2009 N 4 67 Qz 用 实 例 仪器仪表用户 图 1 模糊 P1D 参数自整定控制系统 2. 1输入变量、输出变量及其隶属函数的确定 根据控制要求，这里设计两输入、三输出的模糊控制器。 以误差辞卩误差的变化率 eQf 乍为输入变量， PD 控制器参数调 整量 AK、 为输出变量。 K 民、的调整算式为： = Kp + AKp I = Ki + AK,(2) I= K+AK 式中， & K 民是玲、 K；、 &为初始参数，可以通过常规方法得到。 根据所要控

12、制的对象，把误差？误差的变化率 PE 控制 器参数调整量 A 坞的模糊量 E EQ 卩 &、民 &的模糊论 域用七个模糊语言变量来描述。它们的模糊子集定义如下： E EQ 卩 &、 K、 &的模糊集均为： N9 NM N5 Z5 P5 PM PB 式中， NB 表示负大， NM 表示负中， NS、 小， ZEf：， P 綠示正 小， PM 表示正中， P 坡示正大。 把误差 E 和误差变化率 EC 量化到 一 6 6上。输出量 &的量化范围为丨 一 3 31。 R ECf 卩 & &的论域均量化为十三个等级： ；- 6 - 5 - 4 - 3,- 2 - 1 , Q 1 , 2 3 , 4 5

13、 6 取 R EC 1和 均服从便于计算、占用内存小的 高斯 型隶属函数 |51。 2. 2 模糊控制规则 本文采用规则共有 49 条，是在专家的经验基础上 |61,通过不 断的仿真试验进行调整得到的，模糊控制规则如表 1 所示。 表 1 Kp、 &模糊控制规则表 E NB NVI NS EC ZE PS FM PB NB PB/NB/PS PB/NB/NS IM/NM/NB IM/NM/NB PS/NS/NB ZO/ZO/NM ZO/ZO/PS NM PB/NB/PS PB/NB/NS IM/NM/NB PS/NS/NM PS/NS/NM ZO/ZO/NS NS/ZO/ZO NS FM/NB

14、/ZO FM/NVI/NS IM/NS/NM PS/NS/NM ZO/ZO/NS NS/PS/NS NS/PS/ZO ZE PM/NM/ZO PM/NVI/NS PS/NS/NS ZO/ZO/NS NS/PS/NS NVI/HVI/NS NM/IM/ZO PS PS/NVI/ZO PS/NS/ZO ZO/ZO/ZO NS/PS/ZO NS/PS/ZO NM/RVI/ZO NVI/PB/ZO PVI PS/ZO/PB ZO/ZO/NS NS/PS/PS NM/PS/PS NS/FM/PS NM/PB/PS NVI/PB/PB PB ZO/ZO/PB ZO/ZO/RVI NVI/PS/RVI NM

15、/IM/IM NM/FM/PS NB/PB/PS NB/PB/PB 2.3 反模糊化方法 通过模糊推理决策得到的控制变量是一个模糊量，它不 能直接控制被控对象，需要采用合理的方法将模糊的量转换 成为精确量，这里采用应用比较广泛的重心法进行反模糊化。 3 模糊 Pro 在电锅炉温控系统中的仿真 3. 1 建立模型 根据电锅炉温控系统的数学模型，在 MATIAB/. 软件环 境下，利用 GUM 立了模糊推理系统。再利用 MAT1AB 中的 SMUL1NK 工具箱建立了基于模糊 PD 控制的电锅炉温度控 制系统的仿真模型，如图 2 所示。 3.2 仿真曲线 给定输入信号为 60C， 设定常规 PI数

16、 Kp = . 65 & = 0. 0077, & = 32 5。取误差印勺量化因子 K = . 5 误差变化率 EC%量化因子 Kt.= 15 &、 K 和 & 的比例因子 & = 0. 1083 & = 0. 00058 & = 5. 4167。常规 PEW 模 糊 制 的 仿 真 比较曲线如图 3 所示。 当原系统加入幅值为 20 的阶跃扰动时，仿真曲 线变化情 况如图 4 所示。 通过对上述仿真曲线进行计算，可以得到在常规 PD 控制 下，超调量为 20%，调节时间为 1550?而模糊 PD 控制下，超 调量为 13%，调节时间为 1250 ?在加入扰动作用之后，在模 糊PI空制下的超

17、调量比常规 PD 控制下的超调量小 1 %。 可以说模糊 P D 控制下的超调量以及响应时间明显小于常规 PD控制。因此，设计的模糊 PD 控制器较常规 PP 具有更好 的快速性和鲁棒性，提高了控制系统性能。 4 结论 针对电锅炉温度控制的非线性、大滞后、大惯性以及时变 的特点，通过模糊推理决策实现了 Pin 参数的自整定。结果表 明这种模糊 PD 控制具有更好的响应速度和稳态精度，同时具 有较好的抗 T 扰的能力。因此，它具有更好的控制性能，更适 合处理复杂多变的温度控制系统。 参考文献 1 孙新国电加热常压热水锅炉及其设计 .工业锅炉， 200Q (1)： 62 - 64. 2 路桂明 .

18、基于模糊 PI空制的电锅炉温度控制系统的研究 q.哈尔滨：哈尔滨理工大学， 2007. 3 Khan A4 Rapall Fuzzy_PD controllej- design tuning and ccmparison wi conventional PD contiollerj q pioc of 也 e 2006 EEE International C n 长 rcnce on Engineering of Intelligent Systan Chin? EEE Computer press 2 6： 16. 4 Fu Ping WangHu.i Research on izzy co

19、ntrol aIgorifQ fDr bed tanperatuie conti l of circulating fluidized bed b ilei j|. Machine Learning and Cybernetics EE； 2005(2)： 825 828. 5 李士勇 .模糊控制。神经网络和智能控制论 M|.哈尔滨 ： 哈尔滨工业大学出版社， 2002: 280 284. 6 齐京礼，边永清，郑伟平，等 .基于自适应模糊 PE 腔制器 的温度控制系统 !.微计算机技 术， 2008 24(9): 74 76. 7 南新元，陈志军，程志江基于模糊 PD 控制的电锅炉温度 过程控

20、制系统 .自动化仪表， 200& 29(5): 5 8. 8 刘 金 現 先 进 制 MATLBf 方真 %.北京：电子工业 出版社， 2004 67 81. 9 张化光，何希勤 .模糊自适应控制理论及其应用 M.北京： 航空航天大学出版社， 2001: 297 311. 作者简介：王巍巍 （ 1979 )，女，助理电器工程师，本科毕业，主要研究 领域为智能控制、电气系统设计；张志华 （ 1979 )，女，硕士研究生，讲 师，主要研究领域为智能控制、资源优化；武延坤 （ 1979 X 女，博士研 究生，主要研究领域为先进控制方法在生产过程中的应用。 收稿日期： 2009 03 18(9096) 68 EE V .ll6 2009 N 4 欢迎光临本刊网站 /wwy com.