模糊建模與控制及其在電廠熱工自動(dòng)控制中的應(yīng)用

郭景晨　黨立業(yè)（內(nèi)蒙古國(guó)華準(zhǔn)格爾發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯　010300）

模糊建模與控制及其在電廠熱工自動(dòng)控制中的應(yīng)用

郭景晨黨立業(yè)
（內(nèi)蒙古國(guó)華準(zhǔn)格爾發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯010300）

隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，實(shí)際受控對(duì)象越來(lái)越復(fù)雜。以電廠的熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)為例，由于系統(tǒng)本身是強(qiáng)耦合的多輸入多輸出非線性系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)特性隨著運(yùn)行工況的變化而大幅度變化，且各環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性差異很大，一些環(huán)節(jié)還具有慣性、滯后、非線性和時(shí)變等特性，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，從而使得傳統(tǒng)控制理論很難給出一個(gè)較好的控制效果，甚至不能控制。近年來(lái)，越來(lái)越多的學(xué)者已意識(shí)到在傳統(tǒng)控制中加入邏輯、推理和啟發(fā)式知識(shí)的重要性，把傳統(tǒng)控制理論與人工智能技術(shù)相結(jié)合，充分利用人的控制知識(shí)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行智能化控制，逐漸形成了智能控制的理論體系。模糊控制就是這一體系中最具有代表性的研究成果之一?；诖?，本文主要探討了模糊建模與控制及其在電廠熱工自動(dòng)控制中的應(yīng)用。

模糊建模與控制電廠熱工自動(dòng)控制應(yīng)用

基于T-S模型的模糊控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和控制器設(shè)計(jì)是模糊理論研究的一個(gè)基本問(wèn)題。利用T-S模型具有比較豐富局部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可以把線性控制理論中的穩(wěn)定性分析和綜合方法應(yīng)用于模糊系統(tǒng)，對(duì)模糊控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、控制性能等方面給出嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明，這樣模糊控制器就不再是依賴(lài)于經(jīng)驗(yàn)的簡(jiǎn)單智能控制器，而是具有完整理論支撐的非線性控制器。近年來(lái)，雖然這方面的理論研究已經(jīng)取得了很多成果，但如何將這方面理論應(yīng)用到具體控制系統(tǒng)還有許多問(wèn)題有待進(jìn)一步研究。

1　T-S模型建模的研究現(xiàn)狀及問(wèn)題

T-S模型是1985年日本科學(xué)家為了解決多維模糊推理中推理規(guī)則過(guò)于龐大的問(wèn)題而提出的一種新的模糊推理模型，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，T-S模型得到了很大的改善和發(fā)展，并在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。相較于傳統(tǒng)的模糊模型，T-S模型可用少量的模糊規(guī)則生成較復(fù)雜的非線性函數(shù)，這在處理多變量系統(tǒng)時(shí)能有效地減少模糊規(guī)則個(gè)數(shù)，因而產(chǎn)生巨大的優(yōu)勢(shì)。

大量的工程實(shí)踐證明，對(duì)于某些具有高度非線性、不確定性、強(qiáng)耦合的復(fù)雜系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的機(jī)理建模方法幾乎無(wú)法得到其數(shù)學(xué)模型，即使勉強(qiáng)建立起來(lái)，也是一個(gè)高階非線性時(shí)變的微分方程組，并且假設(shè)了諸多前提條件，忽略了很多因素，使得此模型失去初始的建模意義。此時(shí)，采用傳統(tǒng)的系統(tǒng)辨識(shí)方法也往往不能獲得令人滿(mǎn)意的模型。為此，近年來(lái)許多研究者開(kāi)展了復(fù)雜非線性系統(tǒng)的智能學(xué)習(xí)建模，如基于模糊系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)等方法的研究。在這些方法中，模糊系統(tǒng)具有可把數(shù)學(xué)函數(shù)逼近器與過(guò)程信息結(jié)合起來(lái)、采用規(guī)則庫(kù)以有助于人們了解系統(tǒng)、規(guī)則庫(kù)中的語(yǔ)言變量可以看作是信息的量化等一系列特點(diǎn)，得到了人們的廣泛重視。與其它非線性建模方法相比，模糊建模具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

（1）能夠有效地辨識(shí)復(fù)雜甚至病態(tài)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)；

（2）能夠有效地辨識(shí)大時(shí)延、時(shí)變、多變量、非線性系統(tǒng)；

（3）模型結(jié)構(gòu)中集成了數(shù)字和符號(hào)表示，易于處理定量與定性知識(shí)；

（4）模型以模糊規(guī)則的表示形式，可以用于分析系統(tǒng)的行為特性；

（5）模型形式的多樣性，可以用于系統(tǒng)分析、仿真等不同的建模目的。

2　模糊PID控制的研究現(xiàn)狀及問(wèn)題

模糊控制理論的雛形出現(xiàn)于1965年，由美國(guó)科學(xué)家提出，而模糊控制在生產(chǎn)中的應(yīng)用則是在1974年，一位英國(guó)科學(xué)家首先利用模糊數(shù)學(xué)理論進(jìn)行蒸汽機(jī)和鍋爐控制方面的研究，并且獲得成功，從此模糊控制的研究和在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用的一直十分活躍。模糊PID控制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制效果好及參數(shù)物理意義明確等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。然而，目前模型控制器始終存在一些參數(shù)調(diào)整紊亂、各模糊集的隸屬度函數(shù)和模糊規(guī)則的調(diào)整方法不當(dāng)、控制系統(tǒng)復(fù)雜及缺乏系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法等問(wèn)題，這些問(wèn)題對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展帶來(lái)了一定的負(fù)面影響。

3　模糊建模與控制在電廠熱工自動(dòng)控制中的應(yīng)用

內(nèi)蒙古位于我國(guó)北部，干燥寒冷的氣候?qū)е铝似浒l(fā)電方式略顯單一，相較于近幾年興盛起來(lái)的風(fēng)力發(fā)電，傳統(tǒng)電廠熱力發(fā)電的方式更穩(wěn)定，在日常發(fā)電中的應(yīng)用也更加廣泛。模糊控制因其集體控制的特性，是電廠熱力發(fā)電中不可缺少的因素。做好模糊控制在電廠熱工控制中的應(yīng)用，可以降低電廠熱力發(fā)電的成本，提高電廠熱工控制的工作效率。

3.1模糊建模在機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

從電燈泡這一偉大發(fā)明流入中國(guó)開(kāi)始，中國(guó)便結(jié)束了漫長(zhǎng)的煤油燈時(shí)代，迎來(lái)了電力時(shí)代。傳統(tǒng)熱力發(fā)電廠隨之開(kāi)始迅速的發(fā)展，機(jī)爐作為熱力發(fā)電廠的主機(jī)，其協(xié)調(diào)主要是通過(guò)DCS系統(tǒng)進(jìn)行控制，DCS的控制能實(shí)現(xiàn)鍋爐能量與汽輪機(jī)能量的協(xié)調(diào)一致，保持蒸汽壓力、發(fā)電負(fù)荷的穩(wěn)定。然而，隨著電力的進(jìn)一步改革，機(jī)爐的操作功能也愈加復(fù)雜且精細(xì)，目前常用的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿(mǎn)足全工況最優(yōu)控制的要求。T-S模型作為最早發(fā)明的模糊模型，可以通過(guò)一些模糊規(guī)則給出非線性系統(tǒng)的局部線性表示，從而把線性控制理論中的穩(wěn)定性分析和綜合方法應(yīng)用于模糊系統(tǒng)?；赥-S模型的這種特性，制作出來(lái)的非線性控制器簡(jiǎn)單易操作，具有完整的理論支撐，其在業(yè)界人士?jī)?nèi)受到廣泛關(guān)注的同時(shí)，如何將基于T-S模型的模糊控制理論應(yīng)用到機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，并設(shè)計(jì)出系統(tǒng)化的使用方法成為了人們熱議的話(huà)題。相信在不久的將來(lái)，通過(guò)科學(xué)家們共同努力的研究，這些問(wèn)題會(huì)得到有效的解決。

3.2模糊控制在母管蒸汽壓力系統(tǒng)中的應(yīng)用

蒸汽母管的基本組成單位是鍋爐，鍋爐在生產(chǎn)過(guò)程中需要不斷輸出蒸汽，因此對(duì)水的需求量很大，通過(guò)給水泵加壓可以源源不斷的將水注入鍋爐。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，電廠為了節(jié)約成本，通常會(huì)用水母管將幾臺(tái)水泵的出口并聯(lián)出來(lái)，將水進(jìn)行集體輸運(yùn)；與此同時(shí)，為了方便控制，也會(huì)用蒸汽母管將幾臺(tái)小容量鍋爐輸出的蒸汽集體送到需要用的區(qū)域。

［1］胡包鋼，應(yīng)浩.模糊PID控制技術(shù)研究發(fā)展回顧及其面臨的若干重要問(wèn)題［J］.自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2011，27（4）:567-584.

［2］袁平，王福利，毛志忠.基于T-S模糊系統(tǒng)的軟測(cè)量混合建模研究［J］.信息與控制，2010，34（2）:137-141.

［3］王宏偉，馬廣福，王子才.模糊辨識(shí)理論與應(yīng)用研究［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2010，12（08）:56-59.