基于電廠鍋爐燃燒模糊控制器的設(shè)計(jì)

1、摘 要火力發(fā)電是當(dāng)今電力生產(chǎn)中重要生產(chǎn)形式之一。在現(xiàn)代電力企業(yè)中，由于安全性、節(jié)耗性、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率等多方面要求，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)如今廣泛應(yīng)用于電站控制。但在實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常受到內(nèi)部和外部的干擾，鍋爐燃燒是一個(gè)多輸入多輸出的被控對象，而且變量間相互耦合嚴(yán)重，并具有多參數(shù)，非線性，不確定時(shí)滯和時(shí)變的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的 PID 控制效果往往不夠理想。必須采用先進(jìn)控制算法。 本文首先分析了火電廠鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，確定了被控對像的傳遞函數(shù)。然后對鍋爐燃燒系統(tǒng)單模糊控制器進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。主要輸入量的模糊化，模糊控制規(guī)則的形成，輸出量的模糊化。最后通過應(yīng)用MATLAB中的SIMULINK對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，對

2、比模糊控制與常規(guī)PID控制的控制性能。通過仿真結(jié)果對比得出：模糊控制器的控制性能總體優(yōu)于常規(guī)PID控制器，它不僅具有良好的動(dòng)態(tài)特性，還具有良好的環(huán)境適應(yīng)能力。關(guān)鍵詞：火電廠；燃燒控制系統(tǒng)；模糊控制；SIMULINK仿真 第一章 緒論1.1 研究背景和課題來源及意義1.1.1 研究背景電能是現(xiàn)代社會的必需品，若沒有電能人類的生活生產(chǎn)將面臨巨大的困難。電能作為最清潔的能源，其使用方法簡單，運(yùn)送方便，容易轉(zhuǎn)換。電力工業(yè)的發(fā)展水平實(shí)際上是工農(nóng)業(yè)發(fā)展、人民生活水平和科技與國防現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。常見的電力生產(chǎn)有如水力發(fā)電，核能發(fā)電，火力發(fā)電，太陽能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)和地?zé)崮馨l(fā)電等方法。目前電能主要由火力發(fā)電廠、

3、水力發(fā)電廠和核能發(fā)電廠產(chǎn)生。在我國，火力發(fā)電是生產(chǎn)電力的主要方式，截止到 2009年 12 月底，全國發(fā)電量為 36506 億千瓦時(shí)，其中火力發(fā)電量為 29814.22 億千瓦時(shí)，占總發(fā)電量的 81.67%，表 1-1 是最近幾年我國火力發(fā)電情況統(tǒng)計(jì)表煤是火力發(fā)電的主要燃料，中國每年消耗的煤炭用于發(fā)電占全國煤炭產(chǎn)量約一半的工業(yè)用煤總量，比例高達(dá)80%，為了節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，應(yīng)為了提高煤炭的燃燒效率。鍋爐設(shè)備是火力發(fā)電過程中最重要的設(shè)備，其工作直接影響到整個(gè)電廠的運(yùn)行狀態(tài)。只有在中國工業(yè)鍋爐實(shí)際運(yùn)行效率大約有65%，與國外先進(jìn)水平相比，低15-20%，通過節(jié)能改造，每年可節(jié)省大量的煤，影響鍋爐

4、效率的因素是多方面的，一方面由于燃煤發(fā)電的來源和煤種復(fù)雜多變，對燃燒系統(tǒng)的直接攝動(dòng)；另一方面，由于設(shè)備老化和單位變換，得到變工況范圍大，使電站鍋爐運(yùn)行狀態(tài)往往偏離最優(yōu)條件，因此，對鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化控制技術(shù)先進(jìn)，保證鍋爐的安全環(huán)保經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)的本質(zhì)是運(yùn)行技術(shù)改變鍋爐設(shè)備參數(shù)的前提下，通過對燃料和空氣分配比等參數(shù)提供調(diào)整，使鍋爐燃燒燃燒處于最佳狀態(tài)，以增加同時(shí)對鍋爐安全運(yùn)行的熱效率，鍋爐的實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)，環(huán)境保護(hù)和安全操作。1.2 模糊控制在火電廠燃燒控制系統(tǒng)中應(yīng)用的意義自Zadeh教授在美國大學(xué)1965加利福尼亞建立了模糊集理論和1974英國e.h.mam2dan

5、i在鍋爐和汽輪機(jī)控制模糊控制中的應(yīng)用是成功的，模糊控制已在開發(fā)在現(xiàn)實(shí)生活中廣泛應(yīng)用，其根源在于模糊邏輯本身提供了專家信息，語言為一種推理方法的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。通俗的講，模糊控制是模糊推理的控制對象，模仿人的思維方式難以建立精確數(shù)學(xué)模型的實(shí)現(xiàn)。它是利用模糊數(shù)學(xué)的交叉復(fù)合產(chǎn)品的控制理論，而且是智能控制的重要組成部分。突出了模糊控制的特點(diǎn)1)設(shè)計(jì)不要求知道被控對象的精確數(shù)學(xué)模型,只需要提供現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗(yàn)知識及操作數(shù)據(jù)。(2)系統(tǒng)的優(yōu)化性強(qiáng),適應(yīng)于解決常規(guī)控制難以解決的非線性、時(shí)變及滯后系統(tǒng)。(3)以語言變量代替常規(guī)的數(shù)學(xué)變量,易于構(gòu)造形成專業(yè)語言。(4)推理過程模仿人的思維過程,加入了人類的經(jīng)驗(yàn),

6、因而能夠處理復(fù)雜甚至“病態(tài)”系統(tǒng)。模糊控制器的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)可以有許多不同的方法，但一般的模糊邏輯控制器的工作過程可以分為三個(gè)階段：第一階段是所謂的“模糊”，從精確量的語言變量轉(zhuǎn)化為不同的類實(shí)現(xiàn)，輸入變量設(shè)置為不同程度會員，會員功能：通常使用三角形隸屬函數(shù)，正態(tài)分布和梯形隸屬函數(shù)；第二階段，輸入變量的集合被分配給一個(gè)if2then控制規(guī)則，結(jié)果的各種規(guī)則加在一起產(chǎn)生一個(gè)“模糊”，即規(guī)則合成；第三階段則為了解決模糊決策的模糊輸出是通過語言變量的精確量的。其實(shí)這是一個(gè)輸出范圍，找到一個(gè)被認(rèn)為是最具代表性和精確的輸出控制量直接驅(qū)動(dòng)控制裝置。圍繞著這樣一個(gè)基本構(gòu)造,模糊控制的發(fā)展取得了突出的成就。如近年來

7、發(fā)展起來的自適應(yīng)模糊控制、基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的模糊控制等。全面綜述了模糊控制近年來發(fā)展的狀況。模糊控制理論，控制該型鍋爐復(fù)雜的熱過程中，具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。這是考慮到該控制方法的復(fù)雜性和傳統(tǒng)的鍋爐本身，實(shí)現(xiàn)鍋爐的控制的存在下無法克服的問題確定:(1系統(tǒng)有嚴(yán)重的耦合。例如：對燃料的變化量，對其他幾個(gè)電路產(chǎn)生影響。擾動(dòng)燃料極大地影響蒸汽流，蒸汽流被改變反過來必然導(dǎo)致的變化的供水系統(tǒng)。(2)由于對系統(tǒng)的變化，煤炭和煤的質(zhì)量造成了不確定性。改變負(fù)載（參照蒸汽需求）也構(gòu)成了系統(tǒng)的不確定性。(3)通過滯后于煤炭量的變化對主蒸汽壓力的變化，循環(huán)時(shí)間。在測量時(shí)間滯后的類包括延遲，處理延遲和傳輸延遲。從控

8、制的角度來看，更困難的是，這個(gè)物種的大小與時(shí)間延遲和負(fù)載條件也有所變化。(4)有許多測量噪聲信號，由于電廠的電力設(shè)備的高電壓性能。(5)一天24小時(shí)在鍋爐設(shè)定值不斷變化使鍋爐運(yùn)行在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。通常在早上大大增加負(fù)載，而在晚上，大大降低了負(fù)載1.3 模糊控制的發(fā)展及研究現(xiàn)狀模糊控制又叫做模糊邏輯控制，它是一種新的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制手段，主要的理論基礎(chǔ)包括模糊集理論、模糊變量以及模糊推理等。美國著名學(xué)者L.A.Zadeh 教授在 1965 年首次創(chuàng)立了模糊集理論，而其首次應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)的控制則是由英國的 E.H.Mamdani 教授在 1974 年實(shí)現(xiàn)的，這也成為了模糊控制論- 4-誕生的標(biāo)志。1

9、980 年，F(xiàn)ukami 和 Mizumorod 等提出模糊條件推理，成功用于廢水處理過程。1984國際模糊系統(tǒng)協(xié)會成立（IFSA成立國際fuzzysystemassociation），1985在西班牙的第一個(gè)美國會議。我們在模糊理論的研究起步比較早，國內(nèi)學(xué)者在模糊理論取得了巨大的成就。吳偉志研究公理化的粗糙近似算子，王國俊在模糊邏輯的問題，取得了顯著成就李洪興zushu等人，李。在模糊控制技術(shù)與應(yīng)用的優(yōu)秀成果，特別是李教授紅星2002年8月11日北京師范大學(xué)，采用“變論域自適應(yīng)模糊控制理論得到了世界上第一個(gè)“四級倒立擺控制系統(tǒng)”。2005，是模糊數(shù)學(xué)中出世40周年的第十一州的會議在中國舉行，

10、在全世界包括Zadeh教授近100位著名學(xué)者，聚集在北京，討論了模糊數(shù)學(xué)的發(fā)展計(jì)劃。許多科學(xué)家繼續(xù)在模糊理論的發(fā)展和各種新技術(shù)、新理論和算法方面的交叉融合。雖然模糊理論被提出只有四十年，但其發(fā)展速度非常驚人。模糊控制已經(jīng)應(yīng)用到相機(jī)，如模糊洗衣機(jī)，電梯控制，水質(zhì)凈化等領(lǐng)域。智能模糊控制系統(tǒng)越來越受到人們的重視基于模糊理論，也使得快速發(fā)展。第2章 電廠鍋爐燃燒控制系統(tǒng)2.1 電廠鍋爐簡介火力發(fā)電廠燃料的化學(xué)能量轉(zhuǎn)換為電力企業(yè)的主要設(shè)備，鍋爐，汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)。電站鍋爐是火力發(fā)電廠的三大主機(jī)，也被稱為蒸汽發(fā)生器，燃料這里在化學(xué)能量為熱能轉(zhuǎn)換。一般來說，電站鍋爐用于發(fā)電廠。電站鍋爐主要有兩種類型：煤粉爐

11、和循環(huán)流化床鍋爐，本文主要研究對象為煤粉鍋爐。給煤機(jī) 2 將原煤斗 1 中儲存的煤源源不斷的送入磨煤機(jī) 3 中，在磨煤機(jī)中制成的煤粉通過熱空氣進(jìn)行干燥并送入燃燒器中進(jìn)行燃燒。冷空氣在送風(fēng)機(jī)20的作用下經(jīng)空氣預(yù)熱器 17 預(yù)熱后變?yōu)闊峥諝猓徊糠譄峥諝膺M(jìn)入磨煤機(jī)中對煤粉進(jìn)行加熱和干燥，另一部分直接進(jìn)入爐膛，作為助燃空氣參與燃燒。磨煤機(jī)送出的煤粉氣流由燃燒器 9 送入爐膛中進(jìn)行燃燒。2.2 鍋爐燃燒過程控制的任務(wù)及對象特性2.2.1 燃燒過程控制的任務(wù)鍋爐燃燒系統(tǒng)是鍋爐經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行的最關(guān)鍵的子系統(tǒng)。鍋爐燃燒過程控制的任務(wù)有很多，其中最基本的任務(wù)是保證燃料燃燒提供的熱量滿足蒸汽負(fù)荷的要求，與此同時(shí)

12、，要保證鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。不同鍋爐的控制任務(wù)和控制方法由于燃料種類、燃燒設(shè)備等因素的影響而有所差別。歸納起來，燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)有以下幾個(gè)方面45：1保證主蒸汽壓力的穩(wěn)定性主蒸汽壓力是鍋爐產(chǎn)生的蒸汽量是適于消耗汽輪機(jī)的量，可對鍋爐設(shè)備的安全運(yùn)行直接相關(guān)，但它是穩(wěn)定的反映燃料供給的適應(yīng)性和負(fù)載。當(dāng)控制，取決于改變?nèi)剂狭客度胫髡羝麎毫Φ那闆r下，保證了主蒸汽壓力的穩(wěn)定性。2保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性燃燒經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在單位燃料的熱釋放是最大的，這是在燃燒狀態(tài)的燃料。影響燃燒效率的主要因素是空氣量，空氣和燃料必須保證相適應(yīng)，確保鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性。改變?nèi)剂系臄?shù)量時(shí)，必須進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，空氣。如果空氣供應(yīng)不

13、足，燃燒不充分；如果供給的空氣量太大，會造成很多的熱量帶走的煙。3.保證爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定性鍋爐爐膛負(fù)壓是鍋爐安全運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)，爐壓穩(wěn)定反映了風(fēng)量、平衡或不鉛量。為了保證在一定范圍內(nèi)的爐內(nèi)壓力的穩(wěn)定，必須使引風(fēng)量可以改變空氣流量的變化。當(dāng)空氣流速比引風(fēng)量，爐膛負(fù)壓增大，會造成大量的熱量隨煙氣排出，熱損失增加；反之，當(dāng)空氣供給大于進(jìn)風(fēng)量，爐膛負(fù)壓降低，造成爐膛向外噴火，威脅到工人的安全。三控制的任務(wù)是相互聯(lián)系、不可分割的，人們常將主蒸汽壓力，在煙氣和爐膛負(fù)壓的調(diào)節(jié)量為三的氧含量，燃料和空氣的供應(yīng)量和空氣輸入量為三的調(diào)節(jié)是保證經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定和鍋爐運(yùn)行的安全性。2.2.2 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的對象特性在鍋爐

14、燃燒控制系統(tǒng)，主要被調(diào)量是主蒸汽壓力，蒸汽鍋爐中產(chǎn)生的，是否適應(yīng)消費(fèi)和汽輪機(jī)主蒸汽壓力蒸汽量，是鍋爐設(shè)備的安全運(yùn)行直接關(guān)系。燃燒率（燃料和燃料熱值的量）變化的諸多因素，造成主汽壓力變化的主要因素。其他兩個(gè)是在煙道氣和真空爐氧含量的調(diào)整量是保證燃燒狀況良好的內(nèi)部參數(shù)，風(fēng)量要求，進(jìn)氣量保持適當(dāng)?shù)谋壤蛿?shù)量的燃料。下面將分別討論46每個(gè)控制變量的動(dòng)態(tài)特性。1主蒸汽壓力的動(dòng)態(tài)特性當(dāng)鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，若鍋爐燃燒率發(fā)生變化，主蒸汽壓力也將變化，響應(yīng)曲線如圖 2-2 所示。在圖中我們可以看出，主蒸汽壓力變化有延遲。2煙氣含氧量的動(dòng)態(tài)特性在送風(fēng)量擾動(dòng)下的煙氣含氧量響應(yīng)曲線如圖 2-3 所示。3爐膛負(fù)壓的動(dòng)態(tài)特性

15、在引風(fēng)量擾動(dòng)下的爐膛負(fù)壓響應(yīng)曲線如圖 2-4 所示。由圖 2-2 至圖 2-4 可以看出，各被調(diào)量的動(dòng)態(tài)特性曲線均近似于具有純滯后有自平衡能力的一階對象的響應(yīng)曲線，本文將各個(gè)被控量的數(shù)學(xué)模型用具有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)近似表示式中 t 純滯后時(shí)間； T 時(shí)間常數(shù)； K 放大系數(shù)2.3 鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制方案從燃燒過程的控制任務(wù)來看，燃燒過程的控制方案應(yīng)該具有如下功能：1爐膛燃燒率的變化迅速，適應(yīng)外界負(fù)荷的變化；2該控制系統(tǒng)能快速找到并拆下燃油、燃燒熱值擾動(dòng)；3確保燃料，送風(fēng)和引風(fēng)等參數(shù)協(xié)調(diào)的變化，保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性；4確保燃燒過程的穩(wěn)定性，避免爐膛負(fù)壓大范圍波動(dòng)。根據(jù)前面的分析我們可以知

16、道，燃料量，送風(fēng)量和空氣輸入需要關(guān)注的物理量調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)燃料量的輸入通過燃料燃燒和鍋爐負(fù)荷產(chǎn)生的能量來適應(yīng)外部能源鍋爐；調(diào)整送風(fēng)量是使燃料完全燃燒和排煙熱損失最小，從而保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)。調(diào)整空氣輸入主要是為了使它與空氣流兼容，以保證在一定的范圍內(nèi)要求爐壓，目的是保證爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定，從而保證鍋爐燃燒過程的安全。在實(shí)際控制系統(tǒng)中，通常將整個(gè)系統(tǒng)簡化為一個(gè)燃料控制系統(tǒng)，送風(fēng)控制系統(tǒng)，三個(gè)子系統(tǒng)47，采用一定的控制方法使得三個(gè)被控量（主蒸汽壓力、煙氣含氧量、爐膛負(fù)壓）滿足需求，如圖 2-5 所示。2.3.1 燃料控制系統(tǒng)燃油控制系統(tǒng)，但對煤的燃燒熱值量的直接因素有影響，蒸汽鍋爐的輸出量，在實(shí)際操作

17、中，由于對煤炭和煤炭質(zhì)量的量的變化而導(dǎo)致的擾動(dòng)，很難在線煤的發(fā)熱值提供測量，不能直接用它作為反饋信號?？偀崃慨a(chǎn)生的煤粉燃燒和煤量之間有直接的聯(lián)系，因此，我們可以給煤量入爐溫度，爐內(nèi)溫度作為反饋信號、控制回路，實(shí)現(xiàn)對主蒸汽壓力控制。本文提出了一種基于模糊PI串級控制系統(tǒng)，主控制器采用模糊控制器調(diào)節(jié)主蒸汽壓力，常規(guī)PI控制器的負(fù)調(diào)節(jié)器是用來調(diào)節(jié)爐內(nèi)的溫度，如圖 2-6 所示2.3.2 送風(fēng)控制系統(tǒng)送風(fēng)控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性，是通過空氣量的調(diào)整以確保在最佳燃燒狀態(tài)的燃料。只有當(dāng)空氣和煤量量相適應(yīng)，以保證煤粉充分燃燒和最小的熱損失。送風(fēng)的大小可以通過調(diào)節(jié)變頻器的風(fēng)機(jī)控制。在空氣預(yù)熱器

18、預(yù)熱空氣進(jìn)風(fēng)和二次風(fēng)?？諝鈴闹品巯到y(tǒng)、燃油控制系統(tǒng)決定，風(fēng)主要用于運(yùn)輸和取暖的煤，同時(shí)提供煤粉初期燃燒的氧氣。它的特點(diǎn)是風(fēng)壓高，根據(jù)現(xiàn)場操作人員的操作經(jīng)驗(yàn)，通常是通過調(diào)整進(jìn)料風(fēng)機(jī)擋板開度將壓力控制一個(gè)恒定值。兩卷是由燃燒經(jīng)濟(jì)性的要求，確定。兩風(fēng)作為燃料提供的空氣，使空氣和煤粉充分混合燃燒。在鍋爐燃燒過程中，如果空氣供應(yīng)量不足，燃燒不充分，甚至?xí)鸹馂?zāi)；如果供給的空氣量太大，會造成很多的熱量帶走的煙。只有當(dāng)燃料完全燃燒熱損失也最小時(shí)，是最佳的燃燒狀態(tài)。圖2-7是空氣供給控制系統(tǒng)的框圖，介紹了優(yōu)化控制理論，結(jié)合模糊控制，設(shè)計(jì)模糊自尋優(yōu)控制器，T為加熱爐溫度控制。這一控制方案主要是利用了爐膛溫度與

19、送風(fēng)量之間的關(guān)系。在煤的風(fēng)量調(diào)整大小的基礎(chǔ)上：一定的時(shí)間，最高溫度maxT為優(yōu)化指標(biāo)，通過調(diào)節(jié)空氣供應(yīng)，可以改變送風(fēng)量和煤粉量之間的比率，當(dāng)爐內(nèi)溫度最緊密的T，即爐內(nèi)溫度最高，空氣的量和煤粉供應(yīng)這個(gè)適應(yīng)的時(shí)間，達(dá)到最佳匹配的供給空氣和煤粉；當(dāng)煤量和煤質(zhì)的變化，必須在空氣中流動(dòng)的相應(yīng)的變化，模糊自尋優(yōu)控制器可以根據(jù)溫度變化調(diào)整風(fēng)量，風(fēng)量和煤量達(dá)到最佳匹配。圖 2-8 為當(dāng)給煤量不變時(shí)，爐膛溫度 T 與送風(fēng)量 V 的關(guān)系曲線。由圖可知，在給煤量一定時(shí)，有一個(gè)最佳的送風(fēng)量，即0V =V時(shí)，爐膛溫度max0T =T=T。不同的給煤量所對應(yīng)的爐膛溫度和送風(fēng)量關(guān)系曲線也不同。模糊自尋優(yōu)控制器正是利用了爐膛

20、溫度T和送風(fēng)量V的關(guān)系，根據(jù)給煤量或煤質(zhì)的變化自動(dòng)調(diào)整送風(fēng)量，使得爐膛溫度達(dá)到最大值，從而使鍋爐的燃燒效率最高。2.3.3 引風(fēng)控制系統(tǒng)風(fēng)控制系統(tǒng)又稱為爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)，它的任務(wù)是：通過調(diào)整風(fēng)機(jī)擋板開度，燃燒和鍋爐燃燒室的煙氣排放量保持平衡的產(chǎn)品，維持爐膛負(fù)壓在設(shè)定點(diǎn)附近。當(dāng)風(fēng)量大于送風(fēng)量，爐膛負(fù)壓增大，會造成大量的熱量隨煙氣排出，熱損失增加；反之，當(dāng)抽風(fēng)量小于減少風(fēng)量，爐膛負(fù)壓，容易導(dǎo)致爐膛向外噴火，威脅工人安全。我們必須保證爐膛負(fù)壓穩(wěn)定在設(shè)定值，保證鍋爐的正常運(yùn)行。引風(fēng)控制系統(tǒng)的框圖如圖 2-9 所示。造成爐膛壓力的主要因素是擾動(dòng)，同時(shí)空氣量，為了克服風(fēng)控制滯后的空氣供應(yīng)控制問題，本文將供

21、應(yīng)量作為前饋補(bǔ)償風(fēng)控制系統(tǒng)，不僅可以有效抑制干擾，改善滯后的問題，加快響應(yīng)速度的風(fēng)扇控制器。該控制系統(tǒng)還采用模糊控制器作為爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)器。2.4 本章小結(jié)在這一章中，通過對鍋爐燃燒過程進(jìn)行了深入的研究，明確了鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個(gè)強(qiáng)干擾，非線性，時(shí)變，多變量的復(fù)雜系統(tǒng)，掌握鍋爐燃燒目標(biāo)控制的特點(diǎn)，同時(shí)對控制對象的特性進(jìn)行了深入分析，給予被告對象的響應(yīng)調(diào)節(jié)變量的擾動(dòng)，和對象的傳遞函數(shù)的形式給出。鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的強(qiáng)迫解耦成三個(gè)子系統(tǒng)，三個(gè)子系統(tǒng)的控制方案。三個(gè)控制子系統(tǒng)密切相關(guān)，相互影響，任何參數(shù)的變化都會影響到鍋爐的，在實(shí)際應(yīng)用過程中，鍋爐燃燒控制系統(tǒng)必須被視為一個(gè)整體。第3章 基于模糊控制的電廠

22、鍋爐燃燒控制3.1 模糊控制概述我們總是在與許多日常接觸的具有不確定性的事物的特性，例如，可能有很多，大多數(shù)，這些詞都意味著價(jià)值不可能給出完全確定的，它具有模糊性的特點(diǎn)。首先提出了模糊控制和美國Lotfi射流理論（L.A.Zadeh）教授，他發(fā)表了開創(chuàng)性論文“模糊集理論”中的1965個(gè)，然后模糊理論已引起人們的廣泛關(guān)注。模糊控制最重要的特征有三點(diǎn)：1用語言變量代替數(shù)學(xué)變量或者兩者的結(jié)合；2用模糊條件語句來規(guī)劃變量之間的函數(shù)關(guān)系；3用模糊算法來刻劃復(fù)雜關(guān)系。幾十年來，很多國家的學(xué)者都模糊理論進(jìn)行了深入的研究，使其取得了飛速的發(fā)展，并被廣泛的應(yīng)用到人們生產(chǎn)生活的方方面面。3.2 模糊推理所謂推理，

23、就是從一個(gè)或幾個(gè)已知的前提出發(fā)推出結(jié)論的思維方式。如果在推理的過程中所用到的前提和推理規(guī)則都具有模糊性，而且所得出的結(jié)論也是模糊命題時(shí)，我們就稱這種推理為模糊推理。常用的模糊推理方式有以下幾種：1單個(gè)前提單個(gè)規(guī)則前提 1（事實(shí)）：x是 A前提 2（規(guī)則）： if x是A，then y是B結(jié)果（結(jié)論）：y是 2多個(gè)前提單個(gè)規(guī)則前提 1（事實(shí)）： x是 A ，y是B前提 2（規(guī)則）： if x是 A和y是B，then z是C結(jié)果（結(jié)論）：z是 3多個(gè)前提多個(gè)規(guī)則前提 1（事實(shí)）： x是 ，y是前提 2（規(guī)則 1）：if x是 和y是，then z是前提 3（規(guī)則 2）：if x是 和y是，then

24、 z是結(jié)果（結(jié)論）: z是 令, = =3.3 模糊判決通過模糊推理得到的是模糊輸出，必須得到模糊值映射為精確的輸出值對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。模糊決策是在一個(gè)精確的值的輸出模糊集合中表達(dá)的模糊輸出，與精確值作為控制過程的輸出量。下面介紹幾種人們經(jīng)常采用的模糊判決方法：1 重心法所謂重心法，首先要找到橫坐標(biāo)軸與模糊隸屬函數(shù)曲線圍成面積的重心，并將此重心作為精確值輸出。對于連續(xù)論域式中表示x的隸屬度。但我們實(shí)際上是計(jì)算輸出范圍內(nèi)的若干離散值的重心，將上式按照離散值進(jìn)行變換2最大隸屬度法這種方法是在模糊推理的輸出集合中選取隸屬度值作為輸出量。要求方法要求隸屬度函數(shù)曲線一定是單峰曲線。否則，具有最大隸屬度

25、的元素就可能不止一個(gè)。3系數(shù)加權(quán)平均法系數(shù)加權(quán)平均法去模糊化的精確輸出量可由下式求出：3.4模糊控制器的設(shè)計(jì)3.4.1 模糊控制器的一般組成模糊控制器又稱為模糊邏輯控制器，通過模糊模塊，知識庫（包括數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫），模糊推理模塊和反模糊模塊。如圖3-2所示。知識庫是模糊控制器的基礎(chǔ)上，對模糊控制規(guī)則，模糊隸屬度函數(shù)和模糊化公式都包含在知識庫中。1模糊化接口模糊性是精確的輸入映射到相應(yīng)的模糊權(quán)重集的作用，從而進(jìn)一步模糊推理與決策。模糊輸入變量進(jìn)行處理，首先把它變成由控制器所需的輸入；其次變換對輸入量的處理，也就是域變換，最后進(jìn)行模糊處理，精確量轉(zhuǎn)化為模糊量，同時(shí)用模糊集合表示。2知識庫數(shù)據(jù)庫和規(guī)

26、則庫組成的知識庫，包括模糊控制規(guī)則和隸屬函數(shù)的定義和其他一些參數(shù)等。模糊控制規(guī)則，根據(jù)設(shè)計(jì)的知識和操作者的經(jīng)驗(yàn)領(lǐng)域的有關(guān)專家都存儲在規(guī)則庫。3模糊推理模糊決策推理是按照模糊規(guī)則進(jìn)行決策的，它模擬了人類的思維過程，是模糊控制的核心。Mamdani 的極大極小推理法是目前最常用的推理方法。4解模糊接口解模糊也稱為模糊判決，它的作用是將模糊推理得到的模糊輸出映射成精確的輸出，這樣才能對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。上文介紹了幾種解模糊的方法，解模糊方法的選擇與隸屬度函數(shù)的形狀、模糊推理的方法等都有一定的聯(lián)系。3.4.2模糊控制器的結(jié)構(gòu)及其分類模糊控制系統(tǒng)一個(gè)被控制量的偏差、偏差變化和偏差變化率作為模糊控制器的輸

27、入，表面看起來有三個(gè)輸入變量，但它們實(shí)際所反映的是同一個(gè)輸入量，因此，人們?nèi)匀话阉Q為單變量模糊控制器。1單變量模糊控制器的結(jié)構(gòu)在模糊控制系統(tǒng)中，模糊控制器的維數(shù)模糊控制器的輸入量的個(gè)數(shù)決定的。(1) 一維模糊控制器。將被控制量的實(shí)測值與給定值之間的偏差e作為控制器的輸入，見圖 3-3 a)。(2)二維模糊控制器。二維模糊控制器是目前采用比較廣泛的模糊控制器，它將被控變量與給定值的偏差e和偏差變化作為控制器的輸入量，見圖 3-3 b)。(3)三維模糊控制器。三維模糊控制器將被控量與給定值之間的偏差e、偏差變化e&和偏差變化的變化&e& 作為控制器的輸入量，見圖 3-3 c)。這類控制器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、推理過程緩慢，一般較少使用。2多變量模糊控制器的結(jié)構(gòu)圖 3-4 給出的是一個(gè)具有多個(gè)輸入輸出變量的模糊控