模糊动态矩阵控制在火电厂主汽温控制系统中的研究

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现今世界处于第四次科技革命之中,各种科技产品层出不穷,人们的日常生活需要电力,国家的工业、科技还有经济的发展都离不开电力的支撑。电力产业作为一切工业生产的基础型产业,其重要性不言而喻。随着对电力需求的增加,我国发电量也连年上涨,目前,我国的电力能源结构依然以火力发电为主,风能、核能、太阳能等发电为辅。主汽温作为热工过程中需要实时监控的重要参数之一,其直接关系到锅炉发电效率及运行安全,由于其本身具有大惯性、大滞后等特点,又同时受到多种因素干扰,也是最难以控制的参数之一。随着需求的增加和科技的进步,火力发电机组装机规模也日趋扩大,机组也更加复杂,主蒸汽温度也随着过热管道的加长而更加难以控制。常规PID串级控制及引入导前微分信号对主汽温进行控制的方法,已经远远达不到控制要求。因此需要寻求更好的控制方法以满足更高的控制要求。本文分析了火电厂主汽温的动静态特性,依据其动态特性选取了基于减温水扰动下主汽温的数学模型,简要介绍了PID串级控制原理及参数选取方法,并对其仿真验证。详细介绍了动态矩阵控制(DMC,Dynamic Matrix Control)算法的基本原理,介绍了DMC控制参数选取方法及注意事项,设计了基于DMC算法的主汽温控制系统,在进行仿真实验后提出了DMC控制器在模型失配严重情况下控制效果较差等问题。针对DMC控制器的缺点,引入了模糊控制(Fuzzy Control)器进行温度补偿调节,详细描述了模糊控制算法原理,并设计了模糊动态矩阵(Fuzzy-DMC)控制器,为了进一步提高控制器控制精度,解决模糊控制器存在的模糊规则在设计好后无法调整、零点位置控制精度差等问题。引入了变论域(Variable Universe)思想,通过伸缩因子调节使得论域随着误差减小或增大相应的伸缩或扩大,从而提高模糊控制器的自适应能力和控制精度。基于本文设计的控制器进行仿真验证,仿真结果表明变论域Fuzzy-DMC控制器相比于PID控制、DMC控制及Fuzzy-DMC控制在模型匹配及模型失配情况下均具有较好的控制效果,大大的降低了温度超调量及调节时间,系统表现出较强的鲁棒性,然后对主汽温控制系统在稳定后加入烟气扰动,仿真结果表明变论域Fuzzy-DMC控制器在受到扰动后可迅速无超调的恢复至设定值,系统表现出优越的抗扰动性能。
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