汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備，其性能的好壞直接影響機(jī)組的運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性。在數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，引入了數(shù)字計(jì)算機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心，可以方便地實(shí)現(xiàn)信號(hào)的綜合與控制，控制精度提高，控制特性得到了全面的改進(jìn)，因此，deh在汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)汽輪機(jī)采用pid控制方式通過(guò)數(shù)字電液控制系統(tǒng)對(duì)汽輪機(jī)實(shí)施控制，但是在實(shí)際使用當(dāng)中，每一套系統(tǒng)的狀態(tài)都不是完全一致，對(duì)參數(shù)的調(diào)節(jié)總是依賴(lài)工程師的經(jīng)驗(yàn)。而且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)(如負(fù)載突然出現(xiàn)較大變化)，或系統(tǒng)有攝動(dòng)時(shí)(如內(nèi)部某些器件參數(shù)發(fā)生變化)，難以保持良好的控制性能。為此，本文把模糊控制技術(shù)引入pid控制，設(shè)計(jì)了一種模糊自整定pid控制器應(yīng)用于汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的智能化，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)或攝動(dòng)時(shí)參數(shù)能夠自動(dòng)整定。

1 汽輪機(jī)deh系統(tǒng)的模型描述

　　傳統(tǒng)數(shù)字電液控制系統(tǒng)是通過(guò)pid控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出量的控制，進(jìn)而對(duì)汽輪機(jī)實(shí)施控制。汽輪機(jī)數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括pid控制器、電液轉(zhuǎn)換器、油動(dòng)機(jī)、蒸汽容積、轉(zhuǎn)子等環(huán)節(jié)以及功率和轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)。汽輪機(jī)deh系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型如圖1所示。

系統(tǒng)中的傳遞函數(shù)和參數(shù)分別為：

2 模糊自整定pid控制器的設(shè)計(jì)

　　傳統(tǒng)pid參數(shù)的整定還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，所以模糊自整定pid參數(shù)控制器的目的是為了使參數(shù)kp，ki，kd隨著偏差e和偏差變化ec的變化而自行調(diào)整。由于模糊控制器是采用數(shù)字計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此模糊控制器的設(shè)計(jì)問(wèn)題就是模糊化過(guò)程、數(shù)據(jù)庫(kù)(含數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)則庫(kù))、推理決策和精確化計(jì)算4部分的設(shè)計(jì)問(wèn)題。

2.1 離散化和模糊化過(guò)程

　　在汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)中，將測(cè)得的機(jī)組實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定值比較得到偏差e和偏差變化率ec，并以之作為模糊控制器的輸入變量，以kp，ki，kd三個(gè)參數(shù)作為輸出變量。先將他們的實(shí)際范圍即基本論域[—ne ne]，[—ncnc]轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的模糊集論域中，e，ec的論域?yàn)閇-3，3]，kp，ki的論域均為[0，1]，kd的論域?yàn)閇0，0.4]。然后將e和ec這些連續(xù)的精確量分別離散化成7個(gè)模糊子集，用語(yǔ)言值正大(pb)，正中(pm)，正小(ps)，零(zo)負(fù)小(ns)負(fù)中(nm)負(fù)大(nb)表示；將kp，ki，kd分別離散化成三個(gè)模糊子集，用語(yǔ)言大(b)，中(m)，小(s)表示。e，ec和三個(gè)輸出量kp，ki，kd的模糊隸屬函數(shù)全部是采用trimf型(三角形函數(shù))。

2.2 模糊規(guī)則的建立

模糊控制器所遵循的調(diào)整規(guī)則是：

　　(1)當(dāng)e較大時(shí)，為加快系統(tǒng)響應(yīng)，應(yīng)取較大的kp和較小的kd，由于積分太強(qiáng)會(huì)使系統(tǒng)超調(diào)加大，因而要對(duì)積分作用加以限制，通常取ki=0或者較小值；

　　(2)當(dāng)e中等大小時(shí)，為減少系統(tǒng)超調(diào)，kp應(yīng)適當(dāng)減小，洞時(shí)對(duì)kd和ki的取值要適當(dāng)；

　　(3)當(dāng)e較小時(shí)，為減小穩(wěn)態(tài)誤差，kp與ki應(yīng)取得大些，在這種情況下，kd的取值最重要，取值不當(dāng)會(huì)引起系統(tǒng)振蕩。

　　總結(jié)操作人員長(zhǎng)期的控制經(jīng)驗(yàn)和pid控制器參數(shù)的整定規(guī)律，可以得到一系列模糊推理規(guī)則，然后按照調(diào)整規(guī)則建立模糊控制規(guī)則表，可寫(xiě)成條件語(yǔ)句的形式控制規(guī)則：if e= * * and ec= * * then kp= * ki= * kd= *。

2.3 其他

　　選取mamdani型模糊推理原則作為推理決策，解模糊化采取中心平均法，最后，為使輸人信號(hào)與模糊自整定控制器的論域相同，在模糊控制器的輸入前引入了幅度為6的限幅器。

3 仿真實(shí)驗(yàn)

　　為了檢驗(yàn)?zāi)：哉╬id控制器的性能，分別用常規(guī)pid控制器模糊自整定pid控制器對(duì)汽輪機(jī)deh系統(tǒng)進(jìn)行控制仿真。

　　仿真中模糊自整定控制器中kp，ki，kd三個(gè)待整定參數(shù)的初始值均為零。為使輸入信號(hào)與模糊自整定控制器的論域相同，引入了幅度為3的限幅器。當(dāng)給定轉(zhuǎn)速均設(shè)定為n=1 000 rad／s時(shí)，分別對(duì)上述兩系統(tǒng)進(jìn)行仿真。

4 結(jié) 語(yǔ)

　　由仿真結(jié)果可明顯看出模糊自整定pid調(diào)節(jié)較之常規(guī)pid調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的快速性和穩(wěn)定性得到了提高，總結(jié)起來(lái)模糊自整定pid主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)模糊自整定pid算法的初值為零，不需要人工給定初始整定值，他能通過(guò)自整定獲得參數(shù)的最優(yōu)值，且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，而常規(guī)pid算法需要操作者根據(jù)以往的累積經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)際的系統(tǒng)輸出經(jīng)多次試調(diào)之后獲得較優(yōu)值。

　　(2)模糊自整定pid算法的超調(diào)量和調(diào)整時(shí)問(wèn)均小于常規(guī)pid算法。

　　(3)由仿真結(jié)果可看出將模糊自整定pid控制器用于汽輪機(jī)deh系統(tǒng)能使系統(tǒng)的快速性和各項(xiàng)性能指標(biāo)得到顯著提高，說(shuō)明了該方法的有