摘 要： 基于對(duì)集中供熱系統(tǒng)進(jìn)行的數(shù)學(xué)模型辨識(shí)，并對(duì)常規(guī)PID控制器進(jìn)行了調(diào)整，加入了模糊自適應(yīng)控制，采用模糊工具箱進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。結(jié)果表明，模糊自適應(yīng)PID控制器較常規(guī)的PID控制器，具有更好的魯棒性和自適應(yīng)能力。在復(fù)雜的集中供熱系統(tǒng)中，達(dá)到了令人滿意的控制效果。
關(guān)鍵詞： 集中供熱；數(shù)學(xué)模型；模糊PID
隨著供熱事業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)供熱系統(tǒng)提出了更高的要求。因此有必要對(duì)集中供熱進(jìn)行深入研究，以提高集中供熱系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，不斷增強(qiáng)供熱系統(tǒng)運(yùn)行的魯棒性、準(zhǔn)確性、節(jié)能性和自適應(yīng)能力。
集中供熱系統(tǒng)是個(gè)非常復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，具有大時(shí)滯、大慣性、非線性、時(shí)變及不確定等特點(diǎn)[1]。采用模糊控制技術(shù)與PID控制技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成模糊自適應(yīng)PID控制器的方法[2]，在集中供熱系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
1 集中供熱系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型辨識(shí)
1.1 數(shù)學(xué)模型的辨識(shí)
根據(jù)集中供熱系統(tǒng)的特點(diǎn)，其數(shù)學(xué)模型可表示為：
式中，n為系統(tǒng)的階數(shù)，T為時(shí)間常數(shù)，Kp為比例放大系數(shù)，τ為滯后時(shí)間常數(shù)，s為采樣時(shí)間。
由于本文中熱工對(duì)象的復(fù)雜性，用解析的方法很難得出動(dòng)態(tài)特性的精確數(shù)學(xué)表達(dá)式，因此采用在運(yùn)行的條件下通過實(shí)驗(yàn)來獲得對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性的方法，根據(jù)對(duì)象動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線的特質(zhì)求取相關(guān)特性參數(shù)。實(shí)驗(yàn)中的輸入信號(hào)為階躍信號(hào)，在階躍輸入下得到對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線。
該實(shí)驗(yàn)是在調(diào)試吉林市某換熱站設(shè)備時(shí)進(jìn)行的一次試驗(yàn)，操作步驟如下：改變一次網(wǎng)供水閥門開度，閥門開度在某一時(shí)刻由35%開至60%，一次網(wǎng)供水流量由60 t/h躍升為80 t/h，然后每隔10 s采樣一個(gè)二次網(wǎng)供水和回水溫度數(shù)據(jù)，共采樣100次，即1 000 s的溫度數(shù)據(jù)，再取它們的平均值。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖1所示。
根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線具有自平衡能力，可采用兩點(diǎn)法求取特性參數(shù)。
由圖4、圖5比較可以得出，模糊自適應(yīng)PID控制器較常規(guī)PID控制器對(duì)擾動(dòng)具有更好的適應(yīng)性、魯棒性和穩(wěn)態(tài)特性。應(yīng)用于集中供熱這種模型比較復(fù)雜、控制精度要求不高的系統(tǒng)，達(dá)到了預(yù)期的調(diào)節(jié)效果。
模糊自適應(yīng)PID控制器可用模糊推理的方法在線動(dòng)態(tài)調(diào)整PID參數(shù)，能夠發(fā)揮PID和模糊控制兩者的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)被控系統(tǒng)的適應(yīng)性強(qiáng)、魯棒性好。特別在集中供熱這樣參數(shù)易發(fā)生時(shí)變的復(fù)雜系統(tǒng)中，可以獲得令人滿意的控制效果，能很好地適應(yīng)了實(shí)際生產(chǎn)過程中的控制要求，而且達(dá)到節(jié)能減排的目的。由此可見，模糊自適應(yīng)PID調(diào)節(jié)方式在集中供熱系統(tǒng)應(yīng)用中的合理性。
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