摘  要： 針對(duì)微型燃?xì)廨啓C(jī)在控制時(shí)由于壓力不恒定而導(dǎo)致的運(yùn)行效率低的問(wèn)題，將模糊PID控制思想運(yùn)用到控制系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的PID控制下加入模糊控制，使其PID參數(shù)具有在線自整定功能。仿真結(jié)果表明，該方法能夠很好地提高壓力控制效果。
關(guān)鍵詞： 燃?xì)廨啓C(jī)；模糊控制；PID控制；仿真

　本文針對(duì)國(guó)內(nèi)外微型燃機(jī)控制的現(xiàn)狀，對(duì)提高微型燃機(jī)的運(yùn)行效率進(jìn)行了深入的研究，提出了先進(jìn)的微型燃?xì)廨啓C(jī)燃料壓力系統(tǒng)模糊控制的思想。常規(guī)PID控制原理比較簡(jiǎn)單、魯棒性好、可靠性高且容易實(shí)現(xiàn)，但是在燃料壓力系統(tǒng)中存在干擾以及滯后性等諸多因素，因此采用傳統(tǒng)PID控制達(dá)不到理想的控制效果。本文在保留傳統(tǒng)PID控制優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用模糊PID較強(qiáng)的參數(shù)自整定功能，對(duì)控制系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到了很好的控制效果。
1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
　燃?xì)廨啓C(jī)是以氣、液體作為燃料，將燃料燃燒時(shí)釋放出來(lái)的熱量轉(zhuǎn)變成有用功，能夠高速回轉(zhuǎn)的葉輪式動(dòng)力機(jī)械。與目前其他動(dòng)力裝置相比，微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組具有高效率、低噪聲、重量輕、體積小、低污染以及多臺(tái)集成擴(kuò)容等優(yōu)點(diǎn)[1-3]。燃料壓力控制系統(tǒng)從屬于微型燃機(jī)輔助控制單元（AECU）。壓力控制器模塊負(fù)責(zé)微型燃?xì)廨啓C(jī)噴油嘴前燃料的恒壓控制，為燃機(jī)運(yùn)行提供壓力恒定﹑流量可變的氣液燃料，是AECU的主要功能模塊。本文針對(duì)氣體燃料展開(kāi)設(shè)計(jì)。
　圖1為燃料壓力控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，燃料調(diào)節(jié)閥門根據(jù)透平轉(zhuǎn)速和外界負(fù)荷變化的要求不斷地改變其開(kāi)度以調(diào)整供到燃燒室的天然氣流量。在設(shè)計(jì)時(shí)提出了燃料調(diào)節(jié)閥門前后的天然氣壓比總是滿足小于臨界壓比的前提條件，因此，流過(guò)燃料調(diào)節(jié)閥門的天然氣流量只是燃料調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度以及調(diào)節(jié)閥門前天然氣壓力P的函數(shù)[4]。若能保證燃料調(diào)節(jié)閥門前（即燃料儲(chǔ)罐內(nèi)）天然氣壓力P恒定，只要通過(guò)控制燃料調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度就可以間接控制天然氣的流量。因此，維持壓力恒定（即調(diào)節(jié)閥前壓力P恒定）是保證燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)行的前提條件。由圖1可以看出，氣體燃料從燃料進(jìn)口進(jìn)入，通過(guò)燃料壓縮機(jī)壓縮增加壓力，燃料儲(chǔ)罐外接一個(gè)壓力傳感器，壓力傳感器進(jìn)行壓力采樣，將采樣值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換之后送到AECU控制板。燃料壓力控制器按照程序設(shè)計(jì)的壓力控制算法，以壓力采樣值和壓力設(shè)定值為輸入量，計(jì)算出控制量，從而控制燃料壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制壓力的目的。壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)主要由AECU、變頻器、壓縮機(jī)和傳感器幾個(gè)部分構(gòu)成。其中，核心芯片AECU采用美國(guó)TI公司的TMS320LF2407A，其本身具有A/D轉(zhuǎn)換電路和CAN總線控制器模塊，并具有計(jì)算速度塊、功耗低和存儲(chǔ)空間大等優(yōu)點(diǎn)，為高性能的控制提供了高效性的信號(hào)處理與控制平臺(tái)。
 

　　在MATLAB中建立模糊控制器，模糊控制器設(shè)計(jì)好之后，建立模糊規(guī)則表，利用MATLAB對(duì)普通PID控制和模糊PID控制進(jìn)行仿真分析，按照實(shí)際的壓力給定值為0.4 Mpa，仿真結(jié)果如圖4所示。

　　從圖4可得，模糊PID控制器以數(shù)字PID控制器為基礎(chǔ)，引入模糊控制方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)PID控制中3個(gè)參數(shù)的在線調(diào)整，根據(jù)系統(tǒng)偏差e（t）和偏差的變化率de（t）/dt來(lái)改變Kp、Ki和Kd以提高系統(tǒng)的控制精度和反應(yīng)速度。模糊PID控制相對(duì)于數(shù)字PID控制有以下的優(yōu)點(diǎn)：
?。?）Kp、Ki和Kd 3個(gè)參數(shù)根據(jù)系統(tǒng)偏差e（t）和偏差的變化率de（t）/dt動(dòng)態(tài)變化，更符合系統(tǒng)工作中實(shí)時(shí)變化的規(guī)律和特性；
?。?）模糊PID控制精度高，反應(yīng)時(shí)間短?？梢?jiàn)，參數(shù)自整定模糊PID控制是一種優(yōu)良的控制方法，在性能上比數(shù)字PID有很大提高。但在控制實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中也要綜合考慮其他因素的影響，以最大可能地提高控制的性能，即降低控制系統(tǒng)中的反應(yīng)時(shí)間和減小超調(diào)量。
　（3）運(yùn)用于微型燃?xì)廨啓C(jī)燃料壓力控制系統(tǒng)壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)的參數(shù)自整定模糊PID控制，是在常規(guī)PID控制算法的基礎(chǔ)上通過(guò)計(jì)算當(dāng)前系統(tǒng)誤差e（t）和誤差變化率de（t）/dt，利用模糊推理對(duì)PID 3個(gè)參數(shù)Kp、Ki和Kd進(jìn)行在線調(diào)整，該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、方便易用，對(duì)實(shí)際控制有重要的指導(dǎo)意義。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，特別是在系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)同樣可以獲得令人滿意的控制效果，能很好地適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的控制要求。
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