摘要：为了防止热力设备的腐蚀并且保证锅炉设备的安全运行，本课题研究了除氧器温度控制的方法。除氧器是将溶解在水中的氧、二氧化碳等气体从水中除去。本课题将常规的PID控制和模糊控制算法相结合，形成控制品质极好的模糊PID控制器。最后通过仿真软件MATLAB对PID控制算法和模糊PID控制算法进行仿真比较，结果表明，模糊PID控制在过渡时间、超调量和稳定性等方面明显优越于常规的PID控制，对热力电厂锅炉设备的使用寿命和安全运行有至关重要的作用，可以推广使用。
关键词：除氧器;模糊控制算法;PID;热力发电厂
引言
随着电力增长的需要，以及能源环保的需求，我国的热力发电厂建设非常迅速。但热力发电厂锅炉等设备腐蚀的问题也越来严重，其主要原因是除氧器控制效果的不佳，给水中的溶解氧在进入锅炉前没有完全清除掉，每年因给水管道和其它设备的氧腐蚀造成严重的损失，氧腐蚀也是锅炉安全运行的一大隐患。为防止或缓解锅炉设备的氧腐蚀，使锅炉设备能安全地运行，最重要的是对锅炉给水进行除氧处理，利用除氧器对锅炉给水进行处理，使氧的溶解度为零或降低氧的溶解度，从而除去氧气。由于现在生活的需求，使得工业控制要求在不断增加，造成实际被控过程也非常复杂，这在很大程度上给工厂的自动化和无人化造成了困难。因此，人们一直在探索一种更有效的方法。使用常规PID控制时，不能达到工业要求的控制效果，因此本文提出了一种新的思路，把常规的PID控制算法和模糊控制算法相结合，使控制器具有模糊控制和PID控制的优点，最后借助MATLAB仿真软件的Simulink环境对控制系统进行实验仿真，得出模糊控制更适用于现代工业的控制系统。
1热力除氧系统研究
1.1水中气体的溶解特性
空气中的氧含量较多，水与空气接触后，其含氧量很容易达到饱和或接近饱和。水中的氧气含量与温度和压力有很大关系。为使除氧达标，热力除氧器必须具有两个条件:(1)给水的温度必须达到除氧器压力要求时的饱和温度;(2)必须及时排除水中分离逸出的气体。通过气体溶解定律可以指出，任何气体在水中的溶解度与该气体在水界面上的分压力成正比，即分压力越大，水中溶解的该气体越多。而分压力就是指在液面上的空间中只有某种气体单独存在而无其它气体时的压力。当分压力为零时，水中没有溶解该气体。随着温度上升或者压力的增大，汽水界面上水蒸气的分压力也随之增大，由平衡定律知，汽水界面上其它气体的分压力就会相应减小。当水的温度达到沸点时，汽水界面上只有水蒸气而再无其他气体。这就为本课题设计除氧器控制系统提供了很有价值的理论。
1.2热力除氧器温度控制系统设计方案
研究表明，除氧器内温度必须保持在104±3℃，由除氧系统的复杂性可知，常规的PID控制很难达到除氧的效果，导致锅炉不能长期安全运行，同时造成很大的浪费，尽管PID控制不能达到要求，但PID控制也有许多控制的优势，可以和某种控制结合使用，设计成一种更精确的控制器。一种新的控制，即模糊控制自问世以来，就得到人们的不断探讨和充分利用，迄今为止已运用到很多工业领域中，也解决了很多工业中难处理的问题。
1.3模糊控制的基本原理
模糊控制的核心是模糊控制器，它在作用于控制系统时，其步骤为:模糊控制器的控制规律由计算机的程序实现，偏差信号经过模糊控制器变成模糊量，将模糊量用相应的模糊语言表示，得到了偏差的模糊语言集合的一个子集，再由偏差和模糊控制规则根据推理合成规则进行模糊决策，得到模糊控制量。为了对被控对象施加准确的控制，必须将模糊量转换成精确量，得到精确的数字量后，经过数模转换，变为精确的模拟量后送入执行机构，对被控对象进行控制。
2模糊PID控制器的设计
2.1模糊PID控制器
在设计模糊控制器时，首先要确定其输入变量和输出变量。本设计的输入变量为误差信号和误差信号的变化量，以PID参数的补偿量Δ、Δ、Δ为输出变量。一般情况下，人们选择模糊控制器的维数都比较低，经常是一维或二维，两者最大的区别在于输入变量是一个还是两个，因此具体选择要就具体系统而言，而维数选择的太高系统就难以实现。(1)确定输入输出变量选择输入和输出变量的词集。一般情况下，若词集选择的较多，控制规则就比较方便，但控制规则会变得复杂，一般选择七个变量，常用英文字母缩写(NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB)表示。由除氧器控制系统的实际要求可知，本设计以误差e和误差变化ec作为输入变量，Δ、Δ、Δ为输出变量，它们的论域量化都为13个等级，即:{－6，－5，－4，－3，－2，－1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6}由模糊控制的原理可知，首先要将输入变量经过模糊化处理，转变成模糊量，这之间必须乘以量化因子。量化因子/在模糊控制中起着很重要的作用，如果选择较大，系统超调变大，过渡时间变长。选择的较大时，超调减小，响应速度减慢。(2)模糊推理决策模糊推理决策对于设计模糊控制器是非常重要的，只有经过模糊推理才能形成模糊控制量，在设计模糊控制器时要格外注意。常采用Mamdani推理法。(3)模糊查询表的建立在设计模糊控制器时，模糊查询表的建立是非常重要的，一般我们可以求出输入量论域元素与输出量论域元素之间的关系开始制定模糊查询表。
2.2模糊 PID 控制器的设计
模糊 PID 结构设计图如图 1所示，其中输入变量为 e 和 ec，输出变量为 ΔK p 、ΔK t 、ΔK d 。ΔK p 、ΔK t 、ΔKd 三个参数自整定的模糊控制规则表如表 1 所示。
图 1 模糊 PID 控制框图
表 1 模糊控制规则
结语
除氧器系统是一个大滞后控制系统，被控量不能及时反映系统受到的干扰，由模糊控制的优点可知，当模糊控制应用于非线性系统时，具有较强的控制品质。本课题研究锅炉除氧器控制方法，控制器使用的是模糊PID控制器，作用于系统，通过观察，可以看出其控制能达到控制要求，但我们还可以利用一些新的控制方法与模糊控制和PID控制结合，使得控制系统的结构和操作简单，而控制结果准确。因此，我们可以提出一种新的设计思路。本文只完成了实验室下除氧器温度控制系统的软件仿真结果，下一步应该运用到实际的热力发电厂中，进一步将理论知识与实践相结合，得出理论与实际有何方面差距及MATLAB仿真结果与锅炉实际的运行情况。
参考文献
［1］李国华．热水采暖系统中减少氧腐蚀的措施［J］．内蒙古电力技术，2003，21(z1):64－65．
［2］曲延滨，潘毅，陈仁波，等．除氧系统模糊控制器的设计与实现［J］．电力系统自动化，2002，26(19):68－70．
论文作者:杨富华1,吴闯2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/10
标签：模糊论文; 控制器论文; 锅炉论文; 气体论文; 变量论文; 除氧器论文; 热力论文; 《基层建设》2018年第22期论文;