0 引言
   鋼廠在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了大量的焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣。為了減少環(huán)境污染，一些鋼廠將焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣混合，使用混合氣體作為氣體蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的燃料。燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)混合氣體的壓力控制要求相對(duì)較高。目前，鋼廠通過調(diào)節(jié)閥控制混合氣體的壓力。調(diào)節(jié)閥的控制方法與調(diào)節(jié)閥的壓力控制性能有關(guān)。PID控制算法簡(jiǎn)單可靠，廣泛應(yīng)用于過程控制和運(yùn)動(dòng)控制。然而，實(shí)踐表明，由于混合氣體的壓力控制過程具有非線性和不確定性，常規(guī)應(yīng)用PID控制器無法達(dá)到理想的控制效果[1-4]。為此，本文設(shè)計(jì)了適用于混合氣壓控制的模糊PID控制器。
   1 調(diào)節(jié)閥氣穩(wěn)壓系統(tǒng)原理
   圖1為調(diào)節(jié)閥氣體穩(wěn)壓系統(tǒng)原理圖。調(diào)節(jié)閥穩(wěn)壓系統(tǒng)工作時(shí)，首先啟動(dòng)液壓泵2，使電磁溢流閥10的電磁鐵通電。此時(shí)，在調(diào)節(jié)壓力下，調(diào)節(jié)溢流閥可以改變液壓系統(tǒng)的工作壓力。PC根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，機(jī)器以模擬信號(hào)的形式輸出控制信號(hào)，使伺服閥8左端的電磁鐵通電。液壓泵輸出的液壓油通過伺服閥8的左位進(jìn)入液壓缸的左腔，將活塞向右移動(dòng)，調(diào)節(jié)閥的閥門17打開。壓力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)氣體壓力，并輸入壓力信號(hào)PC在機(jī)器控制器中。與設(shè)定值進(jìn)行比較后，控制器將信號(hào)輸出給伺服閥。伺服閥根據(jù)信號(hào)符號(hào)和大小確定活塞的移動(dòng)方向和位移，調(diào)整調(diào)節(jié)閥開口的大小，直到氣體壓力達(dá)到設(shè)定值。

   2 調(diào)節(jié)閥穩(wěn)壓系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型
   伺服閥的流量方程為[5-9]

   式中，qL負(fù)載流量流經(jīng)伺服閥；Kq伺服閥總流量增益；Kc伺服閥的總流量壓力系數(shù)；xv伺服閥的閥芯位移；pL負(fù)載壓降。
   液壓缸流量連續(xù)性方程

   式中，A液壓缸活塞有效面積；y活塞運(yùn)動(dòng)位移；Ctc液壓缸總泄漏系數(shù)；Vt液壓缸兩個(gè)腔室的總?cè)莘e；βe在計(jì)算等效體積彈性模量時(shí)，一般取700MPa。
   液壓缸平衡方程

   式中，m將活塞和負(fù)載轉(zhuǎn)換為活塞的總質(zhì)量；BP粘性阻尼系數(shù)；K負(fù)載彈性剛度；FL作用于活塞的負(fù)載。
   調(diào)節(jié)閥芯力不平衡方程

   式中，F(xiàn)不平衡；dg閥芯直徑；ds閥桿直徑；P1閥前壓力；P二是閥后壓力。
   根據(jù)伺服閥流量方程、液壓缸流量連續(xù)方程、液壓缸壓力平衡方程、調(diào)節(jié)閥芯力不平衡方程等[4-6]，穩(wěn)壓系統(tǒng)的傳輸函數(shù)為

   穩(wěn)壓系統(tǒng)擾動(dòng)通道的傳輸函數(shù)：
   3 模糊PID控制器設(shè)計(jì)
   圖2為模糊PID控制器的結(jié)構(gòu)圖，利用模糊控制規(guī)則對(duì)PID修改參數(shù)，修改誤差e以及誤差變化率de/dt作為輸入，可以滿足不同的時(shí)間e和de/dt對(duì)PID參數(shù)自整定要求[10-20]。PID模糊規(guī)則表[16]控制器參數(shù)。

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   4 模擬分析
   圖3和圖4分別是常規(guī)的PID與模糊PID模擬模型。圖5和圖6分別是常規(guī)的PID系統(tǒng)壓力階躍響應(yīng)曲線和方波響應(yīng)曲線在控制下。圖7和圖8分別模糊PID控制系統(tǒng)壓力階躍響應(yīng)曲線和方波響應(yīng)曲線。

   從常規(guī)PID從控制下的系統(tǒng)壓力階躍響應(yīng)曲線可以看出，階躍響應(yīng)的上升時(shí)間為0.15s，調(diào)節(jié)時(shí)間為0.45s，超調(diào)量為10%。使用模糊PID控制后，階躍響應(yīng)的上升時(shí)間為0.12s，調(diào)節(jié)時(shí)間為0.15s，超調(diào)量約為0。與常規(guī)相比。PID與控制壓力階躍響應(yīng)相比，模糊控制階躍響應(yīng)的上升時(shí)間減少了0.03s，調(diào)整時(shí)間減少0.3s，超調(diào)量減少了10%。比較圖6和圖8，模糊PID在控制下，調(diào)節(jié)閥壓力控制系統(tǒng)可以快速響應(yīng)輸入信號(hào)的變化，跟蹤輸入信號(hào)的精度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)PID跟蹤精度有利于調(diào)節(jié)閥穩(wěn)壓系統(tǒng)及時(shí)有效地抑制混合氣體的壓力波動(dòng)。

   5 結(jié)束語(yǔ)
   如何實(shí)現(xiàn)混合氣體的壓力穩(wěn)定控制已成為循環(huán)發(fā)電工程的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題。由于混合氣體的壓力控制過程是非線性和不確定的，傳統(tǒng)的PID控制器參數(shù)的設(shè)置往往不能達(dá)到理想的效果，導(dǎo)致氣體穩(wěn)壓系統(tǒng)性能差，對(duì)運(yùn)行條件的適應(yīng)性差。針對(duì)上述問題，本文設(shè)計(jì)了氣體穩(wěn)壓系統(tǒng)的模糊性PID模擬結(jié)果顯示控制器模糊PID控制器能顯著提高穩(wěn)壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制質(zhì)量，提高調(diào)節(jié)閥穩(wěn)壓系統(tǒng)對(duì)氣壓波動(dòng)的抑制能力。
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