0 引言
   鋼廠在生產過程中產生了大量的焦爐煤氣和高爐煤氣。為了減少環(huán)境污染，一些鋼廠將焦爐煤氣與高爐煤氣混合，使用混合氣體作為氣體蒸汽聯合循環(huán)發(fā)電的燃料。燃氣輪機對混合氣體的壓力控制要求相對較高。目前，鋼廠通過調節(jié)閥控制混合氣體的壓力。調節(jié)閥的控制方法與調節(jié)閥的壓力控制性能有關。PID控制算法簡單可靠，廣泛應用于過程控制和運動控制。然而，實踐表明，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)應用PID控制器無法達到理想的控制效果[1-4]。為此，本文設計了適用于混合氣壓控制的模糊PID控制器。
   1 調節(jié)閥氣穩(wěn)壓系統(tǒng)原理
   圖1為調節(jié)閥氣體穩(wěn)壓系統(tǒng)原理圖。調節(jié)閥穩(wěn)壓系統(tǒng)工作時，首先啟動液壓泵2，使電磁溢流閥10的電磁鐵通電。此時，在調節(jié)壓力下，調節(jié)溢流閥可以改變液壓系統(tǒng)的工作壓力。PC根據系統(tǒng)設置，機器以模擬信號的形式輸出控制信號，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的左位進入液壓缸的左腔，將活塞向右移動，調節(jié)閥的閥門17打開。壓力傳感器實時檢測氣體壓力，并輸入壓力信號PC在機器控制器中。與設定值進行比較后，控制器將信號輸出給伺服閥。伺服閥根據信號符號和大小確定活塞的移動方向和位移，調整調節(jié)閥開口的大小，直到氣體壓力達到設定值。

   2 調節(jié)閥穩(wěn)壓系統(tǒng)數學模型
   伺服閥的流量方程為[5-9]

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

   式中，A液壓缸活塞有效面積；y活塞運動位移；Ctc液壓缸總泄漏系數；Vt液壓缸兩個腔室的總容積；βe在計算等效體積彈性模量時，一般取700MPa。
   液壓缸平衡方程

   式中，m將活塞和負載轉換為活塞的總質量；BP粘性阻尼系數；K負載彈性剛度；FL作用于活塞的負載。
   調節(jié)閥芯力不平衡方程

   式中，F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、調節(jié)閥芯力不平衡方程等[4-6]，穩(wěn)壓系統(tǒng)的傳輸函數為

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

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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)壓力階躍響應曲線和方波響應曲線在控制下。圖7和圖8分別模糊PID控制系統(tǒng)壓力階躍響應曲線和方波響應曲線。

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

   5 結束語
   如何實現混合氣體的壓力穩(wěn)定控制已成為循環(huán)發(fā)電工程的一個關鍵技術問題。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控制器參數的設置往往不能達到理想的效果，導致氣體穩(wěn)壓系統(tǒng)性能差，對運行條件的適應性差。針對上述問題，本文設計了氣體穩(wěn)壓系統(tǒng)的模糊性PID模擬結果顯示控制器模糊PID控制器能顯著提高穩(wěn)壓系統(tǒng)的動態(tài)控制質量，提高調節(jié)閥穩(wěn)壓系統(tǒng)對氣壓波動的抑制能力。
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