一、引言
华能德州电厂Ⅰ期和Ⅱ期的4台300MW机组的DCS采用新华公司的XDPS-400，其锅炉的再热汽温控制采用的是常规的PID串级调节系统，通过调节喷水调节阀调整减温水流量来实现对再热汽温度的控制。但因为300MW机组锅炉再热汽温是一个典型的大迟延、多输入、单输出系统，不仅其数学模型难以测定，而且影响再热汽温度的因素较多并且具有一定的随机性，使得常规的PID串级调节系统不能满足生产实际的要求。
模糊控制技术（FLC）自1964年出现以来，摆脱了数学模型的束缚，以其较强的鲁棒性、智能性得以迅速发展和普及，开辟了一条自动控制的新途径，各种模糊控制器相继出现并在实际应用中取得了较好的效果，在许多高精度的随动系统中，也常采用复合型的FUZZY控制器。
本文详细介绍采用模糊控制（FLC）技术在德州电#1机组A再热汽温度控制中的成功应用，获得了优于PID控制的效果，有利于提高机组的效率和减轻运行人员的工作负荷。
二、模糊控制器（FLC）的设计
首先给出模糊控制器的原理方框图如下:
如图1所示，E表示再热汽温度与设定温度的差，既E=T-Tsp,EC表示E的变化率，U表示控制量。FLC采用模糊查询表方式。其中kl、k2、k3是三个比例因子，用于调整控制精度。
2.1数据库设计
2.1.1模糊变量及其论域的确定
由图1可知，本模糊控制器的模糊变量有3个，分别是再热汽温度的误差E、温度误差的变化率EC和控制量U。它们进人模糊控制器之前首先要完成量化、量程转化和模糊化。下面分别介绍它们的论域、模糊空间相隶属度函数的确定。
对于温度误差E，一般要求在±5℃以内，首先将其离散化为[-5-4-3-2-1012345];同时确定模糊变量E的论域也为[-5-4-3-2-1012345]。论域确定之后，将其模糊空间划分为EPB,EPM，EPS，EPO,ENS,ENM,ENB等7个模糊子集，分别表示正大，正中，正小，0，负大，负中，负小等7个模糊集合。比例因子k1初步确定为1.3左右。
同理，把误差变化率EC的论域和模糊空间确定为:
[-5-4-3-2-1012345]
ECPB，ECPM，ECW，ECm，ECNS，EC-NM，ECNB;
比例因子k2初步确定为60左右，以反映温度每分钟的变化情况。
把控制变量U的论域和模糊空间确定为:
[-5-4-3-2-1012345]
UPB，UPM，UPS，U叨，UNS，ENM，UNB
比例因子k3初步确定为误差的函数似实现非线性控制。
2.1.2隶属函数的确定
隶属函数的确定是模糊逻辑和模糊运算的基础。本控制器采用三角函数作为隶属函数。对于模糊变量再热汽温度误差信号E和误差变化率信号EC，为了提高0附近小误差和小误差变化时的精度，减小模糊控制器的死区，采取非均匀型和非对称型的隶属曲线，即在0附近曲线较其它范围窄。同时为了满足相容性的要求，采用不对称的三角函数。误差论域E和误差变化率论域EC的隶属函数相同。如下图所示:
模糊变量控制量U论域的隶属函数也采用三角函数，与E和EC不同的是U采用的是对称的三角函数。如下图所示;
2.1.3模糊化和反模糊化方法
2.1.3.1模糊化
常用的模糊化方法有两种，一种是单点模糊集，一种是将量模糊化为在论域上占据一定宽度的模糊子集。本文采用单点模糊集。因为它的自然性和处理上的方便而得以在FLC的应用中常常被采用。
例如再热汽温温度的误差信号E经过离散化处理后其值为4，则该信号模糊化后其模糊变量为E1=0/-5+0/-4+0/-3+0/-2+0/-1+0/0+0/1+0/2+0/3+1/4+5/0。
2.1.3.2反（解）模糊化
反（解）模糊化是模糊化的逆过程，也称为模糊判决。常用的有四种方法.1zui大隶属度法，2平均zui大隶属度法，3重心法，4取中位法。本文采用重心法，就是控制作用论域上的点"EU以控制作用模糊集的隶属度U（u）为权系数进行加权平均而得反模糊结果。公式表示如下:
Uo=∑U（ui）ui∑U（ui）
2.2规则库的设计
确定了FLC的模糊变量、论域和模糊空间后，就需要确定FLC的判决推理方式。本模糊控制器采用ifEandECthanU式的规则形式。展开后描述如下:
ifE=EPBandEC=ECPBthanU=PBOr
ifE=EPBandEC=ECPMthanU=PBOr
ifE=ENBandEC=ECNBthanU=UNBOr
因为E和EC这两个模糊变量可分别属于由7个模糊子集构成的模糊空间，故可以得到7，7=49条规则，在该规则的映射下，转换到U这个模糊变量所属于的模糊空间。将以上规则转化为表格表示如下:
2.3模糊推理机制和模推理算法
本模糊控制器的模糊推理机制采用Mamdmi模糊推理法，即采用取大一取小算法，根据规则库计算出模糊蕴涵表达的模糊关系R，通过R实现由E和EC到U的映射，获得控制变量u后反模糊求宜施加于执行器的控制量。本文采用离线查表法，就是事先计算出各种可能的输人的各种组合对应不同的输出控制量，将结果存放在一个叫做模糊查询表的二维表中。具体计算过程省略，直接给出计算结果模糊查询表如下:
本模糊查询表构成模糊逻辑控制器的核心。它与kl、k2、k3共同构成FLC的主体，将误差E及其变化率EC分成121种情况，分别施加不同的控制:而且可以实现对不同的情况分配不同的放大系数。
三、模糊控制系统的设计
因为再热汽温大迟延的客观存在，前馈信号一定要存在;为了避免喷水后汽温的大幅波动，减小过度过程的震荡，提高过度过程的品质，在模糊变量EC中增加一定量的喷水后汽温的微分信号，这样EC实际变成了个复合信号;为了消除稳态误差，则需要积分器的存在，但其作用程度要加以限制。这样控制系统采用带前馈的FUZZYPID复合型控制器，而且FLC采用的模糊变量EC是个复合信号，实现了定的协调性。具体方框图如下所示:
四、结论
运用模糊控制理论的模糊控制器FLC具有较强的鲁棒性、一定的智能性和非线性;通过规则库和隶属度函数的设计，容易融迸运行人员的经验，适合运用在对锅炉再热汽温的自动控制系统中。
在实际运行过程中，通过比较A、B再热汽温调节效果，模糊控制系统的调节品质优于PID的调节效果。在运行工况比较稳定时，温度误差小于±2℃;在运行工况变化时，模糊控制下汽温zui大偏差明显小于PID的调节下汽温的zui大偏差。
[参考文献]
[1]赵振宇等，模糊理论和神经网络的基础与应用，清华大学出版社。
[2]李凡，模糊专家系统，华中理工大学出版社。
[3]田沛等，大时延热工过程的模糊控制，华北电力学院。
[4]张正斌等，模糊控制工程，重庆大学出版社。
[5]曹云娟等，仿人工智能控制理论及在电厂中的应用，中国电力。
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