稳压器液位智能模糊控制

张微微（紫光（北京）智控科技有限公司，广东　珠海　519080）



稳压器液位智能模糊控制

张微微
（紫光（北京）智控科技有限公司，广东珠海519080）

摘要：本文详细介绍了核电站稳压器的结构及功能，稳压原理，数学模型及其控制系统。研究核电站稳压器的数学模型的建立以及将模型用于稳压器液位的模糊控制。本文在合理的假设下建立较为精确的模型，并应用模糊控制的策略对稳压器的液位进行智能控制。

关键词：模糊控制；液位控制；仿真

1　对象分析

本文研究对象为核电站稳压器，通过在100%的工况下改变波动水流量、喷淋水流量、加热器加热功率以及安全阀排放流量，来分析稳压器中水位的瞬态特性。

2　模糊控制方法简介

2.1概述

模糊控制是一种运用模糊数学的理论和思想的控制。在传统的控制策略中，控制的精确度和效果好坏取决于控制对象模型建立的精确程度。传统的控制策略对于那些有精确模型的控制对象具有良好的控制效果，而对于无法建立精确模型的控制对象就显得不尽理想了。所以，人们便引用了模糊数学的方法来对这种没有精确模型的对象做模糊控制。

2.2变量选择与论域分割

在控制中，控制变量的选择要有代表性，即要能反映出系统的基本特性，而控制变量选择的正确与否对一个控制模型来说是至关重要的。在模糊控制中，可选择系统输出误差、输出误差变化量、输出、输出变化量、及输出误差量总和等作为模糊控制的变量。本文选取输出误差和输出误差率作为控制变量。

在模糊控制变量确定下来之后，就要按照控制对象和经验写出变量的控制规则，在制作成模糊控制规则前，要对控制变量进行变量空间的模糊划分。变量空间划分时各个不同区域之间的重合程度对控制有很大的影响。但不同区域的划分并没有一个确定的规则，一般都是通过实验和模拟进行区域的调整。但有些数据也指出大约1/3～1/2较为理想。区域之间的重合程度对应着控制规则之间的模糊程度。所以，变量空间的模糊划分是模糊控制的一个重要特征。

2.3函数形式

隶属度函数有两种形式，分别为离散型和连续型。连续型隶属函数又分为很多种，有三角形函数，梯形函数，高斯函数。一个隶属函数对应着一个模糊集合，一个模糊集合只有一个隶属函数与之对应。不同的模糊控制构架是由语言变量和相应的隶属函数决定的；有连续型隶属度函数和离散型隶属度函数。

2.4控制规则

模糊控制器的核心是模糊控制规则，模糊控制规则直接影响了模糊控制的性能，模糊控制规则数目也对模糊控制起着重要的影响。模糊控制规则的取得方式：第一种，根据专家的经验和知识。通过向专家询问经验知识，在获得相关的知识后，将所获知识改为if….then的句式，就构成了模糊控制规则；第二种，操作员的操作模式，在很多工业系统无法通过控制系统做出正确的控制的情况下，熟练的操作员可以在没有数学模型的基础上正确的对系统做出控制；因此，根据操作员的操作模式，并将其整理为if….then的句式，也可构成模糊控制的控制规则；第三种，学习。为了使模糊控制器有良好的控制性能，就必须使其本身具有学习能力，使其可以根据控制对象对自身的模糊控制规则进行修改。

2.5模糊自适应PID控制

在很多工业系统中，大量采用的仍是PID算法。PID的整定方法有很多，但基本都是以控制对象为基础的。

随着计算机技术的发展与应用，我们可以将操作员的操作模式作为数据储存在电脑里，再根据现场的实际情况，计算机便可以自动的控制工业系统，于是便出现了自适应PID控制。这种PID控制将先进的专家系统控制与传统的PID控制相结合，成为了一种性能较好的控制策略。但这种控制必须要有控制对象的精确模型，根据模型将操作员的操作模式转化为语言模型，然后运用推理就可以实验对PID参数的调整，使其成为最优值。

由于操作员的各种操作难以用语言来表示，控制过程中的各种信号量难以定量的进行表示，所以上述控制策略也存在局限性。而将模糊控制理论应用到这里则是一种有效的解决办法。人们将操作员的操作模式用模糊集合，模糊规则来表示，同时把这些模糊规则和相关的信息储存在计算机的知识库里，然后计算机根据控制对象的实际响应应用计算机中的模糊推理，就实现了对PID参数的调整，这就是模糊自适应PID控制。

3　稳压器模糊控制系统Simulink仿真

3.1模糊控制模型的搭建

以喷淋量和电加热器功率为控制量搭建模糊控制模型。其中的模糊控制模块采用输出误差和输出误差率作为输入变量，以Kp，Ki，Kd作为输出量。采用三角形隶属函数。

其中模糊自适应PID的三个参数Kp、Ki、Kd可由合适的模糊规则得到各自整定的模糊规则表。

3.2仿真结果

该控制模型可以实现对喷淋量扰动和电加热器功率扰动的同时控制。首先我们给定初始水位为1的阶跃，但不给任何扰动。实验进行300s，响应曲线如图 1所示。

行有扰动的响应曲线时，在100s时给喷淋量一个阶跃扰动，在200s时给加热量一个阶跃扰动，其响应曲线如图2所示。

从图中可见100s时有一个明显扰动，后曲线平稳。200s时曲线有一个很微小的扰动，后曲线平稳。该微小扰动为电加热器功率的扰动，扰动较小的原因为电加热器功率的改变对水位的影响较小，模型中其传递函数特别小。

4　结论

本章主要介绍了模糊控制的方法，模糊控制自适应PID的控制。并应用模糊控制的方法在simulink平台上搭建仿真模型进行仿真。从仿真的结果可以看出：

（1）采用模糊控制能达到控制稳压器水位的效果。

（2）模糊水位控制具有以下优点，其振荡小，调节时间短，使系统调节更稳更准更快。实现稳压器稳定运行。

（3）本文所建的稳压器模型适合于控制。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.131