摘  要： 基于對集中供熱系統(tǒng)進(jìn)行的數(shù)學(xué)模型辨識，并對常規(guī)PID控制器進(jìn)行了調(diào)整，加入了模糊自適應(yīng)控制，采用模糊工具箱進(jìn)行了仿真試驗。結(jié)果表明，模糊自適應(yīng)PID控制器較常規(guī)的PID控制器，具有更好的魯棒性和自適應(yīng)能力。在復(fù)雜的集中供熱系統(tǒng)中，達(dá)到了令人滿意的控制效果。
關(guān)鍵詞： 集中供熱；數(shù)學(xué)模型；模糊PID

　隨著供熱事業(yè)的迅猛發(fā)展，對供熱系統(tǒng)提出了更高的要求。因此有必要對集中供熱進(jìn)行深入研究，以提高集中供熱系統(tǒng)的自動化程度，不斷增強供熱系統(tǒng)運行的魯棒性、準(zhǔn)確性、節(jié)能性和自適應(yīng)能力。
集中供熱系統(tǒng)是個非常復(fù)雜的動力學(xué)系統(tǒng)，具有大時滯、大慣性、非線性、時變及不確定等特點[1]。采用模糊控制技術(shù)與PID控制技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成模糊自適應(yīng)PID控制器的方法[2]，在集中供熱系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
1 集中供熱系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型辨識
1.1 數(shù)學(xué)模型的辨識
　根據(jù)集中供熱系統(tǒng)的特點，其數(shù)學(xué)模型可表示為：

　式中，n為系統(tǒng)的階數(shù)，T為時間常數(shù)，Kp為比例放大系數(shù)，τ為滯后時間常數(shù)，s為采樣時間。
　由于本文中熱工對象的復(fù)雜性，用解析的方法很難得出動態(tài)特性的精確數(shù)學(xué)表達(dá)式，因此采用在運行的條件下通過實驗來獲得對象的動態(tài)特性的方法，根據(jù)對象動態(tài)響應(yīng)曲線的特質(zhì)求取相關(guān)特性參數(shù)。實驗中的輸入信號為階躍信號，在階躍輸入下得到對象的階躍響應(yīng)曲線。
　該實驗是在調(diào)試吉林市某換熱站設(shè)備時進(jìn)行的一次試驗，操作步驟如下：改變一次網(wǎng)供水閥門開度，閥門開度在某一時刻由35%開至60%，一次網(wǎng)供水流量由60 t/h躍升為80 t/h，然后每隔10 s采樣一個二次網(wǎng)供水和回水溫度數(shù)據(jù)，共采樣100次，即1 000 s的溫度數(shù)據(jù)，再取它們的平均值。實驗數(shù)據(jù)如圖1所示。

　根據(jù)先驗知識，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線具有自平衡能力，可采用兩點法求取特性參數(shù)。



 

　由圖4、圖5比較可以得出，模糊自適應(yīng)PID控制器較常規(guī)PID控制器對擾動具有更好的適應(yīng)性、魯棒性和穩(wěn)態(tài)特性。應(yīng)用于集中供熱這種模型比較復(fù)雜、控制精度要求不高的系統(tǒng)，達(dá)到了預(yù)期的調(diào)節(jié)效果。
模糊自適應(yīng)PID控制器可用模糊推理的方法在線動態(tài)調(diào)整PID參數(shù)，能夠發(fā)揮PID和模糊控制兩者的優(yōu)點，對被控系統(tǒng)的適應(yīng)性強、魯棒性好。特別在集中供熱這樣參數(shù)易發(fā)生時變的復(fù)雜系統(tǒng)中，可以獲得令人滿意的控制效果，能很好地適應(yīng)了實際生產(chǎn)過程中的控制要求，而且達(dá)到節(jié)能減排的目的。由此可見，模糊自適應(yīng)PID調(diào)節(jié)方式在集中供熱系統(tǒng)應(yīng)用中的合理性。
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