摘 要 笔者在对蒸汽发生设备的水位进行调控的时候使用的是模糊自适应PID的方式，通过这种方式来对水位控制设备与舰船的运动性能进行有效的调节；在具体的控制过程中将使用集总参数化模型，设计一种基于模糊控制原理的蒸汽发生器的模糊自适应PID水位调控设备，同时笔者又通过实际试验来对这种设备的作用进行验证。

关键词 蒸汽发生器；水位；控制；PID

中图分类号TP273+.4 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2014）124-0219-02

0 引言

蒸汽发生器作为一个大型的设备，具有非线性、时变性以及滞后性等特点。一般情况下，正常使用中的PID控制设备的使用数据会出现各种不同类型的大大小小的问题，所以在使用过程中所起的作用不是特别得让人满意。以模糊控制原理作为设计基础的模糊自适应PID控制设备，是通过将模糊控制与常规控制的有效合并形成的，它能够有效滴客服常规控制设备在工作中存在的一系列问题，可以提高控制设备的控制效能。

1 蒸汽发生器水位系统控制的要求

做为水位系统，它的主要目标就是保证舰船在前行的时候，不管客观环境如何变化，都能将水位之间的差距控制在一定的区域内，稳定在某一设定数值范围内。通常情况下，压水堆核电站，如果运行的功率环境比较高，大概在20%满功率的时候，SG的水位系统是由蒸汽流量、SG水位、给水流量三冲量这几个要素形成的，在这里它们的主要功用是，通过蒸汽流量与给水流量使得舰艇在运动的时候能够处在正常的水位范围内，以保证SG水位的平衡性，对水位系统来说，蒸汽流量和给水流量之间的区别属于一种提前反应的信息；在功率不高的运行环境下，因为水流量具有不明确性，所以只能通过SG水位的单冲量作为进行调控的手段，因为不正常水位问题的存在，在功率不高的环境下，想要对SG水位进行控制则需要克服很多的困难。

2 模糊控制系统设计

2.1 模糊自适应控制原理

本文以模糊控制基本原理作为设计研究的理论依据，通过多次试验制成了蒸汽发生器的模糊自适应PID水位调控设备，如下图所示正是该设备的控制原理。

图1模糊自适应PID控制原理图

2.2 模糊控制器的设计

该设备在工作中的准确性与该设备内部的维数值的大小成正比例关系，不过该设备在使用的过程中需要遵循的使用标准比较繁琐，最重要的一点是控制算法的完成有一定的难度。所以，笔者在这里使用的是二维模糊调控原理，通过该项原理来对蒸汽发生器的模糊自适应PID水位调控设备进行设计，该设备的不同语言类型的变量如下：E为水位误差，EC为误差变化率，Kp，Ki和 Kd为控制量，它们的论域均为[-6，6]。模糊子集为 NB（负大），NM（负中），NS（负小），ZO（零），PS（正小），PM（正中）和PB（正大），E，EC，Kp，Ki，Kd。

2.3 模糊控制规则表设计

在进行模糊推理的过程中，必须要严格遵守模糊控制的基本标准来对PID数据进行一个合理的划分。通过对一些仪器的操控经验进行综合归纳就可以形成模糊控制原则的概念，这一工作涉及到的内容十分的广泛，必须要认真谨慎地进行。对于不同的E和EC，Kp，Ki和 Kd的整定标准如下：

1）在E过小的情况下，想要保证系统的正常运转，必须取Kp与Ki的最大值。此外，为了防止系统在设定值的范围内出现不正常运转的情况，同时还要考虑到各个干扰因素和防止干扰的方式，在EC的数值过大的情况下，Kd才可以取最小值；在EC数值比较小的情况下，Kd的数值可以定得稍微大一些；

2）在E不大不小的情况下，为了能够更好地对系统进行控制，Kp的数值不能取得过大。这个时候，Kd的数值的大小会对系统的正常运转产生很大的作用，所以不能过大，但是需要注意的是Ki的数值必须要刚刚好才行；

3）在E过大的情况下，为了提高系统的跟踪性能，必须要提高Kp的取值，而Kd必须保持在一定的范围内不能超过规定。另外，为了防止系统的调量过高，必须要防止积分的升高，一般情况下我们应该取Ki=0作为参考值。

3 仿真结果分析

为了对上述的观点进行一个验证，笔者制作完成了蒸汽发生器的模糊自适应PID水位调控设备，图2是以Kp为例的调控标准图。

图2控制规则表的三维外观图

图3水位的动态变化趋势

另外笔者还对蒸汽发生器在不同的负荷情况下的工作效能：200s之前蒸汽发生器100%负荷运行，200s时蒸汽负荷阶跃下降30.1%。而图3索要显示的则是在上面的两种情况下蒸汽机水位的上下变化情况，从图中我们可以看到不同情况下水位的差距的大小及其影响。

从上图可以看到在负荷不同的情况下水位的变化，与常规三冲量PID控制进行比较后，在模糊自适应PID调控设备之下，水位的超调量降低了大约36%的幅度，调控所需的时间也减少了将近一半。为水阀提供了一个相对比较平稳的运行的环境，防止水位高差出现过大的变化，同时“虚假水位”也有很好的抵制效果。

4 结论

尽管，模糊-PID复合调控设备具有很好的功效，但是在使用的过程中任然存在一些问题需要进行研究和改进，比方说开关的切换设计不是太合理，无法更好地应对模糊控制器稳态性能与动态性能之间的矛盾。不过从总体上来看该设备的使用前景是光明的。

参考文献

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