模糊自适应PID控制器在集中供热系统中的应用

摘  要： 基于对集中供热系统进行的数学模型辨识，并对常规PID控制器进行了调整，加入了模糊自适应控制，采用模糊工具箱进行了仿真试验。结果表明，模糊自适应PID控制器较常规的PID控制器，具有更好的鲁棒性和自适应能力。在复杂的集中供热系统中，达到了令人满意的控制效果。
关键词： 集中供热；数学模型；模糊PID
   　随着供热事业的迅猛发展，对供热系统提出了更高的要求。因此有必要对集中供热进行深入研究，以提高集中供热系统的自动化程度，不断增强供热系统运行的鲁棒性、准确性、节能性和自适应能力。
集中供热系统是个非常复杂的动力学系统，具有大时滞、大惯性、非线性、时变及不确定等特点[1]。采用模糊控制技术与PID控制技术相结合而构成模糊自适应PID控制器的方法[2]，在集中供热系统中得到了广泛的应用。
1 集中供热系统的数学模型辨识
1.1 数学模型的辨识
　根据集中供热系统的特点，其数学模型可表示为：

　式中，n为系统的阶数，T为时间常数，Kp为比例放大系数，τ为滞后时间常数，s为采样时间。
　由于本文中热工对象的复杂性，用解析的方法很难得出动态特性的精确数学表达式，因此采用在运行的条件下通过实验来获得对象的动态特性的方法，根据对象动态响应曲线的特质求取相关特性参数。实验中的输入信号为阶跃信号，在阶跃输入下得到对象的阶跃响应曲线。
　该实验是在调试吉林市某换热站设备时进行的一次试验，操作步骤如下：改变一次网供水阀门开度，阀门开度在某一时刻由35%开至60%，一次网供水流量由60 t/h跃升为80 t/h，然后每隔10 s采样一个二次网供水和回水温度数据，共采样100次，即1 000 s的温度数据，再取它们的平均值。实验数据如图1所示。
   
   　根据先验知识，系统的阶跃响应曲线具有自平衡能力，可采用两点法求取特性参数。