摘 要:电厂主汽温被控对象是一个典型的变参数、强扰动的对象,常规的PID控制器难以满足控制要求。针对此问题,设计了模糊滑模控制策略。采用模糊规则,估计出系统中未知的不确定因素。同时用一个合适的饱和函数替代切换函数中的符号函数,有效地减弱了系统颤振。证明了该控制策略的稳定性。仿真结果显示,在参数慑动变化和出现强扰动的情况下,模糊滑模控制策略比传统的PID控制器有更加优良的性能。
关键词:主汽温;滑模控制;模糊控制;饱和函数
电厂主汽温对象具有较大的惯性、时滞和非线性,且动态特性随运行工况的变化而改变,其精确的数学模型难以建立。常用的串级汽温控制系统中PID控制器的参数是根据被控对象的线性数学模型来整定的,当对象特性发生变化或运行工况改变时,控制品质将会下降,甚至影响控制系统的正常运行。
滑模变结构控制自问世以来,由于其优良的抗扰动特性,一直受到广大学者的关注,在机器人、航空航天和伺服系统等领域有着广泛的应用[1-4]。但是传统的滑模变结构控制方法具有很大的局限性,它会给控制器输出带来“颤振”,同时它需要已知不确定的系统参数和扰动部分的上界。为克服这些缺点,本文提出了模糊滑模控制策略。在不确定参数和扰动部分上界未知情况下,根据滑模到达条件,利用模糊规则估计出控制律中的切换增益用一个合适的饱和函数替换切换函数,减弱控制器输出的“颤振”现象。将该控制策略应用于电厂主汽温系统的控制进行仿真研究并与常规PID串级控制系统进行比较,结果表明控制系统的性能得到较大的提高。
在实际应用中,切换增益M的选取是一件很困难的事情, M太大,系统穿过切换面的颤振将变大, M太小,则不足以消除不确定项和外部干扰的影响。本文利用滑模存在条件σ.σ<0,采用模糊逻辑规则,设计关于σ.σ和ΔM之间的模糊关系。σ.σ作为输入信号,ΔM作为输出信号,σ.σ通过乘上一个模糊化比例因子kσ.σ来转化为相应的模糊变量σ.σF,模糊逻辑的输出ΔMF通过乘上一个比例因子kΔM从而转化为实际输出值ΔM。
针对电厂主汽温对象变参数、强扰动的特点,本文将滑模控制和模糊控制结合起来,提出了模糊滑模控制策略。利用模糊规则估计出系统中未知的不确定因素。用一个合适的饱和函数替代切换函数中的符号函数,减弱系统颤振。在主汽温串级控制系统中的主调节器采用模糊滑模控制策略,仿真结果表明,模糊滑模控制器比PID控制器具有良好的控制性能和较强的鲁棒性。
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