II Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2010

Реализуемые в настоящее время методы управления процессом горения используют результаты измерений, отражающие работу теплоэнергетических установок в целом, и не учитывают возможные отклонения в работе отдельных горелочных устройств, число которых на крупных котлоагрегатах может достигать нескольких десятков. Известно, что большая часть вредных продуктов образуется непосредственно в горящем факеле и при дальнейшем продвижении в котле может остаться неизменной.

С целью повышения качества управления рассмотрим один из вариантов использования нечёткого регулятора при формировании соотношения топливо-воздух каналов управления топливных задвижек и вентилятора контура горения котлоагрегата.

В качестве основного способа повышения технико-экономических и экологических показателей котла использовано раздельное управление подачей воздуха в каждую горелку, т.е. управление коэффициентом избытка воздуха a=V/V₀, где V - объем воздуха, фактически подаваемого в горелку, и V₀ - теоретически необходимый объем воздуха для оптимального сгорания топлива. Оптимальное значение a для котла лежит в диапазоне 1,22-1,38 в зависимости от его нагрузки. При отклонении a от оптимального значения, технико-экономические показатели котла снижаются.

Для реализации раздельного управления процессом сжигания топлива в многогорелочном котлоагрегате использован спектрограф, контролирующий спектральный состав пламени каждой из горелок в трех диапазонах волн: 400-560нм,  560-620 нм и 620-760нм. Таким образом, сами режимы работы горелки (Недожог, Норма, Пережог), имеют нечеткий характер. Система управления  должна принимать решения в какую сторону и насколько следует изменить подачу воздуха, чтобы привести режим работы горелки в состояние «Норма», т.е. приблизить значение a к a_опт. Для повышения точности работы системы управления введен корректирующий сигнал по содержанию кислорода в уходящих газах. Управление качеством процесса горения реализуется нечётким регулятором, осуществляющим изменение процента открытия воздушной заслонки.

В данном случае целесообразность реализации нечетких алгоритмов управления обусловлена тем, что традиционные способы управления, существенно использующие математические модели ОУ, не дают ожидаемого результата. Достоинством нечеткого алгоритма является сочетание его описания в виде близких к естественному языку инструкций (управляющих правил) с возможностью получения в результате его использования четкого числового значения управляющего воздействия.

Процедура вычисления управляющего воздействия z₀ выходной переменной z для заданных четких значений входных переменных осуществляется в 3 этапа:

Этап1. Фазификация правил. Для каждого из правил P1, P2,...,Pn вычисляются значения σ1, σ2,... σ_n достоверностей их левых частей V1, V2,...,V_n при заданных четких значениях входных переменных.

Этап 2. Нечеткая max-min композиция. К нечетким множествам U1, U2,...,U_n (среди них, естественно, могут быть и повторяющиеся) применяется операция нижнего σ - среза, т.е. формируются нечеткие множества В1, В2,...,В_n с функциями принадлежности

Над нечеткими множествами В1, В2,...,В_n производится операция объединения. Полученное нечеткое множество является нечетким управляющим значением выходной переменной.

Этап 3. Дефазификация нечеткого множества B. Процедура дефазификации заключается в вычислении четкого управляющего воздействия по его нечеткому значению. Для проверки работоспособности данного подхода при решении задачи управления подачей воздуха, в разработанной модели (рис.1) ПИД - регуляторы были заменены на нечеткие регуляторы.

Разработку модели нечеткого контроллера блока в среде MATLAB - SIMULINK начинали с определения лингвистических переменных, характеризующих текущее состояние системы. Такими переменными являются коэффициент избытка воздуха, и спектр горения топливной смеси. В качестве выходной переменной было принято процентное соотношение открытия воздушной заслонки.